避雷與接地裝置安裝

主要講課內(nèi)容:避雷的有關(guān)概念,避雷的設(shè)施,如何進(jìn)行防雷。接地的概念,接地的相關(guān)知識,接地裝置安裝。

一、避雷有關(guān)概念

1、雷電過電壓

（1）內(nèi)部過電壓（操作過電壓）

操作過電壓是指開關(guān)操作、故障等原因使電力系統(tǒng)工作狀態(tài)突變，在過渡過程中出現(xiàn)電磁能在系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生振蕩，而引起過電壓，內(nèi)部過電壓分別為操作過電壓和諧振過電壓等形成，操作過電壓是系統(tǒng)中開關(guān)操作負(fù)荷驟變故障等原因，出現(xiàn)斷續(xù)性電弧而引起的過電壓；諧振過電壓是由系統(tǒng)中電路參數(shù)（R、L、C）在不利組合時發(fā)生諧振而引起的過電壓，包括電力變壓器鐵磁飽合而引起的鐵磁諧振過電壓，內(nèi)部過電壓一般不會超過系統(tǒng)正常運行時額定電壓的3-3.5倍。

（2）雷電過電壓（外部大氣過電壓）

是由于電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備或構(gòu)筑物遭受直接雷擊或感應(yīng)雷引起的過電壓，引起這種過電壓的能量來源于外界，又稱外部過電壓。雷電過電壓產(chǎn)生的沖擊波，其電壓幅值可達(dá)1億伏，其電流幅值可達(dá)幾十萬安培，因此對電力系統(tǒng)危害極大，必須采取有效措施加以防護(hù)。

A、直擊雷過電壓：（直擊雷）雷直接擊中電氣設(shè)備、線路、建筑物。強(qiáng)大的雷電流通過物體泄入大地，在物體上產(chǎn)上很高的電位降，稱為雷擊過電壓，雷電流通過被擊物體時，將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)，機(jī)械效應(yīng)，相伴還有電磁效應(yīng)和對物體的閃絡(luò)放電。

B、感應(yīng)過電壓：（感應(yīng)雷）當(dāng)雷云在架空線路（或其他物體）上方時，在地面物體上感應(yīng)出與雷擊等量的相及電荷，當(dāng)雷擊放電時，先導(dǎo)通道中電荷迅速中和，架空線路上的感應(yīng)電荷失去束縛，變成自由電荷，流向線路兩端，產(chǎn)生很高的過電壓，（高壓線路幾十萬伏，低壓幾萬伏）。

C、雷電波侵入（高電位引入）由于直擊雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高電位雷電波，沿架空線路或金屬管道侵入變配電所或用戶，而造成危害，供電系統(tǒng)由于雷電波的侵入而造成的雷害事故，在整個雷害過程中占50%以上，因此更應(yīng)注意此種過電壓。

2、雷的有關(guān)名詞概念

（1）幅值與陡度

雷電流幅值是（Im）與雷擊中的電荷量及雷擊放電通道的阻抗有關(guān)的量，雷電流一般在1-4us內(nèi)增長到幅值。在幅值前一段波形稱為波頭，而從幅值起到雷電流衰減到

Im

/2的一段波形稱波尾。

雷電波陡度是波頭增長的速率α＝di/dt，陡度α可達(dá)50KA/us以上，雷電流陡度越大，產(chǎn)生的電壓越高，對絕緣破壞越嚴(yán)重。

（2）年平均雷暴日數(shù)：

凡有雷活動的日子，包括看到雷閃聽到雷聲都稱為雷暴日，由當(dāng)?shù)貧庀笈_統(tǒng)計的多年雷暴是年平均值,稱年平均雷暴日數(shù)，少雷區(qū)：每年平均雷暴日數(shù)不超過15天。

