第六章
供配电系统的保护
本章讲的是企业供电系统的保护装置。首
先简述继电保护的任务和基本要求，然后介绍常
用的保护继电器及继电保护的结线方式和操作方
式及电力线路和电力变压器的各种继电保护的结
线、原理、整定计算、供配电系统的防雷与接地
问题。
第一节 继电保护的任务与要求
一, 继电保护装置的任务
继电保护装置是按照保护的要求, 将各种继
电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装
置, 其任务是,
（ 1） 故障时作用于跳闸
（ 2） 异常状态时发出报警信号
二, 对继电保护的基本要求
（ 1） 选择性
（ 2） 可靠性
（ 3） 速动性
（ 4） 灵敏度
继电保护装置除了满足上述四项基本要求外，
尚应要求投资省、便于调试和维护，且尽可能
满足系统运行所要求的灵活性。
一、继电器的分类
继电器是一种在其输入的物理量（电气量或非电
气量）达到规定值时，其电气量输出电路被接通或分
断的自动电器。
继电器按其输入量的性质分，有电气继电器和非电
气继电器两大类。按其用途分，有控制继电器和保护
继电器两大类，前者用于自动控制电路，后者用于继
电保护电路。
保护继电器按其在继电保护装置电路中的功能分，
有, 测量继电器, 和, 有或无继电器, 两大类。
第二节 常用的保护继电器及其结线和操作方式
测量继电器装设在继电保护装置电路的第一级,
用来反应被保护元件 （ 电气设备或线路 ） 的特性
量变化情况 。 当其特性量达到预先整定的动作值
时即行动作, 在保护装置中属于主保护, 或称起
动继电器 。
有或无继电器是一种只按电气量是否在其工作
范围内或者是否为零时而动作的电气继电器, 包
括时间继电器, 中间继电器, 信号继电器等, 在
继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能, 属于
辅助继电器, 过去也称为逻辑继电器 。
保护继电器按其组成元件分，有机电型、晶
体管型和微机型三类。由于机电型继电器具有可
靠、便于维修和调试等优点，因此我国企业供电
系统目前仍以传统的机电型继电器为主。
机电型继电器按其结构原理分, 有电磁式和感
应式继电器 。
保护继电器按其反应的物理量分, 有电流继电
器, 电压继电器, 功率继电器, 瓦斯继电器, 欠
电压 （ 低电压 ） 继电器等 。
保护继电器按其在保护装置中的功能分，有
起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继
电器（或称出口继电器）等。下图是过电流保护
的框图。
当线路上发生短路时，
起动用的电流继电器 KA瞬
时动作，使时间继电器 KT
起动。 KT经整定一定时间
后，接通信号继电器 KS和
中间（出口）继电器 KM。
KM就接通断路器 QF的跳
闸回路，使断路器跳闸，
从而切除短路故障。
保护继电器按其动作于断路器的方式分, 有直
接动作式 （ 直动式 ） 和间接动作式两大类 。
保护继电器按其与一次电路联结的方式分，
有一次式继电器和二次式继电器。一次式继电器
的线圈是与一次电路直接相连的，例如低压断路
器的过电流脱扣器和低电压（失压）脱扣器，实
际上就是一次式继电器（也是直动式继电器）。
二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互
感器的二次侧，经过互感器与一次电路相联系。
高压系统中的保护继电器都是二次式继电器
（ 一 ） 电磁式电流继电器和电压继电器
电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护
装置中均为起动元件, 属测量继电器 。
常用的 DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构
如图所示 。
过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小
电流, 称为继电器的, 动作电流,, 用 Iop表示 。
过电流继电器线圈中的使继电器由动作状
态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的
,返回电流,,用 Ire表示。
继电器的返回电流与动作电流的比值，称为继电
器的“返回系数”，用 Kre表示
二、常用的保护继电器
电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法,
（ 1） 平滑调节
（ 2） 级进调节
DL-10系列电磁式电流继电器的内部结线如图所示 。
低电压继电器的动作电
压 Uop，为其线圈上的使继电
器动作的最高电压；其返回
电压 Ure，为其线圈上的使继
电器由动作状态返回到起始
位置的最低电压。低电压继
电器的返回系数
Kre=Ure/Uop>1，一般 Kre为
1.25。越接近于 1，说明继电
器越灵敏。
（二）电磁式时间继电器
电磁式时间继电器在继电保护装置中，用来
获得所需要的延时（时限），它属于机电式有或
无继电器。
常用的 DS-110/120系列电磁式时间继电器的
基本结构实物。 DS-110系列用于直流,DS-120系
列用于交流。
DS-110/120系列电磁式时间继电器的内部
结线及其图形符号和文字符号，如下图所示。
（ 三 ） 电磁式信号继电器
电磁式信号继电器在继电保护装置中用来
发出指示信号, 以提醒运行值班人员注意 。 它
也属于机电式有或无继电器 。
常用的 DX-11型电磁式信号继电器有电流
型和电压型两种：电流型信号继电器的线圈为
电流线圈，串联在二次回路内，由于其阻抗小，
不影响其他二次回路元件的动作；电压型信号
继电器的线圈为电压线圈，阻抗大，只能并联
在二次回路中。 DX-11型电磁式信号继电器的
基本结构如实物所示。
DX-11型 电磁式信号继电器的内部结线及其
图形符号和文字符号如下图所示 。
电磁式中间继电器
电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅
助继电器，以弥补主继电器触点数量或 触点容
量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。
电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅
助继电器，以弥补主继电器触点数量或 触点容
量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。
常用的 DZ-10系列电磁式中间继电器的基本
结构如实物所示。
这种快吸快放的电磁式中间继电器的内部结
线及其图形符号和文字符号如下图所示。
（ 四 ） 感应式电流继电器
在工厂供电系统中, 广泛采用感应式电流继
电器来实现过电流保护和电流速断保护 。 由于
感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器,
时间继电器, 信号继电器和中间继电器的功能,
从而可大大简化继电保护装置 。 感应式电流继
电器属测量继电器 。
常用的 GL-10/20系列感应式电流继电器的
基本结构如实物所示。
感应式电流继电器兼有“速断特性”，所
示的动作特性曲线上对应于开始速断时间的动
作电流倍数，称为“速断电流倍数”，即
速断电流 Iqb的含义，是指继电器线圈中的
使电流速断元件动作的最小电流。
de f qb
qb
op
In
I
三、电保护装置的结线方式
过电流的继电保护装置中，起动继电器与电流互感器之间
的连接，主要有两相两继电器式和两相一继电器式两种结线
方式,
（一）两相一继电器式结线，如下图（左）
又称“两相电流差结线”。正常工作时，流入继电器的电流
为两相电流互感 器二次电流之差。
（二）两相两继电器式结线，如下图（右）
如一次电路发生三相短路或任意两相短路，都至少有一个
继电器要动作，从而使一次电路的断路器跳闸。
为了表述继电器电流 IKA与电流互感器二次电流 I2的关系，
特引入一个结线系数 kw，其定义式为,
在其一次电路发生三相短路时, 流入继电器的
电流为电流互感器二次电流的 倍 （ 参看下图 a
的相量图 ）, 即,
在其一次电路的 A,C两相发生短路时, 流入继电器
的电流为互感器二次电流的 2倍 （ 参看图下 b的相
量图 ）, 即 。
在其一次电路的 A,B两相或 B,C两相发生短
路时，流入继电器的电流只有一相电流互感器的
二次电流（参看下图 c,d相量图），即 。
(3) 3wK ?
(, ) 2ACwK ?
(, ), 1A b B CwwKK??
3
四、继电保护装置的操作方式
继电保护装置的操作电源，有直流操作电源和
交流操作电源两大类。直流操作电源有蓄电池组
和整流电源两种。但交流操作电源具有投资少、
运行维护方便及二次回路简单可靠等优点，因此
它在企业供配电系统中应用最为广泛。
交流操作电源供电的继电保护装置主要有两
种操作方式,
（一）直接动作式（如下图）
（二）“去分流跳闸”的操作方式（如下图）
第三节 高压电力线路的继电保护
一、电力线路继电保护概述
按 GB50062— 1992,电力装置的继电和自动装置设
计规范, 规定：对 3～ 66KV电力线路，应装设相间短
路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的相
间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动
作的电流速断保护。如过电流保护的时限不大于 0.5
～ 0.7s时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动
作于跳闸，以切除短路故障。
单相接地保护，有两种方式,(1)绝缘监视装置，
装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。 (2)有选
择性的单相接地保护（零序电流保护），亦动作于信
号，但当单相接地危及人身和设备安全时，则应动作
于跳闸。
二, 带时限的过电流保护
带时限的过电流保护, 按其动作时限特性分,
有, 定时限, 过电流保护和, 反时限, 过电流保
护两种 。
定时限过电流保护装置的组成和原理定时限
过电流保护装置的原理电路如图所示。
反时限过电流保护装置的原理电路，如图所示。
动作电流的整定
带时限的过电流
保护（包括定时限和
反时限）的动作电流
Iop，应躲过线路的最
大负荷电流（包括正
常过负荷电流和尖峰
电流），以免在通过
时保护装置误动作，
而且其返回电流 Ire也
应躲过，否则保护装
置还可能发生误动作。
为了说明这一点，以
图 a所示电路来说明。
过电流保护装置动作电流的整定公式为,
如采用断路器手动操动机构中的过电流脱扣器 YR
作直动式过电流保护, 则脱扣器的动作电流 （ 脱扣
电流 ） 应按下式整定,
动作时间的确定
为保证前后两级保护装置动作的选择性, 应按
,阶梯原则, 进行整定 。 如上图 b和 c所示, 即
,m a xre l wop Lre i
KKII
KK?
( ), m a xre l wo p Y R L
i
KKII
K?
对定时限过电流保护，因采用 DL型电流继电器，
其可动部分惯性小，可取；对反时限过电流保护，因
采用 GL型电流继电器其可动部分（铝盘）惯性较大，
可取，定时限过电流保护的动作时间，利用时间继电
器来整定。
反时限过电流保护的动作时间, 由于 GL型电流继
电器的时限调节机构是按 10倍动作电流的动作时间
来标度的, 因此须根据前后两级保护的 GL型继电
器的动作特性曲线来整定 。
假设如图所示线路中，后一级保护 KA2的 10倍
动作电流的动作时间已整定为 t2，现要整定前一级
保护 KA1的 10倍动作电流的动作时间 t1，整定计算
的方法步骤如下（参看下图）,
① 计算 WL2首端的三相短路电流 Ik反应到 KA2中去
的电流,
② 计算 对 KA2的动作电流 的倍数,
③ 确定 KA2的实际动作时间 。 如图所示 KA2的动作
特性曲线的横坐标轴上, 找出 n2,然后向上找到
该曲线上 a点, 该点所对应的动作时间就是 KA2通
过 时的实际动作时间 。
④ 计算 KA1的实际动作时间 。 根据保护选择性的要
求, KA1的实际动作时间 。 取, 故 。
⑤ 计算 WL2首端的三相短路电流 Ik反应到 KA1中去
的电流值, 即
⑥ 计算 对 KA1的动作电流 Iop(1)的倍数,
⑦确定 KA1的 10倍动作电流的动作时间。
( 2 )' ( 2 )
( 2 )
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k
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Kn K?
（一）过电流保护的灵敏度及提高灵敏度的措
施 —— 低电压闭锁保护
1,过电流保护的灵敏度
根据公式, 保护灵敏度 。 对于线路
过电流保护, 应取被保护线路末端在系统最小运
行方式下的两相短路电路 。 而 。 因此过
电流保护的灵敏度必须满足的条件为,
.min
.1
kp
op
IS I?,minkI
(2),minkI,1op op i
wI I K K?
( 2 ).m in 1,5wk
p i opKIS KI??
2,低电压闭锁的过电流保护
动作电流整定计算公式为,
动作电压的整定计算公式为,
为母线最低工作电压，取 (0.85～ 0.95)UN；
UN为线路额定电路； Krel为保护装置的可靠系数,
可取 1.2； Kre为低电压继电器的返回系数，一般取
1.25； Ku为电压互感器的变压比。
30rel wop re iKKIIKK?
m in 0,6 Nop
rel re u u
UUU K K K K??
minU
（ 二 ） 定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较
定时限过电流保护的优点是：动作时间比较精确,
整定简便, 而且不论短路电流大小, 动作时间都是一
定的, 不会出现因短路电流小动作时间长而延长了故
障时间的问题 。 但缺点是：所需继电器多, 结线复杂,
且需直流操作电源, 投资较大 。 此外, 靠近电源处的
保护装置, 其动作时间较长, 这是带时限过电流保护
共有的缺点 。
反时限过电流保护的优点是：继电器数量大为减
少，而且可同时实现电流速断保护，加之可采用交流
操作，因此简单经济，投资大大减少，因此它在中小
企业供电系统中得到广泛应用。但缺点是动作时间的
整定比较麻烦，而且误差较大，当短路电流较小时，
其动作时间可能相当长，从而延长了故障持续时间。
例 6-1 某 10kV电力线路，如图 6-19所示。已知 TA1
的变流比为 100/5A,TA2的变流比为 50/5A。 WL1和
WL2的过电流保护均采用两相两继电器式结线，继电
器均为 GL-15/10型 。现 KA1已经整定，其动作电流为
7A,10倍动作电流的动作时间为 1s。 WL2的计算电流
为 28A,WL2首端 k-1点的三相短路电流为 800A，其末
端 k-2点的三相短路电流为 250A。试整定 KA2的动作电
流和动作时间，并检验其灵敏度。
解,（ 1） 整定 KA2的动作电流 取,
故
根据 GL-15/10型继电器规格, 动作电流整定为 9A。
,m a x 302 2 2 8 5 6
1,3
0,8
5 0 / 5 1 0
L
r e l
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I I A A
K
K
K
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1, 3 1 5 6 9, 1
0, 8 1 0r e l wo p Lr e i
KKI I A A
KK
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?
（ 2）整定 KA2的动作时间
先确定 KA1的实际动作时间，由于 k-1点发生三相短路
时 KA1中的电流为,
故对 KA1的动作电流倍数为,
利用 n1=5.7和 KA1整定的时限 t1=1s，去查附录表 23-2
的 GL-15型继电器的动作特性曲线，得 KA1的实际动作
时间 t’1≈ 1.3s,
由此可得 KA2的实际动作时间应为,
下面确定 KA2的 10倍动作电流的动作时间。由于 k-1点
发生三相短路时 KA2中的电流为,
故对 KA2的动作电流倍数为,
利用 n2=8.9和 KA2的实际动作时间，去查附录表 23-2的
GL-15型继电器的动作特性曲线，得 KA2的 10倍动作电
流的动作时间 t2≈ 0.7s。
( 1 )' 1 ( 1 ) 1
( 1 )
1 8 0 0 4 020wkk
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2 ( 2 ) 80 8,99kop
I An IA?? ? ?
