2009-7-30
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第 8章 电气安全、接地与防雷
主要内容
– 电气安全的相关概念
– 电气装置接地
– 过电压与防雷
重点、难点
– 保护接地
– 防雷措施
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8.1 电气设备接地
电流对人体作用及有关概念
（一）触电形式
分电击和电伤
高压或雷击触电
低压触电
（二）安全电压
安全电流值 30mA·s。
安全电压值 50V
（三）防护形式
直接触电防护
间接触点防护
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二 工作接地与保护接地
（一） 工作接地
电力系统中性点的接地
防雷接地等
（二） 保护接地按国际电工委员会 (IEC)的规定低压电网有五种接地方式。
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4
第一个字母表示电源中性点的对地关系；
（电力系统的对地关系）
T— 一点直接接地；
I— 所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。
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第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系；
T— 外露可导电部分对地直接电气连接，
与电力系统的任何接地点无关；
N— 外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接。
横线后面的字母 (S,C或 C-S)表示保护线与中性线的结合情况。
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1.TN系统 (1)TN－ C系统 ------三相四线
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(1)TN－ C系统 ------三相四线
PE与 N合为一根 PEN，投资较省。
设备外露可导电部分均接 PEN线。
PEN线可能有电流流过，设备外壳正常带对地电压和杂散电流，容易打火引起火灾和爆炸及可对电子设备产生电磁干扰。
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如 PEN线断线，可使接 PEN的设备外露可导电部分带电，造成人身触电危险；
可使单相设备烧坏。
在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
在我国低压配电系统中应有普遍，
但不适于安全要求高，及抗电磁干扰要求高的场所。
适用于工厂配电。
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(2)TN－ S系统 ---三相五线制
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PE线与 N线分开，设备外露可导电部分均接 PE线。
PE线与 N线分开,PE线中无电流流过，
因此对接 PE线的设备无电磁干扰。
PE线断线时，正常情况不会使 PE的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将会带电，危及人身安全。
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在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
PE线与 N线分开,投资较 TN－ C高。
适于对安全或抗电磁干扰要求高的场所。
常用于变压器设在用电建筑物中的民用建筑供电。
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(3)TN－ C－ S
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该系统前部分全为 TN－ C系统，而后边有一部分为 TN－ C系统，有一部分为 TN
－ S系统。
设备外露可导电部分分接 PEN或 PE线。
综合了 TN－ C与 TN－ S系统的特点。
PE与 N线一旦分开，两者不能在相连。
此系统比较灵活，对对安全或抗电磁干扰要求高的场所采用 TN－ S系统，
而其它情况则采用 TN－ C系统。
广泛地应用于分散的民用建筑中，
特别适合一台变压器供好几幢建筑物用电的系统 。
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2.TT系统没有公共的 PE线，设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地。
由于各设备的 PE线之间无电磁联系，因此互相之间无电磁干扰。
当发生一相接地故障时则形成单相短路，
但短路电流不大，影响保护装置动作，
此时设备外壳对地电压近 110v，危及人身安全。
省去了公共 PE线，较 TN经济，但单独装设 PE线，又增加了麻烦。
适用于抗电磁干扰要求高的场所及分散的用电系统。
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(3)IT系统
没有 N线，不适于接相电压的单相设备 。
设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地，互相之间无电磁干扰。
发生一相接地故障时三相用电设备仍能继续工作。
应装设单相接地保护装置，以便发生一相接地故障时，给予报警信号。
应用于对连续供电要求高及有易燃易爆的危险场所。
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三 重复接地在 TN系统中为确保公共 PE或 PEN
线安全可靠，除电源中性点进行工作接地外，还必需在 PE或 PEN线的下列地方进行必要的重复接地。
电缆或架空线在引入建筑物或车间处。
在架空线的干线和分支线的终端及沿线每一公里处。