多雷區(qū)：年平均雷暴日數(shù)超過40天。

年平均雷暴日數(shù)越多，說明該地區(qū)雷電活動越頻繁，因此防雷要求越高，防雷措施越要加強(qiáng)。

3、防雷設(shè)備

（1）接閃器：專門用來接受直接雷擊（雷閃）的金屬物體。接閃的金屬桿稱為避雷針，接閃的金屬線稱為避雷線（架空地線），接

閃的金屬帶，金屬網(wǎng)稱為避雷帶、避雷網(wǎng)。所有的接閃器都必須經(jīng)過接地引下線與接地裝置相連。

A、避雷針

鍍鋅圓鋼（針長1-2M，直徑不小于16mm）

鍍鋅焊接鋼管（針長1-2M；直徑不小于是25mm）

安裝在電桿（支柱）或構(gòu)架建筑物上，下端經(jīng)引下線與接地裝置焊接。

避雷針的功能：引雷作用，它對雷電場產(chǎn)生附加電場（這附加電場是由于雷云對避雷針產(chǎn)生靜電感應(yīng)引起的），使雷電場畸變，從而提供雷擊放電通路，吸引到避雷針本身，然后經(jīng)與避雷針相連的引下線和接地裝置將雷電流匯放到大地中，使被保護(hù)物體免受直接雷擊，所以避雷針實指是引雷針，它把雷電波引入大地，從而保護(hù)了線路、設(shè)備及建筑物。

B、避雷線

避雷線一般用截面不小于25

mm2的鍍鋅鋼絞線，架設(shè)在架空線路上邊，以保護(hù)架空線或其它物體（建筑物），免遭直接雷擊，由于既要架空，又要接地，因此稱架空地線，避雷線的功能與避雷針相同。

C、避雷帶和避雷網(wǎng)

避雷帶和避雷網(wǎng)用來保護(hù)較高的建筑物免受雷擊。避雷帶一般沿屋面周圍裝設(shè)，高出屋面100-150

mm，支持點間1-1.5米，裝在煙囪、水塔頂部的避雷帶又稱避雷環(huán)。避雷網(wǎng)除沿屋面周圍裝設(shè)外，還縱橫連成網(wǎng)，帶網(wǎng)必須經(jīng)引下線與接地裝置可靠連接，用網(wǎng)格導(dǎo)體以一定的網(wǎng)絡(luò)寬度和一定的引下線間蓋住要防雷的空間，這種方法通常被稱為法拉第保護(hù)形式。

（2）避雷器

避雷器是一種過電壓保護(hù)設(shè)備，用來防止雷電產(chǎn)生的大氣過電壓沿架空線路侵入變電所或其他建筑物，以危及被保護(hù)的設(shè)備的絕緣，避雷器也可用來限制內(nèi)部過電壓，避雷器與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)且位于電源側(cè)，其放電電壓低于被保護(hù)設(shè)備的絕緣耐壓值，沿線路侵入的過電壓，將首先使避雷器擊穿并對地放電，從而保護(hù)了它后面設(shè)備的絕緣。

A、閥型避雷器

閥型避雷器由火花放電間隙和閥片串聯(lián)組成，裝在密封瓷套管內(nèi)，火花放電間隙由銅片沖制而成，每對間隙用厚1

mm——0.5

mm云母墊圈隔離開，正?；鸹ㄩg隙阻止線路工頻電流通過，但在雷電壓作下，火花間隙被擊穿放電，閥片是用陶料粘固起來的，電工用金鋼砂（硅化硅）顆粒組成，閥片是非線性特性材料，正常電壓時，閥片電阻很大，過電壓時閥片電阻很小，因此當(dāng)線路過電壓時，火花間隙被擊穿，閥電使雷電流順暢的向大地泄放，當(dāng)線路電壓消失后，線路上恢復(fù)工頻電壓閥片則呈現(xiàn)很大電阻，使火花間隙絕緣迅速恢復(fù)而切斷工頻電流，從而保護(hù)線路正常運行。

必須注意，雷電流流過閥片電阻時要形成壓降，這就是殘余過電壓，稱為殘壓，殘壓要加在被保護(hù)設(shè)備上，因此殘壓不能超過設(shè)備絕緣允許的耐壓值，否則設(shè)備絕緣只能被擊穿。

火花間隙與閥片的多少，是與工作電壓高低成正比的。還有一種磁吹閥式避雷器，用磁吹裝置來加速火花間隙中電弧的熄滅，從而具有較低的殘壓，它專門是用來保護(hù)重要的或絕緣較為薄弱的設(shè)備，如高壓電機(jī)。