（ 3）检验 KA2的保护灵敏度
KA2保护的线路 WL2末端 k-2点的两相短路电流为其
保护区内的最小短路电流，即
因此 KA2的保护灵敏度为,
由此可见,KA2整定的动作电流满足保护灵敏度的
要求。
( 2 )
m in( 2 )
( 2 )
1 2 1 7 2,4 1,5
1 0 9wkp i o p
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三、电流速断保护
上述带时限的过电流保护有一个明显的缺点，
就是越靠近电源，其动作时间越长，而且短路电流
也越靠近电源也越大，因此危害也就更加严重。因
此 GB50062— 1992规定，在过电流保护动作时间超
过 0.5～ 0.7时，应装高瞬时动作的电流速断保护装
置。
(一 )电流速断保护的组成及速断电流的整定
电流速断保护是指一种瞬时动作的过电流保护。
对于采用 DL型电流继电器的速断保护来说，就相当
于定时限过电流保护中抽去时间继电器，最后由中
间继电器触点接通断路器的跳闸回路。下图是电力
线路上同时装设有定时限过电流保护和电流速断保
护的电路图 。
为了保证前后两级瞬动的电流速断选择性，因此
电流速断保护的动作电流即速断电流 Iqb，应按躲过它
所保护线路末端的最大短路电流（即三相短路电流）
Ik.max来整定。因为只有如此整定，才能避免在后一级
速断保护所保护的线路首端发生三相短路时前一级速
断保护误动作的可能性，以保证选择性。
如图所示线路中，前一段线路 WL1末端 k-1点的
三相短路电流，实际上与后一段线路 WL2首点 k-2的
三相短路电流是近乎相等的（由于 k-1点与 k-2点之
间距离很短）。因此可得电流速断保护动作电流
（速断电流）的整定计算公式为,
Iqb可靠系数，对 DL型继电器，取 1.2～ 1.3；对
GL型继电器，取 1.4～ 1.5；对过流脱扣器，取 1.8～
2。
.m axrel wqp kiKKIIK?
（二）电流速断保护的“死区”及其弥补
由于电流速断保护的动作电流躲过了线路末端
的最大短路电流，因此靠近末端的一段线路上发生
的不一定是最大的短路电流（例如两相短路电流）
时，电流速断保护不会动作，这说明，电流速断保
护不可能保护线路的全长。这种保护装置不能保护
的区域，称为“死区”，如图所示。
为了保护死区得不到保护的缺陷，所以凡是装
设有电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电
流保护，过电流保护的动作时间应比电流速断保护
至少长一个时间级差，而且前后的过电流保护的动
作时间仍须符合“阶梯原则”，以保证选择性。
在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电
流保护作为后备；而在电流速断的死区内，则过电
流保护为基本保护。
（三）电流速断保护的灵敏度
电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为,
一般宜 ；个别有困难时可 。
( 2 )
1.5 2wkp
i qp
KIS
KI??,
2pS ? 1.5pS ?
四、单相接地保护
在小接地电流的电力系统中，发生单地接地故
障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压仍是
对称的，其值也未变，因此可暂时继续运行。由于
非故障相的对地电压要升高为正常时对地电压的倍，
故对线路绝缘是一威胁，如果长此下去，可能引起
非故障相的对地绝缘击穿而导致两相接地短路，引
起线路开关跳闸，造成停电事故。为此，这种小接
地电流系统中，必须装设无选择性的绝缘监视装置
或有选择性的单相接地保护装置，以便在发生单相
接地故障时，发出报警信号，以便运行值班人员及
时发现和处理。
（一）有选择性的单相接地保护的基本原理
单相接保护，又称, 零序电流保护,,它利用单
相接地所产生的零序电流使保护装置动作，发出信号。
当单相接地危及人身和设备安全时，则动作于跳闸。
下图是电缆线路用零序电流互感器进行单相接地
保护的结线。在系统正常运行及发生相间短路时，由
于穿过零序电流互感器的电缆线路中的电流相量和为
零，因此在零序电流互感器铁心中没有磁通，其二次
侧也不会感应出电流，电流继电器也不会动作。当系
统发生单相接地时，就有接地电容电流在接地线中通
过，从而在零序电流互感器铁心中产生磁通，互感器
二次侧相应地感应出零序电流，使电流继电器动作，
接通信号回路，发出报警信号。
单相接地时接地电容电流的分布如图所示
（二）单相接地保护动作电流的整定
由图可知，当系统中某一线路发生单相接地故障时，
其他线路上都会出现不平衡的电容电流，而这些线路因
本身是正常的，其接地保护装置不应该动作，因此单相
接地保护的动作电流 Iop(E)应躲过在其他线路发生单相
接地故障时在本线路上引起的电容电流 Ic，即单相接保
护动作电流的整定计算公式为,() relop E c
i
KIIK?
ki为零序电流互感器的变流比； krel为保护装置可靠系数，
保护装置不带时限时，宜取 4～ 5，以躲过被保护线路发生两
相短路时所出现的不平衡电流；保护装置带时限时，可取为
1.5～ 2，这时接地保护的动作时间应比相间短路的过电流保
护动作时间大一个 Δ t，以保证选择性。
（一）单相接地保护的灵敏度
单相接地保护的灵敏度，应按被保护线路末端发
生单相接故障时流过接地线的不平衡电流作为最小故
障电流来检验，而这一电容电流为与被保护线路有电
气联系的总电网电容电流 Ic.Σ 与被保护线路本身电容
电流 Ic之差。
因此单相接保护的灵敏度必须满足的条件,
.
()
1,5c ckp
i op E
IIS KI? ???
五、线路的过负荷保护
线路的过负荷保护只对可能出现过负荷的电
缆线路才予以装设，一般是延时动作于信号。动
作电流按躲过线路的计算电流 I30来整定，其整定
计算公式为,
动作时间一般取 10～ 15s。
( ) 3 0
1,2 1,3
o p O L
i
IIK?,
第四节 电力变压器的继电保护
一、电力变压器继电保护概述
高压为 6～ 10kV的车间变电所主变压器，通常装设
有带时限的过电流保护。如过电流保护动作时间大
于 0.5～ 0.7s，则应补装电流速断保护。容量在 800kV·A
及以上的油浸式变压器和 400kV·A 及以上的车间内油浸
式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称, 气体继电保
护, ）。容量在 400 kV·A及以上的变压器，当数台并列
运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据
可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及与其
保护在变压器内部轻微故障（通称, 轻瓦斯, ）时，动
作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在变压器内部严重
故障（通称, 重瓦斯, ）时，一般均动作于跳闸。
对于高压侧为 35kV及以上的工厂总降压变电所主变
压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯
保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是
如果单台运行的变压容量在 10000kV·A及以上及并列运
行的变压器每台容量在 6300kV·A及以上时，则要求装设
纵联差动保护来取代电流速断保护。
二、变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护
a) 变压器的过电流保护
无论是采用电流继电器还是脱扣器，是定时限还是反时限，变
压器过电流保护的组成、原理与前面所讲电力线路过电流保护的组
成、原理完全相同。
变压器过电流保护动作电流的整定也与线路过电流保护的整定
基本相同，只是公式中的 IL.max应取为 (1.5～ 3) I1N.T，这 I1N.T为变压
器的额定一次电流。
变压器过电流保护动作时间的整定也与线路过电流保护的整定
相同，也按, 阶梯原则, 整定。但对电力系统的终端变电所（如车
间变电所），其动作时间可整定为最小值 (0.5s)。
变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小
运行方式下发生两相短路时换 算到高压侧的短路电流值 I’ k.min来
检验，要求灵敏系数 Sp≥1.5 。如 Sp达不到要求，可采用低电压闭锁
的过电流保护。
b) 变压器的电流速断保护
变压器的电流速断保护，其组成、原理也与前面所讲线路的电
流速断保护完全相同。
变压器电流速断保护的动作电流（速断电流）的整定计算公式
也与线路电流速断保护基本相同，只是公式中的 Ik.max应取为低压母
线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的电流值,即变
压器电流速断保护的速断电流应按躲过低压母线三相短路电流周期
分量有效值来整定。
变压器电流速断保护的灵敏度，按其保护装置安装处（高压侧）
在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验，要求其灵
敏 Sp≥1.5 ～ 2。
变压器的电流速断保护也有保护不到的, 死区, 。弥补死区的
措施，也是配备带时限的过电流保护。
考虑变压器在空载投入或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁
涌流（可高达变压器额定一次电流的 8～ 10倍），为了防止电流速
断保护误动作，可在速断保护整定后，将变压器空载试投若干次，
以检查速断保护是否误动作。
c)变压器的过负荷保护
变压器的过负荷保护，其组成、原理也与前面所讲
线路的过负荷保护完全相同。
变压器的过负荷保护动作电流的整定计算公式也与
线路的过负荷保护基本相同，只是式 (6-23)中的 I30应取
为变压器的额定一次电流 I1N.T。其动作时间也取为 10～
15s。
如图是变压器的定限过电流保护、电流速断保护和
过负荷保护的综合电路图。
三、变压器低压侧的单相短路保护
低压侧的单 相短路保护，可采取下列措施之一,
1.低压侧装设三相均带过流脱扣器的低压断路器保护
2.低压侧三相装设熔断器保护
3.在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护
如图所示,
这种零序电流保护的动作电流 Iop(0)按躲过变压器低
压侧最大不平衡电流来整定，其整定计算公式为
式中,I2N.T为变压器的额定二次电流； Kdsq为不平衡系数，
一般取为 0.25； Krel为可靠系数，可取 1.3； Ki为零序电
流互感器的变流比。
零序电流保护的动作时间一般取 0.5～ 0.7s。
零序电流保护的灵敏度，按低压干线末端发生单相
短路来检验。对架空线,Sp≥ 1.5；对电缆线,Sp≥ 1.25。
采用这种零序电流保护，灵敏度较高，但投资较多，故
一般企业中较少采用。
( ) 2,re l d sqo p o N Ti
KKII
K?
4,采用两相三继电器结线或三相三继电器结线的过电
流保护
这两种结线既实现相间短路保护，又能实现对变压
器低压侧的单相短路的保护，且保护灵敏度比较高。
这里必须指出，通常作为变压器过电流保护的两相
两继电器结线和两相一继电器结线均不宜作为低压单相
短路的保护。下面分别进行简单的分析,
采用两相两继电器式过电流保护的变压器的低压侧单
相短路时的电流分布。如图，设未装电流互感器的 B相所
对应的低压侧 b相发生单 相短路时，低压侧 b相的单 相短
路电流 按, 对称分量法, 可分解正序,负
序,零序 。由此可绘出变压器低压侧各相电流的正
序、负序和零序的相量图，如图所示。低压侧正序电流和
负序电流通过三相三芯柱变压器都要感应到高压侧去，但
低压侧的零序电流,, 都是同相的，它们产生的零
序磁通在三相三芯变压器铁芯内不可能闭合，因而不可能
与高压绕组相交链，高压绕组也就不可能有零序分量。所
以变压器高压侧各相电流只有正序分量和负序分量的迭加。
由以上分析可知，当低压侧 b相发生单相短路时，在变压
器高压侧两相两继电器结线的继电器中只反应 1/3的单相
短路电流，灵敏度很低，因此这种结线不适于作低压侧的
单相短路保护。
(1)kbII??? (1)1 /3bbII??? (1)2 /3bbII???
(1)0 /3bbII???
、,0aI? 0bI? 0cI?