重复接地虽可使 PE或 PEN断线，并发生一相接地故障时对人的危险程度大大降低，但对人还是有危险，所以，
PE或 PEN一定要可靠牢固,不允许装设开关或熔断器。
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四 接地故障保护
（一） TN系统的接地故障保护
1.切除故障的时间要求：
相对地额定电压为 220V的 TN系统：
配电干线和供给固定式用电设备的末端配电线路不应大于 5s。
供电给手握式或移动式用电设备的末端配电线路不应大于 0.4s。
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2.单相接地故障的保护措施
(1)利用线路的过电流保护空气断路器：当 Sp≥2或 1.5时，可在
0.1~0.4s(DW)之间切除或 0.01~0.02s(DZ)
之间切除。
熔断器：当被保护线路末端单相短路电流为熔体额定电流的某一倍数时才能达到 5s 或 0.4s切除。
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(2)采用等电位连接单相接地短路时，切除故障时间超过 5s
或 0.4s,可采用总等电位或局部等电位连接，使人体接触故障设备外壳时，其电压差不大于 50V。
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(3)采用零序保护只适用于变压器低压侧出现单相接地故障，当高压侧过电流保护兼作变压器低压侧单相接地保护灵敏度不够时采用，
在低压线路上很少采用 。
(4)采用漏电保护保护人体触电不发生心室纤维颤动的界限值 30mA·s。
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8.2 过电压与防雷一 有关概念
（一）内部过电压 -----2.5~4倍 UN
1.操作过电压
2.不正常状态过电压
（二）雷电过电压 ----电压很高可达几十万伏
1.直击雷过电压
2.感应雷过电压
3.入侵波过电压
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（三）雷电的危害
1.雷电的 机械效应
2.雷电的热效应
3.雷电的电磁效应
4.雷电的闪络放电
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8.3 建筑物及变电所对雷击的防护直击雷的防护 -----避雷针、避雷带、避雷网感应过电压的防护 -----避雷器一 防雷设备组成：接闪器、引下线和接地装置。
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（一）接闪器
1.避雷针宜采用圆钢或焊接钢管，其直径不应小于：
1m以下,圆钢为 12mm，钢管为 20mm。
1～ 2m,圆钢为 16mm，钢管为 25mm。
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2.避雷带或避雷网圆钢直径不应小于 8mm。
扁钢截面不应小于 48m2，厚度不应小于
4mm。
3.避雷线截面不应小于 35m2 的镀锌钢绞线。
4.金属屋面除一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器。
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（二）引下线圆钢直径不应小于 8mm。
扁钢截面不应小于 48m2，厚度不应小于
4mm。
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（三）接地装置
1.人工接地体
垂直接地体宜采用圆钢、钢管或角钢，
最常用为钢管长 2.5，直径 50mm。
水平接地体宜采用扁钢、圆钢。
圆钢直径不应小于 10mm。
扁钢截面不应小于 100m2，厚度不应小于 4mm。
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角钢厚度不应小于 4mm。
钢管厚度不应小于 3.5mm。
2.自然接地体兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、管道和建筑物的钢筋混凝土基础等。
对于变配电所，只能利用它本身的建筑钢筋混凝土基础作为自然接地体。
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在高层建筑中，推荐利用柱子、基础内的钢筋作为引下线和接地装置。主要优点：
(1)接地电阻低。
(2)电位分布均匀，均压效果好。
(3)施工方便．可省去大量土方挖掘工程量。
(4)节约钢材。
(5)维护工程量少。
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（四）避雷器
1.阀式避雷器
普通型（ FS,FZ〕
主用于保护变配电所的电气设备。
磁吹型（ FCD〕
主要用于保护绝缘比较薄弱的旋转电机。
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2.管型避雷器（排气式避雷器 〕
只用于室外，一般用于架空线上防雷保护。
3.保护间隙只装于室外且负荷次要的线路上。
4.金属氧化物避雷器 (压敏电阻避雷器 〕
广泛用于低压设备的防雷保护，只用于室内 。
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二 变配电所的防雷措施
（一）防直击雷如果变配电所在附近高大建筑物上的避雷装置保护范围以内，或变配电所本身为室内型时，不必考虑防直击雷。
否则装设避雷针。
（二）防雷电波侵入主要用来保护变压器，防止雷电波沿高压线路和低压线路侵入。
高压侧装设阀型避雷器。
低压侧装设阀型避雷器或保护间隙。
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四 避雷针、避雷线的保护范围计算目前采用滚球法计算，是以 hr为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体滚动的轨迹，上触及接闪器顶端，下触及地面，而中间没有触及被保护的建筑物在此针保护范围。