B、排氣式避雷器

移管型避雷器，由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙、外部間隙三部分組成，動作時有氣體吹出，因此用于戶外線路。

C、保護(hù)間隙

又稱角式避雷器，簡單經(jīng)濟(jì)維護(hù)方便，保護(hù)能力差，滅弧能力小，易造成接地或短路故障。工頻時有較大電阻，能迅速有效的抑制工頻續(xù)電流，而在過壓下電阻小，能很好泄放雷電流。

D、金屬氧化物避雷器。

又稱壓敏避雷器，它是由壓敏電阻片構(gòu)成的避雷器，壓敏電阻器片氧化鋅（ZNO）為主要原料，附加少量其他氧化物經(jīng)高壓焙燒而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，有優(yōu)良閥特性

4、防雷措施

（1）架空線路的防護(hù)措施

（I）裝設(shè)避雷線，以防架空線遭受直接雷擊，一般63KV以上的架空線路全線裝設(shè)避雷線，35KV架空線路一般只在人口稠密區(qū)或進(jìn)出變電所的一段線路裝設(shè)避雷線，10KV線路不裝。

（II）加強(qiáng)線路絕緣或裝設(shè)避雷器。

被保護(hù)設(shè)備

雷電沖擊波

線路

（III）線路裝設(shè)自動重合閘裝置

（2）變電所的防雷措施

（I）裝設(shè)避雷針或避雷線（II）裝設(shè)避雷器

（3）高壓電動機(jī)的防雷措施

因高壓電動機(jī)絕緣水平比變壓器低，因此高壓電機(jī)對雷電波侵入的防護(hù)，應(yīng)用FCD型磁吹式閥型避雷器或金屬氧化物型的避雷器。

二、接地有關(guān)概念

接地的電氣設(shè)備，因絕緣損壞而造成相線與設(shè)備金屬外殼接觸時，其漏電電流通過接地體向大地呈半球形流散。因為球面積與半徑的平方成正比。所以，半球形面積隨著遠(yuǎn)離接地體而迅速增大，因此，與半球形面積對應(yīng)的土壤電阻值，將隨著遠(yuǎn)離接地體而迅速減小。電流在地流散時，所形成的電壓降，距接地體愈近就愈大；距接地體愈遠(yuǎn)就愈小。通常當(dāng)距接地體大于20米時，地中電流所產(chǎn)生的電壓降已接于零值。因此，零電位點通常指遠(yuǎn)距接地體20米之外處。但是理論上的零電位點將是距接地體無窮遠(yuǎn)處。

20m

接地體

流散電場

大

地

1、接地名詞概念

（1）安全電流，人觸電后最大脫擺電流值，規(guī)定為30

mA。

（2）安全電壓，不致使人直接致死致殘的電壓，人體膚電阻1500?，體內(nèi)電阻500?，人體電阻200?，一般取1700*30

mA=50V（人體持續(xù)接觸的安全電壓）。

（3）直接觸電，直接接觸正常帶電部分。

（4）間接接觸，接觸正常不帶電的外露導(dǎo)電部分（金屬外殼，框架）。

（5）接地和接地裝置：電氣設(shè)備的某一部分與土壤之間作可靠的電氣連接，稱為接地，與土壤直接接觸的金屬物體稱為接地體（極）人工接地體：專門為接地而裝設(shè)的接地體。