2、采用两相一继电器过电流保护的变压器在低压侧单
相短路时的电流分布
如图所示，当未装电流互感器的那一相所对应的低
压相发生单相短路时，高压侧的继电器中根本无电流
通过，即根本不反应低压侧的单相短路电流，因此这
种结线不能作低压侧的单相短路保护。
四、变压器的纵联差动保护
差动保护分纵联差动和横联差动两种形式，纵联
差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。差
动保护利用故障时产生的不平衡电流来动作，保护灵
敏度很高，而且动作迅速。按 GB50062— 1992规定，
10000kV·A及以上的单独运行变压器和 6300kV·A及以上
的并列运行变压器，应装设纵联差动保护； 6300kV·A及
以下单独运行的重要变压器，也可装设纵联差动保护。
当电流速断保护灵敏度不符合要求时，亦宜装设纵联
差动保护。
（一）变压器纵联差动保护的基本原理
变压器的纵联差动保护，主要用来保护变压器内
部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可用来
保护变压器内的匝间短路，并且也可用来保护变压器
内的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电
流互感器之间。
（二）变压器纵联差动保护中的不平衡电流及其减小
措施
变压器纵联差动保护是利用保护区内发生短路故
障时变压器两侧电流在差动回路内引起的不平衡电流
Idsp而动作的一种保护。
不平衡电流产生的原因及其减小或消除的措施。
1,由变压器结线而引起的不平衡电流及其消除措施
企业总降压变电所的主变压器通常采用 Yd11联结
组，这就造成变压器两侧电流有 30o的相位差。因此，
虽然可以通过恰当地选择变压器两侧电流互感器的变
流比，使互感器二次电流 I2相等，但由于两互感器二次
电流之间也存在 30o的相位差，因此差动回路中仍然有
相当大的不平衡电流 Idsp=0.268I2。为了消除差动回路
中的这一不平衡电流 Idsp，因此将装设在变压器星形联
结一侧的电流互感器接成三角形联结，而装设在变压
器三角形联结一侧的电流互感器接成星形联结。这样
即可消除差动回路中因变压器两侧电流相位不同而引
起的不平衡电流。
2,由两侧电流互感器变流比选择而引起的不平衡电流
及其消除措施
由于变压器的电压比和电流互感器的变流比各有标
准，不太可能完全配合恰当，从而差动保护两边的电
流也不太可能完全相等，这就必然在差动回路中产生
不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，可在互感器
二次回路装设自耦电流互感器进行调节，或利用速饱
和电流互感器中的或专门的差动继电器中的平衡线圈
来实现平衡，消除不平衡电流。
3,由变压器励磁涌流引起的不平衡电流及其减小措施
由于变压器在空载时投入产生的励磁涌流只通过变
压器一次绕组而二次绕组无电流，从而在差动回路中
产生相当大的不平衡电流。这可通过在差动回路中接
入速饱和电流互感器，继电器接在速饱和电流互感器
的二次侧，以减少励磁涌流对差动保护的影响。
（三）变压器纵联差动保护动作电流的整定
变压器纵联差动保护的动作电流 Iop(d)，应满足
以下三个条件,
① 应躲过变压器差动保护区外短路时出现的最大不
平衡电流 Idsq.max，即 Iop(d)=KrelIdsq.max
式中,Krel为可靠系数，可取 1.3。
② 应躲过变压器励磁涌流，即 Iop(d)=KrelI1N.T
式中,I1N.T为变压器额定一次电流； Krel为可靠系数，
可取 1.3~1.5。
③ 在电流互感器二次回路断线且变压器处于最大负
荷时，差动保护不应误动作，因此 Iop(d)=KrelIL.max
式中,IL.max为最大负荷电流，取 (1.2~1.3)I1N.T； Krel
为可靠系数，取 1.3。
五、变压器的瓦斯保护
瓦斯保护是保护油浸式电力变压器内部故障的
一种基本的继电保护装置。按 GB50062— 1992规定，
800kVA及以上的一般场所油浸式变压器和 400kVA及
以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。
瓦斯保护的基本元件是瓦斯继电器（又称, 气体继
电器, ）。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联
通管上，如实物所示。
(一 )瓦斯继电器的结构和工作原理
（二）变压器瓦斯保护的结线
下图 是油浸式变压器瓦斯保护的结线图
当变压器内部发生轻微故障（轻瓦斯）时，瓦斯
继电器 KG的上触点 KG1-2闭合，动作于报警信号。当变
压器内部发生严重故障（重瓦斯）时,KG的下触点
KG3-4闭合，通常是经中间继电器 KM动作于断路器 QF的
跳闸机构 YR，同时通过信号继电器 KS发出跳闸信号。
但是 KG3-4闭合，也可以利用切换片 XB切换位置，串接
限流电阻 R，只动作于报警信号。
（三）变压器瓦斯保护动作后的故障分析
变压器瓦斯保护动作后，可由蓄积于瓦斯继电器内的
气体性质来分析和判断故障的原因及处理要求。
第五节 供配电系统和建筑物的防雷保护
一、过电压及雷电的有关概念
（一）过电压的形式
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过
正常工作要求的电压。
1、部过电压
内部过电是由于电力系统本身的开关操作发生故
障或其他原因．使系统的工作状态突然改变 从而在系
统内部出现电磁振荡而引起的过电压。
内部过电压分操作过电压和谐振过电压等形式。
操作过电压是由于系统的开关操作、负荷骤变或由于
故障而出现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压
是由于系统中的电路参数（ R,L,C）在不利组合时
发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁芯饱和
而引起的铁磁谐振过电压。
2、雷电过电压
雷电过电压又称外部过电压或大气过电压,是由于
电力系统的设备或建 (构 )筑物遭受来自大气中的雷击
或雷电感应而引起的过电压。
雷电过电压有两种基本形式,
(1) 直接雷击 其过电压引起强大的雷电流通过这
些物体放电入地,从而产生破坏性极大的热效应和机
械效应,相伴的还有电磁效应和闪络放电。
(2) 间接雷击 这种雷电过电压称为, 感应过电压,
或, 感应雷, 。
据统计,电力系统中由于雷电侵入波而造成的雷害
事故,占整个雷害事故的 50%～ 70%,比例很大,因此对
雷电波侵入的防护应予足够的重视。
（二）雷电的形成及有关概念
雷电是带有电荷的, 雷云, 之间或, 雷云,
对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。
当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到
25～ 30KV/cm时,雷云就会开始向这一方位放电,形成一
个导电的空气通道,称为, 雷电先导,,大地的异性电
荷集中的上述方位尖端上方,也形成一个上行的, 迎
雷先导,,当雷电先导和迎电先导相互接近,正负电荷
强烈吸引中和而产生强大的, 雷电流,,并相伴雷鸣
电闪,这就是直击雷的, 主放电阶段,,这时间极短,
主放电阶段之后,雷云中的剩余电荷继续沿主放电通道
向大地放电,形成继续的隆隆雷声,这就是直击雷的
,余辉放电阶段,, 电流较小。雷电先导在主放电阶
段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离,称为
,闪击距离,,简称, 击距, 。雷电的击距,与雷电流
的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的, 滚球半
径, 大小,就与闪击距离有关。
架空线路在附近出现对地雷击时极易产生感应过
电压。当云出现在架空线路上方时,线路上由于静电感
应而积聚大量异性的束缚电荷，如图所示。当雷云对
其他地方放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自
由电荷，向路线两端泄放，形成电位很高的过电压，
如图所示。高压线路上的感应过电压，可达几十万伏,
对供电系统和建筑物的危害很大。 由于雷电流具有很
大的幅值和陡度，因此可在其周围产生强大的电磁场。
为了防止雷电流电磁感应引起的危险过电压，应用跨
接导体或用焊接将开口金属环连成闭合回路后接地。
雷电的几个名词概念,
（ 1）雷电流的幅值和陡度 雷电流是一个幅值很大、
陡度很高的冲击波电流。
（ 2）年平均雷暴日数 年平均雷暴日数不超过 15天的
地区，称为, 少雷区, 。年平均雷暴日数超过 40天的
地区，称为, 多雷区, 。年平均雷暴日数越多，说明
该地区雷电活动越频繁，因此防雷要求也越高,防雷
措施就更需加强。
（ 3）年预计雷击次数 按 GB50057— 1994,建筑物防
雷设计规范, 规定,年预计雷击次数按下式计算,
N=0.02KTa1.3AeK为校正系数,在一般情况下取 1,在下列
情况下应取相应数值，如位于旷野孤立的建筑物取 2，
金属屋面的砖木结构建筑物取 1.7，位于河边、湖边、
山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、
土山顶部、山谷风口等处的建筑物取 1.5。
二、接闪器及其保护范围
接闪器就是专门用来接受直接雷击 (雷电闪击 )的
金属物体。接闪的金属杆称为, 避雷针, 。接闪的金
属线称为, 避雷线, 或, 架空地线, 。接闪的金属
带称为, 闭雷带, 。接闪的金属网称为, 闭雷网, 。
（ 1）避雷针及其保护范围
避雷针一般采用镀锌圆钢 (针长 1m以下时直径不小
于 12㎜,针长 1～ 2m时直径不小于 16㎜ )或镀锌钢管 (针
长 1m以下时内径不小于 20㎜,针长 1～ 2m时内径不小于
25㎜ )制成。它通常安装在电杆 (支柱 )或构架、建筑物
上。它的下端要经引下线与接地装置连接。
避雷针的保护范围，以它能防护直接雷击的空间
来表示。
新颁国家标准 GB50057— 1994,建筑物防雷设计规
范, 则规定采用 IEC推荐的, 滚球法, 来确定。
所谓, 滚球法, 就是选择一个半径为 hr (滚球半径 )
的球体,沿需要防护直击雷的部位滚动。如果球体只接
触到避雷针 (线 )或避雷针 (线 )与地面，而不触及需要保
护的部位，则该部位就在避雷针 (线 )的保护范围之内。
单只避雷针的保护范围，按 GB50057— 1994规定，应
按下列方法确定,
(1) 当避雷针高度 h≤ hr时,
1）距地面 hr处画一平行于地面的平行线,
2）以避雷针的针尖为圆心,以 hr为半径,作弧线交于
平行线的 A,B两点,
3）以 A,B为圆心,为半 hr径作弧线,该弧线与针尖相交
并与地面相切。从该弧线起到地面上的整个锥行空间，
就是避雷针的保护范围。避雷针在被保护物高度 hx的 xx，
平面上的保护半径。按表确定 (据 GB50057— 1994)。
表按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸
建筑物防雷类别
第一类
第二类
第三类
滚球半径 hr/m
30
45
60
避雷网络尺寸
(不大于 ) /m
5× 5或 6× 4
10× 10或 12× 8
20× 20或 24× 16
（ 1）避雷针在地面上的保护半径,按下式计算,
（ 2）当避雷针高度 h＞ hr时
在避雷针上取高度 hr的一点代替单只避雷针的针
尖作圆心，其余的作法与 h≤ hr的作法相同。
关于两只及多只避雷针的保护范围，可参看
GB50057— 1994或有关设计手册，此略。
? ?2 ( 2 )x r x r xr h h h h h h? ? ? ?
0 ( 2 )rr h h h??
（二）避雷线及其保护范围
避雷线一般采用截面不小于 35mm2的镀锌钢绞线，
架设在架空线路的上边，以保护架空线路或其他物体
(包括建筑物 )免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，
又要接地，因此又称为, 架空地线, 。
避雷线的功能与避雷针基本相同，本质上也是引
雷作用。单根避雷线的保护范围,按 GB50057— 1994规
定，当避雷线的高度 h≥2hr 时，无保护范围。当避雷
线的高度 h＜ 2hr时，应按下列方法确定 (参看图 ),
1）距地面 hr处画一平行于地面的平行线。
2）以避雷线为圆心,hr为半径，作弧线交于平行线的 A、
B两点。
3）以 A,B为圆心,hr为半径作弧线，该两弧线相交或相
切，并于地面相切。从该弧线起到地面上的空间就是其
保护范围。
4） 2hr＞ h＞ hr时,保护范围最高点的高度 h0=2hr－ h
5）雷线在被保护物高度 hx的 xx,平面上的保护宽度,按
下式计算,式中,h为避雷线的高度。必须
注意，确定避雷线的高度时,应计其弧垂的影响；在无
法确定弧垂时，等高支柱间的档距小于 120m，避雷线中
点的弧垂宜采用 2m，档距为 120～ 150m时宜采用 3m。
关于两根等高避雷线的保护范围，可参看 GB50057—
1994或有关设计手册,此略。
( 2 ) ( 2 )x r x r xb h h h h h h? ? ? ?
（三）避雷带和避雷网
避雷带和避雷网主要用来保护高层建筑物免遭直
击雷和感应雷。
避雷带和避雷宜采用圆钢和扁钢,优先采用圆钢。圆钢
直径应不小于 8mm；扁钢截面应不小于 48mm2，其厚
度应不小于 4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直
径应不小于 12mm； 扁钢截面应不小于 100 mm2，其
厚度应不小于 4mm。避雷网的网格尺寸要求如前面表
所示。
以上各接闪器应经引下线与接地装置连接。引下
线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与
避雷带 (网 )采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，
并经最短的路径接地，建筑艺术要求较高者可暗敷，
但其圆钢直径应不小于 10mm，扁钢截面应不小于 80
mm2。
三、供配电系统的防雷保护
㈠ 架空线路的防雷措施
（ 1）架设避雷线 这是架空线路防雷的有效措施,但造
价高,因此只在 66kV及以上的架空线路才沿全线装设。
35kV的架空线路上,一般只在进出变配电所的一段线上
装设。而 10kV及以下线路上一般不装设避雷线。
（ 2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上,可采用
木横担、瓷横担或高一电压级的绝缘子,以提高线路本
身的防雷水平。
（ 3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于
3～ 10kV的线路是中性点不接地的系统,因此可在三角
排列的顶线绝缘子上装设保护间隙,
如图所示。在出现雷电过电压时,顶线绝缘子上的保护
间隙被击穿，通过接地引下线对地释放雷电流，从而
保护了下面的两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。
（ 4）装设自动重合闸装置 在断路器跳闸后,电弧即
自行熄灭,,如果线路装设自动重合闸装置 (ARD),使断
路器经 0.5s或稍长一点时间后自动合闸,电弧通常不会
复燃,从而能恢复供电,这对一般用户不会有什么影响。
（ 5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器
㈡ 变配电所的防雷措施
(1)装设避雷针或避雷带 (网 ) 变配电所及其室外配
电装置,应装设避雷针以防护直击雷。如无室外配电