单支避雷器保护范围计算
双支及多支保护范围计算
避雷线保护范围计算
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第 8章 电气安全、接地与防雷
主要内容
– 电气安全的相关概念
– 电气装置接地
– 过电压与防雷
重点、难点
– 保护接地
– 防雷措施
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8.1 电气设备接地
电流对人体作用及有关概念
（一）触电形式
分电击和电伤
高压或雷击触电
低压触电
（二）安全电压
安全电流值 30mA·s。
安全电压值 50V
（三）防护形式
直接触电防护
间接触点防护
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二 工作接地与保护接地
（一） 工作接地
电力系统中性点的接地
防雷接地等
（二） 保护接地按国际电工委员会 (IEC)的规定低压电网有五种接地方式。
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第一个字母表示电源中性点的对地关系；
（电力系统的对地关系）
T— 一点直接接地；
I— 所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。
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第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系；
T— 外露可导电部分对地直接电气连接，
与电力系统的任何接地点无关；
N— 外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接。
横线后面的字母 (S,C或 C-S)表示保护线与中性线的结合情况。
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1.TN系统 (1)TN－ C系统 ------三相四线
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(1)TN－ C系统 ------三相四线
PE与 N合为一根 PEN，投资较省。
设备外露可导电部分均接 PEN线。
PEN线可能有电流流过，设备外壳正常带对地电压和杂散电流，容易打火引起火灾和爆炸及可对电子设备产生电磁干扰。
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如 PEN线断线，可使接 PEN的设备外露可导电部分带电，造成人身触电危险；
可使单相设备烧坏。
在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
在我国低压配电系统中应有普遍，
但不适于安全要求高，及抗电磁干扰要求高的场所。
适用于工厂配电。
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(2)TN－ S系统 ---三相五线制
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PE线与 N线分开，设备外露可导电部分均接 PE线。
PE线与 N线分开,PE线中无电流流过，
因此对接 PE线的设备无电磁干扰。
PE线断线时，正常情况不会使 PE的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将会带电，危及人身安全。
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在一相接壳或接地故障时过电流保护装置动作，将切除故障线路。
PE线与 N线分开,投资较 TN－ C高。
适于对安全或抗电磁干扰要求高的场所。
常用于变压器设在用电建筑物中的民用建筑供电。
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(3)TN－ C－ S
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该系统前部分全为 TN－ C系统，而后边有一部分为 TN－ C系统，有一部分为 TN
－ S系统。
设备外露可导电部分分接 PEN或 PE线。
综合了 TN－ C与 TN－ S系统的特点。
PE与 N线一旦分开，两者不能在相连。
此系统比较灵活，对对安全或抗电磁干扰要求高的场所采用 TN－ S系统，
而其它情况则采用 TN－ C系统。
广泛地应用于分散的民用建筑中，
特别适合一台变压器供好几幢建筑物用电的系统 。
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2.TT系统没有公共的 PE线，设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地。
由于各设备的 PE线之间无电磁联系，因此互相之间无电磁干扰。
当发生一相接地故障时则形成单相短路，
但短路电流不大，影响保护装置动作，
此时设备外壳对地电压近 110v，危及人身安全。
省去了公共 PE线，较 TN经济，但单独装设 PE线，又增加了麻烦。
适用于抗电磁干扰要求高的场所及分散的用电系统。
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(3)IT系统
没有 N线，不适于接相电压的单相设备 。
设备外露可导电部分经各自的 PE线直接接地，互相之间无电磁干扰。
发生一相接地故障时三相用电设备仍能继续工作。
应装设单相接地保护装置，以便发生一相接地故障时，给予报警信号。
应用于对连续供电要求高及有易燃易爆的危险场所。
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三 重复接地在 TN系统中为确保公共 PE或 PEN
线安全可靠，除电源中性点进行工作接地外，还必需在 PE或 PEN线的下列地方进行必要的重复接地。
电缆或架空线在引入建筑物或车间处。
在架空线的干线和分支线的终端及沿线每一公里处。
重复接地虽可使 PE或 PEN断线，并发生一相接地故障时对人的危险程度大大降低，但对人还是有危险，所以，