接地裝置示意圖

1---接地體

2---接地干線

3---電氣設(shè)備

4---接地支線

大地

兼作接地體用的直接與大地接觸的金屬構(gòu)架設(shè)（件）金屬管道及建筑物的鋼筋砼基礎(chǔ)。稱自然接地體。

接地線：連接接地體及設(shè)備接地部分的導(dǎo)線（斷接卡子至接地體的導(dǎo)線）

接地裝置：接地體與接地線的總合。

接地網(wǎng)：由若干接地體在大地中互相連接而成的總體。

接地線分為接地干線與接地支線，按規(guī)定：接地干線應(yīng)采用不少于二根導(dǎo)體在不同地點與接地網(wǎng)連接。

接地電流：當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生單相故障時，電流通過接地體向大地

作半球形散開，這一電流稱為接地電流。

接觸電壓：人站在發(fā)生接地故障的設(shè)備旁邊，手觸外露可導(dǎo)電部分,則人接觸的兩點（手與腳）之間所呈現(xiàn)的電位差。

2、接地類型：電力系統(tǒng)和設(shè)備的接地按其功能可分為工作接地和保護(hù)接地，為進(jìn)一步保證保護(hù)接地的重復(fù)接地。

（1）工作接地：在電力系統(tǒng)中凡運行所需的接地稱為工作接地，電源的中性點直接接地，經(jīng)消弧線圈接地,防雷接地。

中性點接地：功能為保護(hù)三相系統(tǒng)中相電壓不變。經(jīng)消弧線圈接地，能在單相接地時，消除接地點的斷續(xù)電弧防止系統(tǒng)過電壓。防雷接地功能為實現(xiàn)對地泄放雷電流。

（2）保護(hù)接地：為保證人身安全，防止間接觸電,將設(shè)備外露導(dǎo)電部分接地。

保護(hù)接地分成兩種：一種是設(shè)備外露導(dǎo)電部分經(jīng)各自的PE線分別直接接地，TT、IT系統(tǒng)。

IT系統(tǒng):電源中性點不接地或通過過電壓保護(hù)裝置、高歐姆接地裝置接地，而用電設(shè)備外殼接地的供電系統(tǒng)稱為絕緣網(wǎng)絡(luò)接地保護(hù)系統(tǒng)，簡稱IT系統(tǒng)。其特點是所有帶電部分均與地絕緣或僅有高阻抗接地。

R

C

PE保護(hù)接地

L1

L2

L3

電氣設(shè)備

IT保護(hù)接地

TT系統(tǒng)：將電網(wǎng)變壓器中性點和用電設(shè)備金屬外殼同時接地，則構(gòu)成直接工作接地網(wǎng)絡(luò)即所謂雙接地或簡稱TT系統(tǒng)。

L1

L2

L3

N

工作接地

PE保護(hù)接地

電氣設(shè)備

直接工作接地TT系統(tǒng)

重復(fù)接地

另一種設(shè)備外露導(dǎo)電部分，經(jīng)公共的PE線或PEN線接地。

PE線:保護(hù)接地線,不是回路的帶電導(dǎo)體,除微量的泄漏電流外無故障時不通過電流,只在設(shè)備發(fā)生接地故障時,傳送故障電流并帶故障電壓,PE線如帶有若干安培電流,說明發(fā)生接地故障或中性線接錯。

PEN線：指兼有PE線和中性線作用的回路導(dǎo)線。

（3）重復(fù)接地：在電源中性點直接接地的TN系統(tǒng)中，為確保公共PE或PEN線安全可靠，除在電源中性點處進(jìn)行工作接地外，還必須在PE線或PEN線在下列地方進(jìn)行必要的重復(fù)接地。

（I）在架空線路的干線和分支線的終端及沿線每1K

m處。

（II）電纜和架空線在引入車間或大型建筑物處。

（4）接地故障保護(hù)

接地故障是指相線對地或與地有聯(lián)系的導(dǎo)體之間的短路，包括相線與大地，相線與PE或PEN以及相線與外露的導(dǎo)電部分的短路。

發(fā)生接地故障，接地故障電流很大，必須迅速切斷電路，以保證線路的短路熱穩(wěn)速度，否則將產(chǎn)生來重后果，甚至引起火災(zāi)或爆炸，有的場合故障電流小，但能呈現(xiàn)危險的對地電壓，如不及時予以信號報警或切除故障就可能發(fā)生人身觸電事故。

（5）保護(hù)接零----TNS、TNC和TNCS系統(tǒng)

1）TNS系統(tǒng)，為三相五線制的中性線N與保護(hù)接零導(dǎo)線PE分開的系統(tǒng)，整個系統(tǒng)中都有獨立的中性線和保護(hù)線。

工作接地

L1

L2

L3

N

PE

TNS系統(tǒng)

2）TNC系統(tǒng)，為三相四線制的中性線與保護(hù)導(dǎo)線合二為一的系統(tǒng)，亦即整個系統(tǒng)中性線與保護(hù)導(dǎo)線均合并為同一根導(dǎo)體。