装置,可于变配电所的屋顶装设避雷针或避雷带 (网 )。
如果变配电所及其屋外配电装置处在相邻的建 (构 )筑
物防雷保护范围以内时,可不再装设避雷针或避雷带
(网 )。
独立避雷针宜设独立的接地装置, 其工频接地电阻
Re≤10Ω。独立避雷针及其引下线与变配电装置在空
气中的水平间距 S。 (单位为 m),应满足下列两式要
求,
S。 ≥0.2Rsh＋ 0.1h 即 S。 ≥5m
独立避雷针的接地装置与变配电所主接地网在水中的
水平间距 (单位为 m),应满足下列两式要求,
SE≥ 0.3 Rsh 且 SE≥ 3m
(2)装设避雷线 处于峡谷地区的变配电所,可利用避
雷线 (架空地线 )来防护直击。,
在 35kV及以上的变配电所架空进线上,架设 1～
2km的避雷线,以消除近区进线上的雷击闪络,进线
保护段上的避雷线保护角不宜大于
200,最大不应大于 300。 进线保护段范围内的电杆工
频接地电阻 RE≤10Ω
(3)装设避雷器 用以防止雷电侵入波对变配电所电
气装置特别是对主变压器的危害。
1) 高压架空线路的终端杆装设阀式或排气式避雷器。
2) 每组高压母线上均应装设阀式避雷器。
图 a为 35kV架空和电缆进线的雷电侵入波过电压保
护结线图
图 b为 30kV架空和电缆进线的雷电侵入波过电压保
护结线图
3～ 10kV配电变压器低压侧中性点不接地时 (如 IT系
统 ),应在中性点装设击穿保险器。
四、建筑物的防雷保护
㈠建筑物的防雷分类 按防雷要求分以下三类,
(1)第一防雷建筑物
(2)第二防雷建筑物
(3)第三防雷建筑物
㈡各类防雷建筑物的防雷措施
1 建筑物易受雷击的部位
按 GB50057— 1994规定,应沿表所示的屋角、屋脊、
屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。
2 各类防雷建筑物的避雷网格尺寸
按 GB50057— 1994规定,各类防雷建筑物的避雷网格
尺寸要求如表所示。
3各类防雷建筑物的防雷要求
（ 1）第一类防雷建筑物的防雷要求 应有防直击雷、
防雷电感应和防雷电波侵入的措施。
1） 直击雷 采取装设独立避雷针或架空避雷线 (网 )，
使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体
均处于接闪器的保护范围内。
2） 防雷电感应 建筑物内外的所有可能产生雷电感
应的金属物件均应接到防雷电感应的接地装置上，其
工频接地电阻 RE≤10Ω。
防雷电波侵入 低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设。
（ 2）第二类防雷建筑物的防雷要求 也应有防直击雷、
防雷电感应和防雷电波侵入的措施。
1）防直击雷 宜采取在建筑物上装设避雷网（带）
或避雷针或由其混合组成的接闪器，使被保护的建筑
物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的
保护范围内。
2）防雷电感应 建筑物内的设备、管道、构架等主
要金属物，应就接近至防直击雷接地装置或电气设备
的保护接地装置上，可不另设接地装置。
3）防雷电波侵入 当低压线路全长采用埋地电缆或
敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将
电缆金属外皮和金属线槽接地。
（ 3）第三类防雷建筑物的防雷要求 也应有防直击雷、
防雷电感应和防雷电波侵入的措施。
1）防直击雷 也宜采取在建筑物上装设避雷网
（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器。
2）防雷电感应 为防止雷电流流经引下线和接地
装置时产生的高电位对附近金属物或电器线路的反击，
引下线与附近金属物和电气线路的间距应符合规范的
要求。
3）防雷电波侵入 对电缆进出线，应在进出端将电
缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。
第六节 电气装置的接地与接零
一 接地与接零的有关概念
㈠接地与接零的类型与作用
（ 1）工作接地 是指为了电路或设备达到运行要求
的一种接地方式。
（ 2）保护接地 是指为了在故障情况下保障人身安
全、防止触电事故而进行的接地方式。保护接地的作
用可用下图来说明。
（ 3）保护接零 指为了达到保护接地要求而采取
将电气设备外露可导电部分接保护中性线（ PEN线，
通称,零线”）或保护线（ PE线，亦称,地线”）
的方式。
（ 4）重复接地 在 TN系统中，为确保 PEN线或 PE
线安全可靠，除在系统中性点进行工作接地外，还
必须在 PEN线或 PE线中重复接地。
（ 5）防雷接地 指为了防止雷电过电压对人身和设
备的安全产生危害而进行的一种接地方式，如避雷
针、避雷器等的接地。
㈡ 接地有关的名词概念
(1)接地和接地装置 电气设备的某部分与大地之间
做良好的电气连接，称为, 接地, 。埋入地中并直接
与大地接触的金属导体，称为, 接地体,,或称, 接
地极, 。专门为接地而人为装设的接地体，称为, 人
工接地体, 。如图所示。接地干线一般应采用不少于
两根导体在不同地点与接地网连接。
(2)接地电流对地电压 当电气设备发生接地故障时，
电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称
为, 接地电流,,用 IE表示。在距接地体越远的地方
球面越大，其散流电阻也越小。在距接地体或接地故
障点 20m左右的地方，流散电阻已趋近于零。
(3）接触电压与跨步电压
1）接触电压 指电气设备的绝缘损坏时，在身体可
同时触及的两部分之间出现的电位差。如图中的 Uton。
2）跨步电压 指在接地故障点附近行走，两脚之间
所出现的电位差，如图中的 Ustep。
3）接地电阻 指接地体的流散电阻与接地线和接地体
电阻的总和。
关于低压 TT系统和 IT系统中电气设备外露可导电部
分的保护接地电阻 RE，按规定应满足这样的条件，即
在接地电流 IE通过 RE产生的对地电压 UE，不应高于安
全特低电压 50V。因此保护接地电阻应为,
RE≤ 50V/IE
二 接地装置的装设
㈠ 电气装置应接地或接零的金属部分（据
GB50169— 1992）
㈡ 自然接地体的利用
在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地
体，以节约投资，节约钢材。
㈢ 人工接地体的装设
人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种基本结构形式，
如图所示。最常用的垂直接地体为直径 50mm、长
2.5m的钢管。
为了减少外界温度变化对流散电阻的影响，埋入地
下的接地体，其顶面埋设深度不宜小于 0.6m
当土壤电阻率（参看附录表）偏高时，例如土壤电
阻率 ρ≧ 300??m时，为降低接地装置的接地电阻，可
采取以下措施：①采用多支外引接地装置。②采用深
埋式接地体。③局部进行土壤置换处理，如图 6— 47所
示，或者进行土壤化学处理，填充以降阻剂，如图所
示。
当多根接地体相互接近时，入地电流的流散将相互
排挤，其电流分布如图所示。这种影响入地电流流散
的作用，称为“屏蔽效应”。由于这种屏蔽效应，而
使接地装置的利用率下降，水平接地体的间距一般不
宜小于 5m。
接地网的布置，应尽量使地面的电位分布均匀，以
降低接触电压的跨步电压。 35～ 110/6～ 10kV变电所的
接地网内应敷设水平均压带，如图所示。为保障人身
安全，应在经常有人出入的走道处，采用高绝缘路面
（如沥青碎石路面），或加装帽檐式均压带。
种类、规格及单位
地上
地下
室内
室外
交流电流
回路
直流电流
回路
圆钢直径 /mm
6
8
10
12
扁钢
截面积
/mm2
60
100
100
100
厚度 /mm
3
4
4
6
角钢厚度 /mm
2
2.5
4
6
角钢管壁厚度 /mm
2.5
2.5
3.5
4.5
钢接地体和接地线的最小规格（据 GB50169— 1992）
注,1,电力线路杆塔的接地体引出线截面不应小于 50mm2。 引出线应热镀焊 。
2、按 GB50057— 1994,建筑物防雷设计规范, 规定：防雷的接地装置，圆钢直径不应小
于 10mm；扁钢截面不应小于 100mm2，厚度不应小于 4mm；角钢厚度不应小于 4mm；钢管
壁厚不应小于 3.5mm。作为引下线，圆钢直径不应小于 8mm；扁钢截面不应小于 48mm2,厚
度不应小于 4mm。
（四）防雷装置的接地要求
避雷针宜装设独立的接地装置。防雷的接地装置及
避雷针（线、网）引下线的结构尺寸，应符合
GB50057— 1994的规定（参看表 6— 4下注 2）。
为了防止雷击时雷电流在接地装置上产生的高电位
对被保护的建筑物和配电装置及其接地装置进行“反
击闪络”，危机建筑物和配电装置的安全，防
直击雷的接地装置与建筑物和配电装置及其接地装置
之间，应有一定的安全距离，此距离与建筑物的防雷
等级有关，但空气中的安全距离 S0≥ 5m，地下的安全
距离 SE≥ 3m，如图所示。
如图所示 防直击雷的接地装置对建筑物和配电装
置及其接地装置的安全距离, S0— 空气中间距,SE—
地下间距
为了防止降低跨步电压，保证人身安全，按
GB50057— 1994 规定，防直击雷的人工接地体距建
筑物出入口或人行道的距离不应小于 3m。当小于 3m
时，应采取措施。
三、接地装置的计算
（一）人工接地体工频接地电阻的计算。
（ 1）单根垂直管形接地体的接地电阻（ Ω） RE≈ρ/ L
（ 2）多根垂直管形接地体的接地电阻（ Ω） n根垂直
接地体并联时，由于接地体间的屏蔽效应影响，使得
总的接地电阻 RE＞ RE（ 1） /n，故实际总的接地电阻为：
RE= RE（ 1） ／ ηE
（ 3）单根水平带形接地体的接地电阻 RE=2ρ／ L
（ 4） n根放射形水平接地带（ n≤12，每根长度 L≈60m）
的接地电阻 RE≈0.062ρ／ n+1.2
（ 5） 环行接地网的接地电阻（ Ω） RE≈ 0.6ρ ／
㈡ 自然接地体的工频接地电阻的计算
部分自然接地体的工频接地电阻和采用下列简化
公式计算。
（ 1）电缆金属外皮和水管等的接地电阻 RE≈2ρ／ L
（ 2）钢筋混凝土基础的接地电阻 RE≈0.2ρ／
㈢ 冲击接地电阻的计算
冲击接地电阻可按下列近似公式计算,
Rsh≈βRE
RE为工频接地电阻； β 为冲击电阻换算系数，可查表 。
土壤电阻率 /（ Ω ·m）
≦ 100
500
1000
≥2000
接地网中
接地点至
最远端的
长度（ m）
20
1
0.67
0.50
0.33
40
—
0.80
0.53
0.34
60
—
—
0.63
0.38
80
—
—
—
0.43
㈣ 接地装置的计算程序及示例
1） 计规范要求确定允许的接地电阻 RE。
2） 测或估算可以利用的自然接地体的接地电阻 RE
（ nat） 。
3） 计算需要补充的人工接地体的接地电阻
RE（ man） = RE（ nat） RE／ RE（ nat）－ RE
如果不考虑自然接地体，则 RE（ man） = RE。
4） 在装设接地体的区域内初步安排接地体的布置方案，
并按一般经验试选，初步确定接地体和连接导线的尺
寸。
5） 计算单根接地体的接地电阻 RE（ 1） 。
6） 用逐步渐近法计算接地体的数量
n= RE（ 1） RE／ ηE RETT（ man）
7）校验短路热稳定度，对于大接地电流系统中的接地
装置，进行单相短路热稳定度校验，因此计算满足单
相短路热稳定度的钢接地线的最小允许截面（ mm2）
为,
m i n
(1 )
70
kkItA ?
例 6＿ 5 某降压变电所的主变压器容量为 800kV·A,
电压为 10/0.4kV,Dyn11连接。试确定此变电所公共接
地装置的垂直接地钢管和连接扁钢尺寸。已知装设地
点的土质为黄土,10kV侧有电联系的架空线路长 50km，
电缆线路长 15km。
解, （ 1） 确定接地电阻限值
由附录表 25可知该变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下
两个条件,RE≤ RE≤4?
式中的 IE由式计算,
IE=IC= A=16.4A
故应为 RE≤ =7.3?
比较可知, 此变电所总接地电阻应为,RE≤ 4?
35 0 )15*3550(*10 ?
IEV120
AV4.16120
（ 2）接地装置的初步方案
现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所外墙
2~3 m，打入一圈直径 50㎜,长 2.5m的钢管接地体，
每隔 5m打入一根，管间用 40㎜× 4㎜ 的扁钢焊接相连。
（ 3）计算单根钢管接地电阻
查附录表，得黄土 p=200?·m。
按公式得单根钢管接地电阻,RE（ 1） ≈?·m=80?
（ 4）确定接地钢管数和最后的接地方案
根据 RE／ RE=80／ 4=20。但考虑到管间的屏蔽效
应，初选 30跟直径 50㎜,长 2.5m的钢管作接地体。以
n=30和 a/l=2去查附录表 27-2，取 ηE=0.6。因此由式得：
n=RE(1)∕ηERE=-80∕0.6*4=33
考虑到接地体的均匀对称布置，选 34根直径 50㎜,长
2.5m的钢管作接地体，用 40㎜ *4㎜ 的扁钢连接，环行
布置。
㈤ 接地装置平面布置图
接地装置平面布置图，是表示接地体和接地线体布置
与安装要求的一种工程图。
下图是高压配电所及其附设 2号车间便电所的接地装置
平面布置图。
四、低压配电系统的接地故障保护及等电位联结
㈠ 低压配电系统的接地故障保护
接地故障指低压配电系统中的相线与大地、相线与
PE线或 PEN线以及相线与设备外露可导电部分之间的
短路。
接地故障的危害很大。在 TN系统中的接地故障，
形成单相接地短路，电流很大，必须迅速切断故障电
路。恢复系统其他部分的正常运行。在 TT系统和 IT系
统中，接地故障电流较小，但故障设备的外露可导电
路部分可能呈现危险的对地电压如不及时予以信号报
警或切除故障。就有发生人身触电事故的可能。因此
对接地故障必须采取适当的安全防护措施。
1,TN系统中的接地故障保护
TN系统配电线路接地故障保护的动作电流 IOP（ E） 应符
合下式要求,
接地故障保护的动作时间，对已有总等电位联结。
而配电线路为只供应固定式用电设备的末端线路，不
宜大于 5s，即 top(E)≤5s。对以有总等电位联结措施，而
为供电给手握式或移动式电气设备的末端线路，则不
宜大于 0.4s，即 top(E)≤0.4s。
接地故障保护如采用熔断器保护，接地故障电流 Ik(1)
与容体额定电流 IN·FE的比值不应小于表 4-5所列数值。
接地故障保护还可采用低压断路器保护或零序电流
保护。
2,TT系统中的接地故障保护
在已采取总等电位联结的措施，且其接地故障保护
满足下式要求时，可认为已达到防触电的安全要求,
IOP（ E） RE≤50V
当采用过电流保护电器时，反时限特性过电流保护
电器的 IOP（ E） 应保证在 5s内切除接地故障回路。当采
用瞬时动作特性过电流保护时,IOP（ E） 应保证瞬时切
除接地故障回路。当采用过电流保护达不到上述要求
时，则应采取漏电电流保护。
3,IT系统中的接地故障保护
在 IT系统的配电线路中，当发生第一次接地故障时，
应有绝缘监视装置发出音响或灯光报警信号，其动作
电流应符合下式要求,IERE≤50V
当发生第二次接地故障时，可形成两相接地短路，
这时，应有过电流保护或漏电电流保护来切断故障回
路，并应符合下列要求,
1） 当 IT系统不引出 N线，线路电压为 220／ 380V时，
保护电器应在 0.4s内切断故障回路，并符合下列要求,
2） 当 IT系统引出 N线，线路电压为 220／ 380V时，保
护电器应在 0.8s内切断故障回路，并符合下列要求,
32OPI Z U???
1' 2OPI Z U???