PE或 PEN一定要可靠牢固,不允许装设开关或熔断器。
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四 接地故障保护
（一） TN系统的接地故障保护
1.切除故障的时间要求：
相对地额定电压为 220V的 TN系统：
配电干线和供给固定式用电设备的末端配电线路不应大于 5s。
供电给手握式或移动式用电设备的末端配电线路不应大于 0.4s。
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2.单相接地故障的保护措施
(1)利用线路的过电流保护空气断路器：当 Sp≥2或 1.5时，可在
0.1~0.4s(DW)之间切除或 0.01~0.02s(DZ)
之间切除。
熔断器：当被保护线路末端单相短路电流为熔体额定电流的某一倍数时才能达到 5s 或 0.4s切除。
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(2)采用等电位连接单相接地短路时，切除故障时间超过 5s
或 0.4s,可采用总等电位或局部等电位连接，使人体接触故障设备外壳时，其电压差不大于 50V。
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(3)采用零序保护只适用于变压器低压侧出现单相接地故障，当高压侧过电流保护兼作变压器低压侧单相接地保护灵敏度不够时采用，
在低压线路上很少采用 。
(4)采用漏电保护保护人体触电不发生心室纤维颤动的界限值 30mA·s。
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8.2 过电压与防雷一 有关概念
（一）内部过电压 -----2.5~4倍 UN
1.操作过电压
2.不正常状态过电压
（二）雷电过电压 ----电压很高可达几十万伏
1.直击雷过电压
2.感应雷过电压
3.入侵波过电压
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（三）雷电的危害
1.雷电的 机械效应
2.雷电的热效应
3.雷电的电磁效应
4.雷电的闪络放电
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8.3 建筑物及变电所对雷击的防护直击雷的防护 -----避雷针、避雷带、避雷网感应过电压的防护 -----避雷器一 防雷设备组成：接闪器、引下线和接地装置。
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（一）接闪器
1.避雷针宜采用圆钢或焊接钢管，其直径不应小于：
1m以下,圆钢为 12mm，钢管为 20mm。
1～ 2m,圆钢为 16mm，钢管为 25mm。
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2.避雷带或避雷网圆钢直径不应小于 8mm。
扁钢截面不应小于 48m2，厚度不应小于
4mm。
3.避雷线截面不应小于 35m2 的镀锌钢绞线。
4.金属屋面除一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器。
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（二）引下线圆钢直径不应小于 8mm。
扁钢截面不应小于 48m2，厚度不应小于
4mm。
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（三）接地装置
1.人工接地体
垂直接地体宜采用圆钢、钢管或角钢，
最常用为钢管长 2.5，直径 50mm。
水平接地体宜采用扁钢、圆钢。
圆钢直径不应小于 10mm。
扁钢截面不应小于 100m2，厚度不应小于 4mm。
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角钢厚度不应小于 4mm。
钢管厚度不应小于 3.5mm。
2.自然接地体兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、管道和建筑物的钢筋混凝土基础等。
对于变配电所，只能利用它本身的建筑钢筋混凝土基础作为自然接地体。
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在高层建筑中，推荐利用柱子、基础内的钢筋作为引下线和接地装置。主要优点：
(1)接地电阻低。
(2)电位分布均匀，均压效果好。
(3)施工方便．可省去大量土方挖掘工程量。
(4)节约钢材。
(5)维护工程量少。
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（四）避雷器
1.阀式避雷器
普通型（ FS,FZ〕
主用于保护变配电所的电气设备。
磁吹型（ FCD〕
主要用于保护绝缘比较薄弱的旋转电机。
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2.管型避雷器（排气式避雷器 〕
只用于室外，一般用于架空线上防雷保护。
3.保护间隙只装于室外且负荷次要的线路上。
4.金属氧化物避雷器 (压敏电阻避雷器 〕
广泛用于低压设备的防雷保护，只用于室内 。
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二 变配电所的防雷措施
（一）防直击雷如果变配电所在附近高大建筑物上的避雷装置保护范围以内，或变配电所本身为室内型时，不必考虑防直击雷。
否则装设避雷针。
（二）防雷电波侵入主要用来保护变压器，防止雷电波沿高压线路和低压线路侵入。
高压侧装设阀型避雷器。
低压侧装设阀型避雷器或保护间隙。
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四 避雷针、避雷线的保护范围计算目前采用滚球法计算，是以 hr为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体滚动的轨迹，上触及接闪器顶端，下触及地面，而中间没有触及被保护的建筑物在此针保护范围。
单支避雷器保护范围计算
双支及多支保护范围计算
避雷线保护范围计算