工作接地

L1

L2

L3

N

PEN

TNC系統(tǒng)

3）TNCS系統(tǒng)，為上兩種系統(tǒng)的混合體，系統(tǒng)中中性線與保護(hù)導(dǎo)線的某一部分合并為同一導(dǎo)體，在另一部分又分開。

工作接地

PEN

TNCS系統(tǒng)

N

PE3、接地電阻的要求

（1）接地電阻，指接地體流散電阻與接地線和接地體電阻的總和，由于接地線和接地體的電阻相對很小，可以略去不計，因此可以認(rèn)為接地電阻就是指接地體流散電阻。

（2）工頻接地電阻：工頻接地電流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻。

（3）沖擊接地電阻：雷電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻，（4）接地電阻的要求：

工作接地4

?，保護(hù)接地4

?，重復(fù)接地10

?

保護(hù)變電所的獨立避雷針10?

三、接地系統(tǒng)安裝方法及要求

接地系統(tǒng)包括接地極、戶外接地母線、戶內(nèi)接地母線、接地跨接線、構(gòu)架接地、防靜電等。

接地系統(tǒng)常用的材料有等邊角鋼、圓鋼、扁鋼、鍍鋅等邊角鋼、鍍鋅圓鋼、鍍鋅扁鋼、銅板、裸銅線、鋼管等。

1、接地極制作安裝

接地極制作安裝分為鋼管接地極、角鋼接地極、圓鋼接地極、銅板接地極等。常用的為鋼管接地極和角鋼接地極。

（1）

接地極垂直敷設(shè)：

1）角鋼接地極垂直敷設(shè)的做法及要求。首先根據(jù)接地平面圖中的戶外接地母線位置開挖接地溝，一般溝深為0.8m，下口寬為0.4m，上口寬為0.5m。再將鍍鋅角鋼接地極的有尖的一頭立放在已挖好的溝底上，用鐵錘人工垂直打入土溝內(nèi)，為了防止將接地極頂部打卷可加工護(hù)帽，在溝底上部余留50mm。然后繼續(xù)按上述方法將圖紙規(guī)定的數(shù)量敷設(shè)完。再用扁鋼將角鋼接地極連接起來，即將接地極牢固地焊接在預(yù)留溝底上（50mm）的角鋼接地極上（一般接地極長為2.5m，垂直接地極的間距不宜小于其長度的2倍，通常為5m），焊接處刷防腐漆或涂瀝青，最后回填土。

2）鋼管接地極垂直敷設(shè)的做法及要求。做法及要求與角鋼接地極相同。鋼管的一頭也是削尖，采用鋸口或鍛造。

（2）接地極水平敷設(shè)。在土壤條件極差的山石地區(qū)采用接地極水平敷設(shè)。首先在山石地段開挖接地溝（采用爆破方法），一般溝長為15m，寬為0.8m，深為1.5m，溝內(nèi)全部回填黃粘土并分別夯實。從底部分層夯實至0.5m標(biāo)高時，將接地扁鋼按圖紙的要求水平排列3根，間距為160mm，長度為1.5m，再用40*4*700（mm）的扁鋼，以垂直方向與上述3根水平排列的扁鋼用焊接連接起來，每隔1.5m的間距焊接一根，要求接地裝置全部采用鍍鋅扁鋼，所有焊接點處均刷瀝青。接地電阻應(yīng)小于4Ω，超過時，應(yīng)補增接地裝置的長度。

（3）高土壤電阻率地區(qū)的降低接地電阻的措施有：換土；對土

壤進(jìn)行了處理，常用的材料有爐渣、木炭、電石渣、石灰、食鹽等；利用長效降阻劑；深埋接地體，巖石以下5m；污水引入；深井埋地20m。

2、戶外接地母線敷設(shè)

（1）戶外接地母線大部分采用埋地敷設(shè)。接地線的連接采用搭接焊，其搭接長度是：扁鋼為厚度的2倍（且至少3個棱連焊接）；圓鋼為直徑的6倍；圓鋼與扁鋼連接時，其長度為圓鋼直徑的6倍；扁鋼與鋼管或角鋼焊接時，為了連接可靠，除應(yīng)在其接觸部位兩側(cè)進(jìn)行焊接外，還應(yīng)焊以由鋼帶彎成的弧形卡子，或直接用鋼帶彎成弧形（或直角形）與鋼管或角鋼焊接。回填土?xí)r，不應(yīng)夾有石塊、建筑材料或垃圾等。