㈡ 漏电断路器的基本结构和原理
漏电断路器按工作原理分，有电压动作型和电流动
作型两种，但通常都采用电流动作型。图是电流动作
型漏电断路器工作原理示意图。
图 电流动作型漏电断路器结构原理示意图
TAN— 零序电流互感器 A— 放大器 YR— 脱扣器
QF— 低压断路器
㈢ 等电位联结
等电位联结是使电气装置各外露可导电部分和装置
外可导电部分电位基本相等的一种电气联结。等电位
联结的作用，在于降低接触电压，以保障人身安全。
按 GB50054— 1995,低压配电设计规范, 规定：
采用接地故障保护时，在建筑物内应作总等电位联结。
当电气装置或其某一部分的接地故障保护不能满足要
求时，尚应在局部范围内进行局部等电位联结。
1总等电位联结（ MEB）
总等电位联结是在建筑物进线时，将 PE线或 PEN
线与电气装置接地干线、建筑物内的各种金属管道及
建筑物金属构件等，都接向总等电位联结端子，使它
们都具有基本相等的电位，如图 6— 54中的 MEB
2,局部等电位联结（ LEB）
局部等电位联结又称,辅助等电位联结”，是在
远离总等电位联结处，非常潮湿、触电危险性大的局
部地域内进行的等电位联结，作为总等电位联结的一
种补充，如图 6— 54中的 LEB。通常在容易触电的浴室
及安全要求高的胸膛手术室等地，宜作局部等电位联
结。
总等电位联结主母线的截面规定不应小于装置中最
大 PE线截面的一半，但不小于 6mm2。如果采用铜导
线，其截面可不超过 25 mm2。
联结装置外露可导电部分与装置外可导电部分的局部
等电位联结线，其截面不应小于相应的 PE线截面的一
半，而联接两个外露可导电部分的局部等电位联结线，
其截面不应小于接至该两个外露可导电部分的较小 PE
线的截面。
PE线,PEN线和等电位联结线（ WEB）以及引至接地
装置的接地干线等，在安装竣工后，均应检测其导电
是否良好，绝不允许有不良的的或松动的连接。在水
表、煤气表处，应作跨接线。管道连接处，一般不需
跨接线，但如导电不良则应作跨接线。
供配电系统的保护
本章讲的是企业供电系统的保护装置。首
先简述继电保护的任务和基本要求，然后介绍常
用的保护继电器及继电保护的结线方式和操作方
式及电力线路和电力变压器的各种继电保护的结
线、原理、整定计算、供配电系统的防雷与接地
问题。
第一节 继电保护的任务与要求
一, 继电保护装置的任务
继电保护装置是按照保护的要求, 将各种继
电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装
置, 其任务是,
（ 1） 故障时作用于跳闸
（ 2） 异常状态时发出报警信号
二, 对继电保护的基本要求
（ 1） 选择性
（ 2） 可靠性
（ 3） 速动性
（ 4） 灵敏度
继电保护装置除了满足上述四项基本要求外，
尚应要求投资省、便于调试和维护，且尽可能
满足系统运行所要求的灵活性。
一、继电器的分类
继电器是一种在其输入的物理量（电气量或非电
气量）达到规定值时，其电气量输出电路被接通或分
断的自动电器。
继电器按其输入量的性质分，有电气继电器和非电
气继电器两大类。按其用途分，有控制继电器和保护
继电器两大类，前者用于自动控制电路，后者用于继
电保护电路。
保护继电器按其在继电保护装置电路中的功能分，
有, 测量继电器, 和, 有或无继电器, 两大类。
第二节 常用的保护继电器及其结线和操作方式
测量继电器装设在继电保护装置电路的第一级,
用来反应被保护元件 （ 电气设备或线路 ） 的特性
量变化情况 。 当其特性量达到预先整定的动作值
时即行动作, 在保护装置中属于主保护, 或称起
动继电器 。
有或无继电器是一种只按电气量是否在其工作
范围内或者是否为零时而动作的电气继电器, 包
括时间继电器, 中间继电器, 信号继电器等, 在
继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能, 属于
辅助继电器, 过去也称为逻辑继电器 。
保护继电器按其组成元件分，有机电型、晶
体管型和微机型三类。由于机电型继电器具有可
靠、便于维修和调试等优点，因此我国企业供电
系统目前仍以传统的机电型继电器为主。
机电型继电器按其结构原理分, 有电磁式和感
应式继电器 。
保护继电器按其反应的物理量分, 有电流继电
器, 电压继电器, 功率继电器, 瓦斯继电器, 欠
电压 （ 低电压 ） 继电器等 。
保护继电器按其在保护装置中的功能分，有
起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继
电器（或称出口继电器）等。下图是过电流保护
的框图。
当线路上发生短路时，
起动用的电流继电器 KA瞬
时动作，使时间继电器 KT
起动。 KT经整定一定时间
后，接通信号继电器 KS和
中间（出口）继电器 KM。
KM就接通断路器 QF的跳
闸回路，使断路器跳闸，
从而切除短路故障。
保护继电器按其动作于断路器的方式分, 有直
接动作式 （ 直动式 ） 和间接动作式两大类 。
保护继电器按其与一次电路联结的方式分，
有一次式继电器和二次式继电器。一次式继电器
的线圈是与一次电路直接相连的，例如低压断路
器的过电流脱扣器和低电压（失压）脱扣器，实
际上就是一次式继电器（也是直动式继电器）。
二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互
感器的二次侧，经过互感器与一次电路相联系。
高压系统中的保护继电器都是二次式继电器
（ 一 ） 电磁式电流继电器和电压继电器
电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护
装置中均为起动元件, 属测量继电器 。
常用的 DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构
如图所示 。
过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小
电流, 称为继电器的, 动作电流,, 用 Iop表示 。
过电流继电器线圈中的使继电器由动作状
态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的
,返回电流,,用 Ire表示。
继电器的返回电流与动作电流的比值，称为继电
器的“返回系数”，用 Kre表示
二、常用的保护继电器
电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法,
（ 1） 平滑调节
（ 2） 级进调节
DL-10系列电磁式电流继电器的内部结线如图所示 。
低电压继电器的动作电
压 Uop，为其线圈上的使继电
器动作的最高电压；其返回
电压 Ure，为其线圈上的使继
电器由动作状态返回到起始
位置的最低电压。低电压继
电器的返回系数
Kre=Ure/Uop>1，一般 Kre为
1.25。越接近于 1，说明继电
器越灵敏。
（二）电磁式时间继电器
电磁式时间继电器在继电保护装置中，用来
获得所需要的延时（时限），它属于机电式有或
无继电器。
常用的 DS-110/120系列电磁式时间继电器的
基本结构实物。 DS-110系列用于直流,DS-120系
列用于交流。
DS-110/120系列电磁式时间继电器的内部
结线及其图形符号和文字符号，如下图所示。
（ 三 ） 电磁式信号继电器
电磁式信号继电器在继电保护装置中用来
发出指示信号, 以提醒运行值班人员注意 。 它
也属于机电式有或无继电器 。
常用的 DX-11型电磁式信号继电器有电流
型和电压型两种：电流型信号继电器的线圈为
电流线圈，串联在二次回路内，由于其阻抗小，
不影响其他二次回路元件的动作；电压型信号
继电器的线圈为电压线圈，阻抗大，只能并联
在二次回路中。 DX-11型电磁式信号继电器的
基本结构如实物所示。
DX-11型 电磁式信号继电器的内部结线及其
图形符号和文字符号如下图所示 。
电磁式中间继电器
电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅
助继电器，以弥补主继电器触点数量或 触点容
量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。
电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅
助继电器，以弥补主继电器触点数量或 触点容
量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。
常用的 DZ-10系列电磁式中间继电器的基本
结构如实物所示。
这种快吸快放的电磁式中间继电器的内部结
线及其图形符号和文字符号如下图所示。
（ 四 ） 感应式电流继电器
在工厂供电系统中, 广泛采用感应式电流继
电器来实现过电流保护和电流速断保护 。 由于
感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器,
时间继电器, 信号继电器和中间继电器的功能,
从而可大大简化继电保护装置 。 感应式电流继
电器属测量继电器 。
常用的 GL-10/20系列感应式电流继电器的
基本结构如实物所示。
感应式电流继电器兼有“速断特性”，所
示的动作特性曲线上对应于开始速断时间的动
作电流倍数，称为“速断电流倍数”，即
速断电流 Iqb的含义，是指继电器线圈中的
使电流速断元件动作的最小电流。
de f qb
qb
op
In
I
三、电保护装置的结线方式
过电流的继电保护装置中，起动继电器与电流互感器之间
的连接，主要有两相两继电器式和两相一继电器式两种结线
方式,
（一）两相一继电器式结线，如下图（左）
又称“两相电流差结线”。正常工作时，流入继电器的电流
为两相电流互感 器二次电流之差。
（二）两相两继电器式结线，如下图（右）
如一次电路发生三相短路或任意两相短路，都至少有一个
继电器要动作，从而使一次电路的断路器跳闸。
为了表述继电器电流 IKA与电流互感器二次电流 I2的关系，
特引入一个结线系数 kw，其定义式为,
在其一次电路发生三相短路时, 流入继电器的
电流为电流互感器二次电流的 倍 （ 参看下图 a
的相量图 ）, 即,
在其一次电路的 A,C两相发生短路时, 流入继电器
的电流为互感器二次电流的 2倍 （ 参看图下 b的相
量图 ）, 即 。
在其一次电路的 A,B两相或 B,C两相发生短
路时，流入继电器的电流只有一相电流互感器的
二次电流（参看下图 c,d相量图），即 。
(3) 3wK ?
(, ) 2ACwK ?
(, ), 1A b B CwwKK??
3
四、继电保护装置的操作方式
继电保护装置的操作电源，有直流操作电源和
交流操作电源两大类。直流操作电源有蓄电池组
和整流电源两种。但交流操作电源具有投资少、
运行维护方便及二次回路简单可靠等优点，因此
它在企业供配电系统中应用最为广泛。
交流操作电源供电的继电保护装置主要有两
种操作方式,
（一）直接动作式（如下图）
（二）“去分流跳闸”的操作方式（如下图）
第三节 高压电力线路的继电保护
一、电力线路继电保护概述
按 GB50062— 1992,电力装置的继电和自动装置设
计规范, 规定：对 3～ 66KV电力线路，应装设相间短
路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的相
间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动
作的电流速断保护。如过电流保护的时限不大于 0.5
～ 0.7s时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动
作于跳闸，以切除短路故障。
单相接地保护，有两种方式,(1)绝缘监视装置，
装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。 (2)有选
择性的单相接地保护（零序电流保护），亦动作于信
号，但当单相接地危及人身和设备安全时，则应动作
于跳闸。
二, 带时限的过电流保护
带时限的过电流保护, 按其动作时限特性分,
有, 定时限, 过电流保护和, 反时限, 过电流保
护两种 。
定时限过电流保护装置的组成和原理定时限
过电流保护装置的原理电路如图所示。
反时限过电流保护装置的原理电路，如图所示。
动作电流的整定
带时限的过电流
保护（包括定时限和
反时限）的动作电流
Iop，应躲过线路的最
大负荷电流（包括正
常过负荷电流和尖峰
电流），以免在通过
时保护装置误动作，
而且其返回电流 Ire也
应躲过，否则保护装
置还可能发生误动作。
为了说明这一点，以
图 a所示电路来说明。
过电流保护装置动作电流的整定公式为,
如采用断路器手动操动机构中的过电流脱扣器 YR
作直动式过电流保护, 则脱扣器的动作电流 （ 脱扣
电流 ） 应按下式整定,
动作时间的确定
为保证前后两级保护装置动作的选择性, 应按
,阶梯原则, 进行整定 。 如上图 b和 c所示, 即
,m a xre l wop Lre i
KKII
KK?
( ), m a xre l wo p Y R L
i
KKII
K?
对定时限过电流保护，因采用 DL型电流继电器，
其可动部分惯性小，可取；对反时限过电流保护，因
采用 GL型电流继电器其可动部分（铝盘）惯性较大，
可取，定时限过电流保护的动作时间，利用时间继电
器来整定。
反时限过电流保护的动作时间, 由于 GL型电流继
电器的时限调节机构是按 10倍动作电流的动作时间
来标度的, 因此须根据前后两级保护的 GL型继电
器的动作特性曲线来整定 。
假设如图所示线路中，后一级保护 KA2的 10倍
动作电流的动作时间已整定为 t2，现要整定前一级
保护 KA1的 10倍动作电流的动作时间 t1，整定计算
的方法步骤如下（参看下图）,
① 计算 WL2首端的三相短路电流 Ik反应到 KA2中去
的电流,
② 计算 对 KA2的动作电流 的倍数,
③ 确定 KA2的实际动作时间 。 如图所示 KA2的动作
特性曲线的横坐标轴上, 找出 n2,然后向上找到
该曲线上 a点, 该点所对应的动作时间就是 KA2通
过 时的实际动作时间 。
④ 计算 KA1的实际动作时间 。 根据保护选择性的要
求, KA1的实际动作时间 。 取, 故 。
⑤ 计算 WL2首端的三相短路电流 Ik反应到 KA1中去
的电流值, 即
⑥ 计算 对 KA1的动作电流 Iop(1)的倍数,
⑦确定 KA1的 10倍动作电流的动作时间。
( 2 )' ( 2 )
( 2 )
wkk
i
KIIK?
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（一）过电流保护的灵敏度及提高灵敏度的措
施 —— 低电压闭锁保护
1,过电流保护的灵敏度
根据公式, 保护灵敏度 。 对于线路
过电流保护, 应取被保护线路末端在系统最小运
行方式下的两相短路电路 。 而 。 因此过
电流保护的灵敏度必须满足的条件为,
.min
.1
kp
op
IS I?,minkI
(2),minkI,1op op i
wI I K K?
( 2 ).m in 1,5wk
p i opKIS KI??
2,低电压闭锁的过电流保护
动作电流整定计算公式为,
动作电压的整定计算公式为,
为母线最低工作电压，取 (0.85～ 0.95)UN；
UN为线路额定电路； Krel为保护装置的可靠系数,
可取 1.2； Kre为低电压继电器的返回系数，一般取
1.25； Ku为电压互感器的变压比。
30rel wop re iKKIIKK?
m in 0,6 Nop
rel re u u
UUU K K K K??
minU
（ 二 ） 定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较
定时限过电流保护的优点是：动作时间比较精确,
整定简便, 而且不论短路电流大小, 动作时间都是一
定的, 不会出现因短路电流小动作时间长而延长了故
障时间的问题 。 但缺点是：所需继电器多, 结线复杂,
且需直流操作电源, 投资较大 。 此外, 靠近电源处的
保护装置, 其动作时间较长, 这是带时限过电流保护
共有的缺点 。
反时限过电流保护的优点是：继电器数量大为减
少，而且可同时实现电流速断保护，加之可采用交流
操作，因此简单经济，投资大大减少，因此它在中小
企业供电系统中得到广泛应用。但缺点是动作时间的
整定比较麻烦，而且误差较大，当短路电流较小时，
其动作时间可能相当长，从而延长了故障持续时间。
例 6-1 某 10kV电力线路，如图 6-19所示。已知 TA1
的变流比为 100/5A,TA2的变流比为 50/5A。 WL1和
WL2的过电流保护均采用两相两继电器式结线，继电
器均为 GL-15/10型 。现 KA1已经整定，其动作电流为
7A,10倍动作电流的动作时间为 1s。 WL2的计算电流
为 28A,WL2首端 k-1点的三相短路电流为 800A，其末
端 k-2点的三相短路电流为 250A。试整定 KA2的动作电
流和动作时间，并检验其灵敏度。
解,（ 1） 整定 KA2的动作电流 取,
故
根据 GL-15/10型继电器规格, 动作电流整定为 9A。
,m a x 302 2 2 8 5 6
1,3
0,8
5 0 / 5 1 0
L
r e l
re
i
I I A A
K
K
K
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?
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( 2 ), m a x
1, 3 1 5 6 9, 1
0, 8 1 0r e l wo p Lr e i
KKI I A A
KK
?? ? ? ?
?
（ 2）整定 KA2的动作时间
先确定 KA1的实际动作时间，由于 k-1点发生三相短路
时 KA1中的电流为,
故对 KA1的动作电流倍数为,
利用 n1=5.7和 KA1整定的时限 t1=1s，去查附录表 23-2
的 GL-15型继电器的动作特性曲线，得 KA1的实际动作
时间 t’1≈ 1.3s,
由此可得 KA2的实际动作时间应为,
下面确定 KA2的 10倍动作电流的动作时间。由于 k-1点
发生三相短路时 KA2中的电流为,
故对 KA2的动作电流倍数为,
利用 n2=8.9和 KA2的实际动作时间，去查附录表 23-2的
GL-15型继电器的动作特性曲线，得 KA2的 10倍动作电
流的动作时间 t2≈ 0.7s。
( 1 )' 1 ( 1 ) 1
( 1 )
1 8 0 0 4 020wkk
i
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1 8 0 0 8 010wkk
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' 1 ( 2 )
2 ( 2 ) 80 8,99kop
I An IA?? ? ?
（ 3）检验 KA2的保护灵敏度
KA2保护的线路 WL2末端 k-2点的两相短路电流为其
保护区内的最小短路电流，即
因此 KA2的保护灵敏度为,
由此可见,KA2整定的动作电流满足保护灵敏度的
要求。
( 2 )
m in( 2 )
( 2 )
1 2 1 7 2,4 1,5
1 0 9wkp i o p
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( 2 ) ( 3 ),m i n 20, 8 6 6 0, 8 6 6 2 5 0 2 1 7kkI I A A?? ? ? ?
三、电流速断保护
上述带时限的过电流保护有一个明显的缺点，
就是越靠近电源，其动作时间越长，而且短路电流
也越靠近电源也越大，因此危害也就更加严重。因
此 GB50062— 1992规定，在过电流保护动作时间超
过 0.5～ 0.7时，应装高瞬时动作的电流速断保护装
置。
(一 )电流速断保护的组成及速断电流的整定
电流速断保护是指一种瞬时动作的过电流保护。
对于采用 DL型电流继电器的速断保护来说，就相当
于定时限过电流保护中抽去时间继电器，最后由中
间继电器触点接通断路器的跳闸回路。下图是电力
线路上同时装设有定时限过电流保护和电流速断保
护的电路图 。
为了保证前后两级瞬动的电流速断选择性，因此
电流速断保护的动作电流即速断电流 Iqb，应按躲过它
所保护线路末端的最大短路电流（即三相短路电流）
Ik.max来整定。因为只有如此整定，才能避免在后一级
速断保护所保护的线路首端发生三相短路时前一级速
断保护误动作的可能性，以保证选择性。
如图所示线路中，前一段线路 WL1末端 k-1点的
三相短路电流，实际上与后一段线路 WL2首点 k-2的
三相短路电流是近乎相等的（由于 k-1点与 k-2点之
间距离很短）。因此可得电流速断保护动作电流
（速断电流）的整定计算公式为,
Iqb可靠系数，对 DL型继电器，取 1.2～ 1.3；对
GL型继电器，取 1.4～ 1.5；对过流脱扣器，取 1.8～
2。
.m axrel wqp kiKKIIK?
（二）电流速断保护的“死区”及其弥补
由于电流速断保护的动作电流躲过了线路末端
的最大短路电流，因此靠近末端的一段线路上发生
的不一定是最大的短路电流（例如两相短路电流）
时，电流速断保护不会动作，这说明，电流速断保
护不可能保护线路的全长。这种保护装置不能保护
的区域，称为“死区”，如图所示。
为了保护死区得不到保护的缺陷，所以凡是装
设有电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电
流保护，过电流保护的动作时间应比电流速断保护
至少长一个时间级差，而且前后的过电流保护的动
作时间仍须符合“阶梯原则”，以保证选择性。
在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电
流保护作为后备；而在电流速断的死区内，则过电
流保护为基本保护。
（三）电流速断保护的灵敏度
电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为,
一般宜 ；个别有困难时可 。
( 2 )
1.5 2wkp
i qp
KIS
KI??,
2pS ? 1.5pS ?
四、单相接地保护
在小接地电流的电力系统中，发生单地接地故
障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压仍是
对称的，其值也未变，因此可暂时继续运行。由于
非故障相的对地电压要升高为正常时对地电压的倍，
故对线路绝缘是一威胁，如果长此下去，可能引起
非故障相的对地绝缘击穿而导致两相接地短路，引
起线路开关跳闸，造成停电事故。为此，这种小接
地电流系统中，必须装设无选择性的绝缘监视装置
或有选择性的单相接地保护装置，以便在发生单相
接地故障时，发出报警信号，以便运行值班人员及
时发现和处理。
（一）有选择性的单相接地保护的基本原理
单相接保护，又称, 零序电流保护,,它利用单
相接地所产生的零序电流使保护装置动作，发出信号。
当单相接地危及人身和设备安全时，则动作于跳闸。
下图是电缆线路用零序电流互感器进行单相接地
保护的结线。在系统正常运行及发生相间短路时，由
于穿过零序电流互感器的电缆线路中的电流相量和为
零，因此在零序电流互感器铁心中没有磁通，其二次
侧也不会感应出电流，电流继电器也不会动作。当系
统发生单相接地时，就有接地电容电流在接地线中通
过，从而在零序电流互感器铁心中产生磁通，互感器
二次侧相应地感应出零序电流，使电流继电器动作，
接通信号回路，发出报警信号。
单相接地时接地电容电流的分布如图所示
（二）单相接地保护动作电流的整定
由图可知，当系统中某一线路发生单相接地故障时，
其他线路上都会出现不平衡的电容电流，而这些线路因
本身是正常的，其接地保护装置不应该动作，因此单相
接地保护的动作电流 Iop(E)应躲过在其他线路发生单相
接地故障时在本线路上引起的电容电流 Ic，即单相接保
护动作电流的整定计算公式为,() relop E c
i
KIIK?
ki为零序电流互感器的变流比； krel为保护装置可靠系数，
保护装置不带时限时，宜取 4～ 5，以躲过被保护线路发生两
相短路时所出现的不平衡电流；保护装置带时限时，可取为
1.5～ 2，这时接地保护的动作时间应比相间短路的过电流保
护动作时间大一个 Δ t，以保证选择性。
（一）单相接地保护的灵敏度
单相接地保护的灵敏度，应按被保护线路末端发
生单相接故障时流过接地线的不平衡电流作为最小故
障电流来检验，而这一电容电流为与被保护线路有电
气联系的总电网电容电流 Ic.Σ 与被保护线路本身电容
电流 Ic之差。
因此单相接保护的灵敏度必须满足的条件,
.
()
1,5c ckp
i op E
IIS KI? ???
五、线路的过负荷保护
线路的过负荷保护只对可能出现过负荷的电
缆线路才予以装设，一般是延时动作于信号。动
作电流按躲过线路的计算电流 I30来整定，其整定
计算公式为,
动作时间一般取 10～ 15s。
( ) 3 0
1,2 1,3
o p O L
i
IIK?,
第四节 电力变压器的继电保护
一、电力变压器继电保护概述
高压为 6～ 10kV的车间变电所主变压器，通常装设
有带时限的过电流保护。如过电流保护动作时间大
于 0.5～ 0.7s，则应补装电流速断保护。容量在 800kV·A
及以上的油浸式变压器和 400kV·A 及以上的车间内油浸
式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称, 气体继电保
护, ）。容量在 400 kV·A及以上的变压器，当数台并列
运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据
可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及与其
保护在变压器内部轻微故障（通称, 轻瓦斯, ）时，动
作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在变压器内部严重
故障（通称, 重瓦斯, ）时，一般均动作于跳闸。
对于高压侧为 35kV及以上的工厂总降压变电所主变
压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯
保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是
如果单台运行的变压容量在 10000kV·A及以上及并列运
行的变压器每台容量在 6300kV·A及以上时，则要求装设
纵联差动保护来取代电流速断保护。
二、变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护
a) 变压器的过电流保护
无论是采用电流继电器还是脱扣器，是定时限还是反时限，变
压器过电流保护的组成、原理与前面所讲电力线路过电流保护的组
成、原理完全相同。
变压器过电流保护动作电流的整定也与线路过电流保护的整定
基本相同，只是公式中的 IL.max应取为 (1.5～ 3) I1N.T，这 I1N.T为变压
器的额定一次电流。
变压器过电流保护动作时间的整定也与线路过电流保护的整定
相同，也按, 阶梯原则, 整定。但对电力系统的终端变电所（如车
间变电所），其动作时间可整定为最小值 (0.5s)。
变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小
运行方式下发生两相短路时换 算到高压侧的短路电流值 I’ k.min来
检验，要求灵敏系数 Sp≥1.5 。如 Sp达不到要求，可采用低电压闭锁
的过电流保护。
b) 变压器的电流速断保护
变压器的电流速断保护，其组成、原理也与前面所讲线路的电
流速断保护完全相同。
变压器电流速断保护的动作电流（速断电流）的整定计算公式
也与线路电流速断保护基本相同，只是公式中的 Ik.max应取为低压母
线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的电流值,即变
压器电流速断保护的速断电流应按躲过低压母线三相短路电流周期
分量有效值来整定。
变压器电流速断保护的灵敏度，按其保护装置安装处（高压侧）
在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验，要求其灵
敏 Sp≥1.5 ～ 2。
变压器的电流速断保护也有保护不到的, 死区, 。弥补死区的
措施，也是配备带时限的过电流保护。
考虑变压器在空载投入或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁
涌流（可高达变压器额定一次电流的 8～ 10倍），为了防止电流速
断保护误动作，可在速断保护整定后，将变压器空载试投若干次，
以检查速断保护是否误动作。
c)变压器的过负荷保护
变压器的过负荷保护，其组成、原理也与前面所讲
线路的过负荷保护完全相同。
变压器的过负荷保护动作电流的整定计算公式也与
线路的过负荷保护基本相同，只是式 (6-23)中的 I30应取
为变压器的额定一次电流 I1N.T。其动作时间也取为 10～
15s。
如图是变压器的定限过电流保护、电流速断保护和
过负荷保护的综合电路图。
三、变压器低压侧的单相短路保护
低压侧的单 相短路保护，可采取下列措施之一,
1.低压侧装设三相均带过流脱扣器的低压断路器保护
2.低压侧三相装设熔断器保护
3.在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护
如图所示,
这种零序电流保护的动作电流 Iop(0)按躲过变压器低
压侧最大不平衡电流来整定，其整定计算公式为
式中,I2N.T为变压器的额定二次电流； Kdsq为不平衡系数，
一般取为 0.25； Krel为可靠系数，可取 1.3； Ki为零序电
流互感器的变流比。
零序电流保护的动作时间一般取 0.5～ 0.7s。
零序电流保护的灵敏度，按低压干线末端发生单相
短路来检验。对架空线,Sp≥ 1.5；对电缆线,Sp≥ 1.25。
采用这种零序电流保护，灵敏度较高，但投资较多，故
一般企业中较少采用。
( ) 2,re l d sqo p o N Ti
KKII
K?
4,采用两相三继电器结线或三相三继电器结线的过电
流保护
这两种结线既实现相间短路保护，又能实现对变压
器低压侧的单相短路的保护，且保护灵敏度比较高。
这里必须指出，通常作为变压器过电流保护的两相
两继电器结线和两相一继电器结线均不宜作为低压单相
短路的保护。下面分别进行简单的分析,
采用两相两继电器式过电流保护的变压器的低压侧单
相短路时的电流分布。如图，设未装电流互感器的 B相所
对应的低压侧 b相发生单 相短路时，低压侧 b相的单 相短
路电流 按, 对称分量法, 可分解正序,负
序,零序 。由此可绘出变压器低压侧各相电流的正
序、负序和零序的相量图，如图所示。低压侧正序电流和
负序电流通过三相三芯柱变压器都要感应到高压侧去，但
低压侧的零序电流,, 都是同相的，它们产生的零
序磁通在三相三芯变压器铁芯内不可能闭合，因而不可能
与高压绕组相交链，高压绕组也就不可能有零序分量。所
以变压器高压侧各相电流只有正序分量和负序分量的迭加。
由以上分析可知，当低压侧 b相发生单相短路时，在变压
器高压侧两相两继电器结线的继电器中只反应 1/3的单相
短路电流，灵敏度很低，因此这种结线不适于作低压侧的
单相短路保护。
(1)kbII??? (1)1 /3bbII??? (1)2 /3bbII???
(1)0 /3bbII???
、,0aI? 0bI? 0cI?