3、戶內(nèi)接地母線敷設(shè)

戶內(nèi)接地母線大多數(shù)是明設(shè)。

（1）明設(shè)時應(yīng)符合下列要求：①便于檢查。②敷設(shè)位置不應(yīng)妨礙設(shè)備的檢修。③支持件間的水平距離為1.5m，垂直部分為1.5-2m，轉(zhuǎn)彎處為0.5m。④接地線應(yīng)按水平或垂直敷設(shè)，亦可與建筑物傾斜結(jié)構(gòu)平行，在直線上不應(yīng)有高低起伏及彎曲等情況。⑤接地母線沿建筑物墻壁水平敷設(shè)時，離地面應(yīng)保持250-300mm的距離，接地線與建筑物墻壁間應(yīng)有10-15mm的間隙。⑥接地線表面沿長度方向，每段為15-100mm，分別涂以黃色和綠色相間的條紋。

（2）室內(nèi)接地母線過門的做法分為接地母線從門上走過和從門下走過兩種方法。從門上走過時，距離門框的距離為300-500mm從門下走過則埋設(shè)于室內(nèi)地坪，距地面距離為50-200mm。

（3）由戶內(nèi)接地母線引至設(shè)備的分支線做法。分支線由室內(nèi)接地母線引入地下再引至設(shè)備，埋地深度為50-200mm。

（4）戶（室）內(nèi)母線引至室外接地的接地線與室內(nèi)接地母線的連接采用螺栓連接，穿墻時加保護(hù)套管。

（5）設(shè)備接地線的做法是將接地線接至設(shè)備的地腳螺栓或地螺栓上，經(jīng)地下引至戶內(nèi)接地母線上。

（6）金屬殼體接地的做法是先將接地焊接在金屬殼體上，然后將連接片與接地耳用螺栓連接固定，再將接地線焊接在連接片上。接地線的另一端引入地面內(nèi)再引至戶內(nèi)接地母線上。

（7）變壓器室、高低壓配電室內(nèi)的接地干線必須有不少于兩處與接地裝置干線連接。

（8）當(dāng)電纜穿過零序電流互感器時，電纜頭的接地線應(yīng)通過零序互感器后接地。

（9）配電間隔和靜止補償裝置的柵欄門及變配電室金屬門鉸鏈處，應(yīng)采用編織銅線相連，變配電室的避雷器應(yīng)用最短的接地線與接地干線相連。

4、避雷接地系統(tǒng)安裝

避雷引下線均需預(yù)先埋好支架（煙囪、水塔除外），然后將引下線用螺栓或焊接方式固定。在離地1.8m的斷接卡子處，定期測量接地電阻，并用角鋼保護(hù)。

5、接地跨接線安裝

接地跨接線安裝主要用在建筑物的伸縮縫或沉降縫、管道法蘭之間、管道防靜電等。

（1）縫或沉降縫隙的做法及要求。接地母線敷設(shè)到距伸縮縫

500mm時斷開，即伸縮縫兩邊的母線相距為1m，然后用同規(guī)格的母線彎成半圓狀與兩邊的接地線母線相焊接，使用的扁鋼向上彎曲，彎曲半徑為70mm。

（2）管道法蘭防靜電跨接線安裝。

1）固定式法蘭盤接線安裝，是用扁鋼跨接在兩個固定式的法蘭盤上，用螺栓緊固。

2）卷邊松套法蘭盤跨接線安裝，其做法是在松套法蘭盤兩邊的管道上各焊接一條25*4的扁鋼，然后將兩條扁鋼用螺栓連接起來即為跨接線。

3）不銹鋼管法蘭盤跨接線做法是在不銹鋼法蘭盤兩邊的不銹鋼管上各套上一個卡箍，然后用扁鋼將兩個卡箍連接起來，即為跨接線。

（3）管道防靜電跨接線安裝。多根管道平行敷設(shè)的跨接線安裝，利用直徑5mm圓鋼作為連接線。