2、采用两相一继电器过电流保护的变压器在低压侧单
相短路时的电流分布
如图所示，当未装电流互感器的那一相所对应的低
压相发生单相短路时，高压侧的继电器中根本无电流
通过，即根本不反应低压侧的单相短路电流，因此这
种结线不能作低压侧的单相短路保护。
四、变压器的纵联差动保护
差动保护分纵联差动和横联差动两种形式，纵联
差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。差
动保护利用故障时产生的不平衡电流来动作，保护灵
敏度很高，而且动作迅速。按 GB50062— 1992规定，
10000kV·A及以上的单独运行变压器和 6300kV·A及以上
的并列运行变压器，应装设纵联差动保护； 6300kV·A及
以下单独运行的重要变压器，也可装设纵联差动保护。
当电流速断保护灵敏度不符合要求时，亦宜装设纵联
差动保护。
（一）变压器纵联差动保护的基本原理
变压器的纵联差动保护，主要用来保护变压器内
部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可用来
保护变压器内的匝间短路，并且也可用来保护变压器
内的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电
流互感器之间。
（二）变压器纵联差动保护中的不平衡电流及其减小
措施
变压器纵联差动保护是利用保护区内发生短路故
障时变压器两侧电流在差动回路内引起的不平衡电流
Idsp而动作的一种保护。
不平衡电流产生的原因及其减小或消除的措施。
1,由变压器结线而引起的不平衡电流及其消除措施
企业总降压变电所的主变压器通常采用 Yd11联结
组，这就造成变压器两侧电流有 30o的相位差。因此，
虽然可以通过恰当地选择变压器两侧电流互感器的变
流比，使互感器二次电流 I2相等，但由于两互感器二次
电流之间也存在 30o的相位差，因此差动回路中仍然有
相当大的不平衡电流 Idsp=0.268I2。为了消除差动回路
中的这一不平衡电流 Idsp，因此将装设在变压器星形联
结一侧的电流互感器接成三角形联结，而装设在变压
器三角形联结一侧的电流互感器接成星形联结。这样
即可消除差动回路中因变压器两侧电流相位不同而引
起的不平衡电流。
2,由两侧电流互感器变流比选择而引起的不平衡电流
及其消除措施
由于变压器的电压比和电流互感器的变流比各有标
准，不太可能完全配合恰当，从而差动保护两边的电
流也不太可能完全相等，这就必然在差动回路中产生
不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，可在互感器
二次回路装设自耦电流互感器进行调节，或利用速饱
和电流互感器中的或专门的差动继电器中的平衡线圈
来实现平衡，消除不平衡电流。
3,由变压器励磁涌流引起的不平衡电流及其减小措施
由于变压器在空载时投入产生的励磁涌流只通过变
压器一次绕组而二次绕组无电流，从而在差动回路中
产生相当大的不平衡电流。这可通过在差动回路中接
入速饱和电流互感器，继电器接在速饱和电流互感器
的二次侧，以减少励磁涌流对差动保护的影响。
（三）变压器纵联差动保护动作电流的整定
变压器纵联差动保护的动作电流 Iop(d)，应满足
以下三个条件,
① 应躲过变压器差动保护区外短路时出现的最大不
平衡电流 Idsq.max，即 Iop(d)=KrelIdsq.max
式中,Krel为可靠系数，可取 1.3。
② 应躲过变压器励磁涌流，即 Iop(d)=KrelI1N.T
式中,I1N.T为变压器额定一次电流； Krel为可靠系数，
可取 1.3~1.5。
③ 在电流互感器二次回路断线且变压器处于最大负
荷时，差动保护不应误动作，因此 Iop(d)=KrelIL.max
式中,IL.max为最大负荷电流，取 (1.2~1.3)I1N.T； Krel
为可靠系数，取 1.3。
五、变压器的瓦斯保护
瓦斯保护是保护油浸式电力变压器内部故障的
一种基本的继电保护装置。按 GB50062— 1992规定，
800kVA及以上的一般场所油浸式变压器和 400kVA及
以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。
瓦斯保护的基本元件是瓦斯继电器（又称, 气体继
电器, ）。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联
通管上，如实物所示。
(一 )瓦斯继电器的结构和工作原理
（二）变压器瓦斯保护的结线
下图 是油浸式变压器瓦斯保护的结线图
当变压器内部发生轻微故障（轻瓦斯）时，瓦斯
继电器 KG的上触点 KG1-2闭合，动作于报警信号。当变
压器内部发生严重故障（重瓦斯）时,KG的下触点
KG3-4闭合，通常是经中间继电器 KM动作于断路器 QF的
跳闸机构 YR，同时通过信号继电器 KS发出跳闸信号。
但是 KG3-4闭合，也可以利用切换片 XB切换位置，串接
限流电阻 R，只动作于报警信号。
（三）变压器瓦斯保护动作后的故障分析
变压器瓦斯保护动作后，可由蓄积于瓦斯继电器内的
气体性质来分析和判断故障的原因及处理要求。
第五节 供配电系统和建筑物的防雷保护
一、过电压及雷电的有关概念
（一）过电压的形式
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过
正常工作要求的电压。
1、部过电压
内部过电是由于电力系统本身的开关操作发生故
障或其他原因．使系统的工作状态突然改变 从而在系
统内部出现电磁振荡而引起的过电压。
内部过电压分操作过电压和谐振过电压等形式。
操作过电压是由于系统的开关操作、负荷骤变或由于
故障而出现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压
是由于系统中的电路参数（ R,L,C）在不利组合时
发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁芯饱和
而引起的铁磁谐振过电压。
2、雷电过电压
雷电过电压又称外部过电压或大气过电压,是由于
电力系统的设备或建 (构 )筑物遭受来自大气中的雷击
或雷电感应而引起的过电压。
雷电过电压有两种基本形式,
(1) 直接雷击 其过电压引起强大的雷电流通过这
些物体放电入地,从而产生破坏性极大的热效应和机
械效应,相伴的还有电磁效应和闪络放电。
(2) 间接雷击 这种雷电过电压称为, 感应过电压,
或, 感应雷, 。
据统计,电力系统中由于雷电侵入波而造成的雷害
事故,占整个雷害事故的 50%～ 70%,比例很大,因此对
雷电波侵入的防护应予足够的重视。
（二）雷电的形成及有关概念
雷电是带有电荷的, 雷云, 之间或, 雷云,
对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。
当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到
25～ 30KV/cm时,雷云就会开始向这一方位放电,形成一
个导电的空气通道,称为, 雷电先导,,大地的异性电
荷集中的上述方位尖端上方,也形成一个上行的, 迎
雷先导,,当雷电先导和迎电先导相互接近,正负电荷
强烈吸引中和而产生强大的, 雷电流,,并相伴雷鸣
电闪,这就是直击雷的, 主放电阶段,,这时间极短,
主放电阶段之后,雷云中的剩余电荷继续沿主放电通道
向大地放电,形成继续的隆隆雷声,这就是直击雷的
,余辉放电阶段,, 电流较小。雷电先导在主放电阶
段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离,称为
,闪击距离,,简称, 击距, 。雷电的击距,与雷电流
的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的, 滚球半
径, 大小,就与闪击距离有关。
架空线路在附近出现对地雷击时极易产生感应过
电压。当云出现在架空线路上方时,线路上由于静电感
应而积聚大量异性的束缚电荷，如图所示。当雷云对
其他地方放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自
由电荷，向路线两端泄放，形成电位很高的过电压，
如图所示。高压线路上的感应过电压，可达几十万伏,
对供电系统和建筑物的危害很大。 由于雷电流具有很
大的幅值和陡度，因此可在其周围产生强大的电磁场。
为了防止雷电流电磁感应引起的危险过电压，应用跨
接导体或用焊接将开口金属环连成闭合回路后接地。
雷电的几个名词概念,
（ 1）雷电流的幅值和陡度 雷电流是一个幅值很大、
陡度很高的冲击波电流。
（ 2）年平均雷暴日数 年平均雷暴日数不超过 15天的
地区，称为, 少雷区, 。年平均雷暴日数超过 40天的
地区，称为, 多雷区, 。年平均雷暴日数越多，说明
该地区雷电活动越频繁，因此防雷要求也越高,防雷
措施就更需加强。
（ 3）年预计雷击次数 按 GB50057— 1994,建筑物防
雷设计规范, 规定,年预计雷击次数按下式计算,
N=0.02KTa1.3AeK为校正系数,在一般情况下取 1,在下列
情况下应取相应数值，如位于旷野孤立的建筑物取 2，
金属屋面的砖木结构建筑物取 1.7，位于河边、湖边、
山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、
土山顶部、山谷风口等处的建筑物取 1.5。
二、接闪器及其保护范围
接闪器就是专门用来接受直接雷击 (雷电闪击 )的
金属物体。接闪的金属杆称为, 避雷针, 。接闪的金
属线称为, 避雷线, 或, 架空地线, 。接闪的金属
带称为, 闭雷带, 。接闪的金属网称为, 闭雷网, 。
（ 1）避雷针及其保护范围
避雷针一般采用镀锌圆钢 (针长 1m以下时直径不小
于 12㎜,针长 1～ 2m时直径不小于 16㎜ )或镀锌钢管 (针
长 1m以下时内径不小于 20㎜,针长 1～ 2m时内径不小于
25㎜ )制成。它通常安装在电杆 (支柱 )或构架、建筑物
上。它的下端要经引下线与接地装置连接。
避雷针的保护范围，以它能防护直接雷击的空间
来表示。
新颁国家标准 GB50057— 1994,建筑物防雷设计规
范, 则规定采用 IEC推荐的, 滚球法, 来确定。
所谓, 滚球法, 就是选择一个半径为 hr (滚球半径 )
的球体,沿需要防护直击雷的部位滚动。如果球体只接
触到避雷针 (线 )或避雷针 (线 )与地面，而不触及需要保
护的部位，则该部位就在避雷针 (线 )的保护范围之内。
单只避雷针的保护范围，按 GB50057— 1994规定，应
按下列方法确定,
(1) 当避雷针高度 h≤ hr时,
1）距地面 hr处画一平行于地面的平行线,
2）以避雷针的针尖为圆心,以 hr为半径,作弧线交于
平行线的 A,B两点,
3）以 A,B为圆心,为半 hr径作弧线,该弧线与针尖相交
并与地面相切。从该弧线起到地面上的整个锥行空间，
就是避雷针的保护范围。避雷针在被保护物高度 hx的 xx，
平面上的保护半径。按表确定 (据 GB50057— 1994)。
表按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸
建筑物防雷类别
第一类
第二类
第三类
滚球半径 hr/m
30
45
60
避雷网络尺寸
(不大于 ) /m
5× 5或 6× 4
10× 10或 12× 8
20× 20或 24× 16
（ 1）避雷针在地面上的保护半径,按下式计算,
（ 2）当避雷针高度 h＞ hr时
在避雷针上取高度 hr的一点代替单只避雷针的针
尖作圆心，其余的作法与 h≤ hr的作法相同。
关于两只及多只避雷针的保护范围，可参看
GB50057— 1994或有关设计手册，此略。
? ?2 ( 2 )x r x r xr h h h h h h? ? ? ?
0 ( 2 )rr h h h??
（二）避雷线及其保护范围
避雷线一般采用截面不小于 35mm2的镀锌钢绞线，
架设在架空线路的上边，以保护架空线路或其他物体
(包括建筑物 )免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，
又要接地，因此又称为, 架空地线, 。
避雷线的功能与避雷针基本相同，本质上也是引
雷作用。单根避雷线的保护范围,按 GB50057— 1994规
定，当避雷线的高度 h≥2hr 时，无保护范围。当避雷
线的高度 h＜ 2hr时，应按下列方法确定 (参看图 ),
1）距地面 hr处画一平行于地面的平行线。
2）以避雷线为圆心,hr为半径，作弧线交于平行线的 A、
B两点。
3）以 A,B为圆心,hr为半径作弧线，该两弧线相交或相
切，并于地面相切。从该弧线起到地面上的空间就是其
保护范围。
4） 2hr＞ h＞ hr时,保护范围最高点的高度 h0=2hr－ h
5）雷线在被保护物高度 hx的 xx,平面上的保护宽度,按
下式计算,式中,h为避雷线的高度。必须
注意，确定避雷线的高度时,应计其弧垂的影响；在无
法确定弧垂时，等高支柱间的档距小于 120m，避雷线中
点的弧垂宜采用 2m，档距为 120～ 150m时宜采用 3m。
关于两根等高避雷线的保护范围，可参看 GB50057—
1994或有关设计手册,此略。
( 2 ) ( 2 )x r x r xb h h h h h h? ? ? ?
（三）避雷带和避雷网
避雷带和避雷网主要用来保护高层建筑物免遭直
击雷和感应雷。
避雷带和避雷宜采用圆钢和扁钢,优先采用圆钢。圆钢
直径应不小于 8mm；扁钢截面应不小于 48mm2，其厚
度应不小于 4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直
径应不小于 12mm； 扁钢截面应不小于 100 mm2，其
厚度应不小于 4mm。避雷网的网格尺寸要求如前面表
所示。
以上各接闪器应经引下线与接地装置连接。引下
线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与
避雷带 (网 )采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，
并经最短的路径接地，建筑艺术要求较高者可暗敷，
但其圆钢直径应不小于 10mm，扁钢截面应不小于 80
mm2。
三、供配电系统的防雷保护
㈠ 架空线路的防雷措施
（ 1）架设避雷线 这是架空线路防雷的有效措施,但造
价高,因此只在 66kV及以上的架空线路才沿全线装设。
35kV的架空线路上,一般只在进出变配电所的一段线上
装设。而 10kV及以下线路上一般不装设避雷线。
（ 2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上,可采用
木横担、瓷横担或高一电压级的绝缘子,以提高线路本
身的防雷水平。
（ 3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于
3～ 10kV的线路是中性点不接地的系统,因此可在三角
排列的顶线绝缘子上装设保护间隙,
如图所示。在出现雷电过电压时,顶线绝缘子上的保护
间隙被击穿，通过接地引下线对地释放雷电流，从而
保护了下面的两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。
（ 4）装设自动重合闸装置 在断路器跳闸后,电弧即
自行熄灭,,如果线路装设自动重合闸装置 (ARD),使断
路器经 0.5s或稍长一点时间后自动合闸,电弧通常不会
复燃,从而能恢复供电,这对一般用户不会有什么影响。
（ 5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器
㈡ 变配电所的防雷措施
(1)装设避雷针或避雷带 (网 ) 变配电所及其室外配
电装置,应装设避雷针以防护直击雷。如无室外配电
装置,可于变配电所的屋顶装设避雷针或避雷带 (网 )。
如果变配电所及其屋外配电装置处在相邻的建 (构 )筑
物防雷保护范围以内时,可不再装设避雷针或避雷带
(网 )。
独立避雷针宜设独立的接地装置, 其工频接地电阻
Re≤10Ω。独立避雷针及其引下线与变配电装置在空
气中的水平间距 S。 (单位为 m),应满足下列两式要
求,
S。 ≥0.2Rsh＋ 0.1h 即 S。 ≥5m
独立避雷针的接地装置与变配电所主接地网在水中的
水平间距 (单位为 m),应满足下列两式要求,
SE≥ 0.3 Rsh 且 SE≥ 3m
(2)装设避雷线 处于峡谷地区的变配电所,可利用避
雷线 (架空地线 )来防护直击。,
在 35kV及以上的变配电所架空进线上,架设 1～
2km的避雷线,以消除近区进线上的雷击闪络,进线
保护段上的避雷线保护角不宜大于
200,最大不应大于 300。 进线保护段范围内的电杆工
频接地电阻 RE≤10Ω
(3)装设避雷器 用以防止雷电侵入波对变配电所电
气装置特别是对主变压器的危害。
1) 高压架空线路的终端杆装设阀式或排气式避雷器。
2) 每组高压母线上均应装设阀式避雷器。
图 a为 35kV架空和电缆进线的雷电侵入波过电压保
护结线图
图 b为 30kV架空和电缆进线的雷电侵入波过电压保
护结线图
3～ 10kV配电变压器低压侧中性点不接地时 (如 IT系
统 ),应在中性点装设击穿保险器。
四、建筑物的防雷保护
㈠建筑物的防雷分类 按防雷要求分以下三类,
(1)第一防雷建筑物
(2)第二防雷建筑物
(3)第三防雷建筑物
㈡各类防雷建筑物的防雷措施
1 建筑物易受雷击的部位
按 GB50057— 1994规定,应沿表所示的屋角、屋脊、
屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。
2 各类防雷建筑物的避雷网格尺寸
按 GB50057— 1994规定,各类防雷建筑物的避雷网格
尺寸要求如表所示。
3各类防雷建筑物的防雷要求
（ 1）第一类防雷建筑物的防雷要求 应有防直击雷、
防雷电感应和防雷电波侵入的措施。
1） 直击雷 采取装设独立避雷针或架空避雷线 (网 )，
使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体
均处于接闪器的保护范围内。
2） 防雷电感应 建筑物内外的所有可能产生雷电感
应的金属物件均应接到防雷电感应的接地装置上，其
工频接地电阻 RE≤10Ω。
防雷电波侵入 低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设。
（ 2）第二类防雷建筑物的防雷要求 也应有防直击雷、
防雷电感应和防雷电波侵入的措施。
1）防直击雷 宜采取在建筑物上装设避雷网（带）
或避雷针或由其混合组成的接闪器，使被保护的建筑
物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的
保护范围内。
2）防雷电感应 建筑物内的设备、管道、构架等主
要金属物，应就接近至防直击雷接地装置或电气设备
的保护接地装置上，可不另设接地装置。
3）防雷电波侵入 当低压线路全长采用埋地电缆或
敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将
电缆金属外皮和金属线槽接地。
（ 3）第三类防雷建筑物的防雷要求 也应有防直击雷、
防雷电感应和防雷电波侵入的措施。
1）防直击雷 也宜采取在建筑物上装设避雷网
（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器。
2）防雷电感应 为防止雷电流流经引下线和接地
装置时产生的高电位对附近金属物或电器线路的反击，
引下线与附近金属物和电气线路的间距应符合规范的
要求。
3）防雷电波侵入 对电缆进出线，应在进出端将电
缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。
第六节 电气装置的接地与接零
一 接地与接零的有关概念
㈠接地与接零的类型与作用
（ 1）工作接地 是指为了电路或设备达到运行要求
的一种接地方式。
（ 2）保护接地 是指为了在故障情况下保障人身安
全、防止触电事故而进行的接地方式。保护接地的作
用可用下图来说明。
（ 3）保护接零 指为了达到保护接地要求而采取
将电气设备外露可导电部分接保护中性线（ PEN线，
通称,零线”）或保护线（ PE线，亦称,地线”）
的方式。
（ 4）重复接地 在 TN系统中，为确保 PEN线或 PE
线安全可靠，除在系统中性点进行工作接地外，还
必须在 PEN线或 PE线中重复接地。
（ 5）防雷接地 指为了防止雷电过电压对人身和设
备的安全产生危害而进行的一种接地方式，如避雷
针、避雷器等的接地。
㈡ 接地有关的名词概念
(1)接地和接地装置 电气设备的某部分与大地之间
做良好的电气连接，称为, 接地, 。埋入地中并直接
与大地接触的金属导体，称为, 接地体,,或称, 接
地极, 。专门为接地而人为装设的接地体，称为, 人
工接地体, 。如图所示。接地干线一般应采用不少于
两根导体在不同地点与接地网连接。
(2)接地电流对地电压 当电气设备发生接地故障时，
电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称
为, 接地电流,,用 IE表示。在距接地体越远的地方
球面越大，其散流电阻也越小。在距接地体或接地故
障点 20m左右的地方，流散电阻已趋近于零。
(3）接触电压与跨步电压
1）接触电压 指电气设备的绝缘损坏时，在身体可
同时触及的两部分之间出现的电位差。如图中的 Uton。
2）跨步电压 指在接地故障点附近行走，两脚之间
所出现的电位差，如图中的 Ustep。
3）接地电阻 指接地体的流散电阻与接地线和接地体
电阻的总和。
关于低压 TT系统和 IT系统中电气设备外露可导电部
分的保护接地电阻 RE，按规定应满足这样的条件，即
在接地电流 IE通过 RE产生的对地电压 UE，不应高于安
全特低电压 50V。因此保护接地电阻应为,
RE≤ 50V/IE
二 接地装置的装设
㈠ 电气装置应接地或接零的金属部分（据
GB50169— 1992）
㈡ 自然接地体的利用
在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地
体，以节约投资，节约钢材。
㈢ 人工接地体的装设
人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种基本结构形式，
如图所示。最常用的垂直接地体为直径 50mm、长
2.5m的钢管。
为了减少外界温度变化对流散电阻的影响，埋入地
下的接地体，其顶面埋设深度不宜小于 0.6m
当土壤电阻率（参看附录表）偏高时，例如土壤电
阻率 ρ≧ 300??m时，为降低接地装置的接地电阻，可
采取以下措施：①采用多支外引接地装置。②采用深
埋式接地体。③局部进行土壤置换处理，如图 6— 47所
示，或者进行土壤化学处理，填充以降阻剂，如图所
示。
当多根接地体相互接近时，入地电流的流散将相互
排挤，其电流分布如图所示。这种影响入地电流流散
的作用，称为“屏蔽效应”。由于这种屏蔽效应，而
使接地装置的利用率下降，水平接地体的间距一般不
宜小于 5m。
接地网的布置，应尽量使地面的电位分布均匀，以
降低接触电压的跨步电压。 35～ 110/6～ 10kV变电所的
接地网内应敷设水平均压带，如图所示。为保障人身
安全，应在经常有人出入的走道处，采用高绝缘路面
（如沥青碎石路面），或加装帽檐式均压带。
种类、规格及单位
地上
地下
室内
室外
交流电流
回路
直流电流
回路
圆钢直径 /mm
6
8
10
12
扁钢
截面积
/mm2
60
100
100
100
厚度 /mm
3
4
4
6
角钢厚度 /mm
2
2.5
4
6
角钢管壁厚度 /mm
2.5
2.5
3.5
4.5
钢接地体和接地线的最小规格（据 GB50169— 1992）
注,1,电力线路杆塔的接地体引出线截面不应小于 50mm2。 引出线应热镀焊 。
2、按 GB50057— 1994,建筑物防雷设计规范, 规定：防雷的接地装置，圆钢直径不应小
于 10mm；扁钢截面不应小于 100mm2，厚度不应小于 4mm；角钢厚度不应小于 4mm；钢管
壁厚不应小于 3.5mm。作为引下线，圆钢直径不应小于 8mm；扁钢截面不应小于 48mm2,厚
度不应小于 4mm。
（四）防雷装置的接地要求
避雷针宜装设独立的接地装置。防雷的接地装置及
避雷针（线、网）引下线的结构尺寸，应符合
GB50057— 1994的规定（参看表 6— 4下注 2）。
为了防止雷击时雷电流在接地装置上产生的高电位
对被保护的建筑物和配电装置及其接地装置进行“反
击闪络”，危机建筑物和配电装置的安全，防
直击雷的接地装置与建筑物和配电装置及其接地装置
之间，应有一定的安全距离，此距离与建筑物的防雷
等级有关，但空气中的安全距离 S0≥ 5m，地下的安全
距离 SE≥ 3m，如图所示。
如图所示 防直击雷的接地装置对建筑物和配电装
置及其接地装置的安全距离, S0— 空气中间距,SE—
地下间距
为了防止降低跨步电压，保证人身安全，按
GB50057— 1994 规定，防直击雷的人工接地体距建
筑物出入口或人行道的距离不应小于 3m。当小于 3m
时，应采取措施。
三、接地装置的计算
（一）人工接地体工频接地电阻的计算。
（ 1）单根垂直管形接地体的接地电阻（ Ω） RE≈ρ/ L
（ 2）多根垂直管形接地体的接地电阻（ Ω） n根垂直
接地体并联时，由于接地体间的屏蔽效应影响，使得
总的接地电阻 RE＞ RE（ 1） /n，故实际总的接地电阻为：
RE= RE（ 1） ／ ηE
（ 3）单根水平带形接地体的接地电阻 RE=2ρ／ L
（ 4） n根放射形水平接地带（ n≤12，每根长度 L≈60m）
的接地电阻 RE≈0.062ρ／ n+1.2
（ 5） 环行接地网的接地电阻（ Ω） RE≈ 0.6ρ ／
㈡ 自然接地体的工频接地电阻的计算
部分自然接地体的工频接地电阻和采用下列简化
公式计算。
（ 1）电缆金属外皮和水管等的接地电阻 RE≈2ρ／ L
（ 2）钢筋混凝土基础的接地电阻 RE≈0.2ρ／
㈢ 冲击接地电阻的计算
冲击接地电阻可按下列近似公式计算,
Rsh≈βRE
RE为工频接地电阻； β 为冲击电阻换算系数，可查表 。
土壤电阻率 /（ Ω ·m）
≦ 100
500
1000
≥2000
接地网中
接地点至
最远端的
长度（ m）
20
1
0.67
0.50
0.33
40
—
0.80
0.53
0.34
60
—
—
0.63
0.38
80
—
—
—
0.43
㈣ 接地装置的计算程序及示例
1） 计规范要求确定允许的接地电阻 RE。
2） 测或估算可以利用的自然接地体的接地电阻 RE
（ nat） 。
3） 计算需要补充的人工接地体的接地电阻
RE（ man） = RE（ nat） RE／ RE（ nat）－ RE
如果不考虑自然接地体，则 RE（ man） = RE。
4） 在装设接地体的区域内初步安排接地体的布置方案，
并按一般经验试选，初步确定接地体和连接导线的尺
寸。
5） 计算单根接地体的接地电阻 RE（ 1） 。
6） 用逐步渐近法计算接地体的数量
n= RE（ 1） RE／ ηE RETT（ man）
7）校验短路热稳定度，对于大接地电流系统中的接地
装置，进行单相短路热稳定度校验，因此计算满足单
相短路热稳定度的钢接地线的最小允许截面（ mm2）
为,
m i n
(1 )
70
kkItA ?
例 6＿ 5 某降压变电所的主变压器容量为 800kV·A,
电压为 10/0.4kV,Dyn11连接。试确定此变电所公共接
地装置的垂直接地钢管和连接扁钢尺寸。已知装设地
点的土质为黄土,10kV侧有电联系的架空线路长 50km，
电缆线路长 15km。
解, （ 1） 确定接地电阻限值
由附录表 25可知该变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下
两个条件,RE≤ RE≤4?
式中的 IE由式计算,
IE=IC= A=16.4A
故应为 RE≤ =7.3?
比较可知, 此变电所总接地电阻应为,RE≤ 4?
35 0 )15*3550(*10 ?
IEV120
AV4.16120
（ 2）接地装置的初步方案
现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所外墙
2~3 m，打入一圈直径 50㎜,长 2.5m的钢管接地体，
每隔 5m打入一根，管间用 40㎜× 4㎜ 的扁钢焊接相连。
（ 3）计算单根钢管接地电阻
查附录表，得黄土 p=200?·m。
按公式得单根钢管接地电阻,RE（ 1） ≈?·m=80?
（ 4）确定接地钢管数和最后的接地方案
根据 RE／ RE=80／ 4=20。但考虑到管间的屏蔽效
应，初选 30跟直径 50㎜,长 2.5m的钢管作接地体。以
n=30和 a/l=2去查附录表 27-2，取 ηE=0.6。因此由式得：
n=RE(1)∕ηERE=-80∕0.6*4=33
考虑到接地体的均匀对称布置，选 34根直径 50㎜,长
2.5m的钢管作接地体，用 40㎜ *4㎜ 的扁钢连接，环行
布置。
㈤ 接地装置平面布置图
接地装置平面布置图，是表示接地体和接地线体布置
与安装要求的一种工程图。
下图是高压配电所及其附设 2号车间便电所的接地装置
平面布置图。
四、低压配电系统的接地故障保护及等电位联结
㈠ 低压配电系统的接地故障保护
接地故障指低压配电系统中的相线与大地、相线与
PE线或 PEN线以及相线与设备外露可导电部分之间的
短路。
接地故障的危害很大。在 TN系统中的接地故障，
形成单相接地短路，电流很大，必须迅速切断故障电
路。恢复系统其他部分的正常运行。在 TT系统和 IT系
统中，接地故障电流较小，但故障设备的外露可导电
路部分可能呈现危险的对地电压如不及时予以信号报
警或切除故障。就有发生人身触电事故的可能。因此
对接地故障必须采取适当的安全防护措施。
1,TN系统中的接地故障保护
TN系统配电线路接地故障保护的动作电流 IOP（ E） 应符
合下式要求,
接地故障保护的动作时间，对已有总等电位联结。
而配电线路为只供应固定式用电设备的末端线路，不
宜大于 5s，即 top(E)≤5s。对以有总等电位联结措施，而
为供电给手握式或移动式电气设备的末端线路，则不
宜大于 0.4s，即 top(E)≤0.4s。
接地故障保护如采用熔断器保护，接地故障电流 Ik(1)
与容体额定电流 IN·FE的比值不应小于表 4-5所列数值。
接地故障保护还可采用低压断路器保护或零序电流
保护。
2,TT系统中的接地故障保护
在已采取总等电位联结的措施，且其接地故障保护
满足下式要求时，可认为已达到防触电的安全要求,
IOP（ E） RE≤50V
当采用过电流保护电器时，反时限特性过电流保护
电器的 IOP（ E） 应保证在 5s内切除接地故障回路。当采
用瞬时动作特性过电流保护时,IOP（ E） 应保证瞬时切
除接地故障回路。当采用过电流保护达不到上述要求
时，则应采取漏电电流保护。
3,IT系统中的接地故障保护
在 IT系统的配电线路中，当发生第一次接地故障时，
应有绝缘监视装置发出音响或灯光报警信号，其动作
电流应符合下式要求,IERE≤50V
当发生第二次接地故障时，可形成两相接地短路，
这时，应有过电流保护或漏电电流保护来切断故障回
路，并应符合下列要求,
1） 当 IT系统不引出 N线，线路电压为 220／ 380V时，
保护电器应在 0.4s内切断故障回路，并符合下列要求,
2） 当 IT系统引出 N线，线路电压为 220／ 380V时，保
护电器应在 0.8s内切断故障回路，并符合下列要求,
32OPI Z U???
1' 2OPI Z U???
㈡ 漏电断路器的基本结构和原理
漏电断路器按工作原理分，有电压动作型和电流动
作型两种，但通常都采用电流动作型。图是电流动作
型漏电断路器工作原理示意图。
图 电流动作型漏电断路器结构原理示意图
TAN— 零序电流互感器 A— 放大器 YR— 脱扣器
QF— 低压断路器
㈢ 等电位联结
等电位联结是使电气装置各外露可导电部分和装置
外可导电部分电位基本相等的一种电气联结。等电位
联结的作用，在于降低接触电压，以保障人身安全。
按 GB50054— 1995,低压配电设计规范, 规定：
采用接地故障保护时，在建筑物内应作总等电位联结。
当电气装置或其某一部分的接地故障保护不能满足要
求时，尚应在局部范围内进行局部等电位联结。
1总等电位联结（ MEB）
总等电位联结是在建筑物进线时，将 PE线或 PEN
线与电气装置接地干线、建筑物内的各种金属管道及
建筑物金属构件等，都接向总等电位联结端子，使它
们都具有基本相等的电位，如图 6— 54中的 MEB
2,局部等电位联结（ LEB）
局部等电位联结又称,辅助等电位联结”，是在
远离总等电位联结处，非常潮湿、触电危险性大的局
部地域内进行的等电位联结，作为总等电位联结的一
种补充，如图 6— 54中的 LEB。通常在容易触电的浴室
及安全要求高的胸膛手术室等地，宜作局部等电位联
结。
总等电位联结主母线的截面规定不应小于装置中最
大 PE线截面的一半，但不小于 6mm2。如果采用铜导
线，其截面可不超过 25 mm2。
联结装置外露可导电部分与装置外可导电部分的局部
等电位联结线，其截面不应小于相应的 PE线截面的一
半，而联接两个外露可导电部分的局部等电位联结线，
其截面不应小于接至该两个外露可导电部分的较小 PE
线的截面。
PE线,PEN线和等电位联结线（ WEB）以及引至接地
装置的接地干线等，在安装竣工后，均应检测其导电
是否良好，绝不允许有不良的的或松动的连接。在水
表、煤气表处，应作跨接线。管道连接处，一般不需
跨接线，但如导电不良则应作跨接线。
