电力系统图_图文

发布时间:2020-11-07 04:26

  电力系统图_其它_职业教育_教育专区。第9章 防雷、接地与电气安全 9.1 过电压与防雷 9.2 电气装置的接地 9.3 电气安全 06•:03 9.1 过电压与防雷 一、过电压的形式 1.内部过电压 ?操作过电压:因开关操作、负荷剧变

  第9章 防雷、接地与电气安全 9.1 过电压与防雷 9.2 电气装置的接地 9.3 电气安全 06:03 9.1 过电压与防雷 一、过电压的形式 1.内部过电压 ?操作过电压:因开关操作、负荷剧变、系统故障等原因而 引起的过电压。 ?谐振过电压:因电感、电容等参数在特殊情况下发生谐振 而引起的过电压•。 2.外部过电压 外部过电压又称雷电过电压或大气过电压,它是由于 电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引 起的过电压。 06:03 二、雷电的基本知识 1. 雷电现象:雷云放电的过程称为雷电现象。 雷云→雷电先导→迎雷先导→主放电阶段 →余辉阶段 ?主放电阶段:电流很大••,高达几 百千安,但持续时间极短,一般只 有 50~100μs。 ?余辉放电阶段:电流较小,约几 百安,持续时间约为0.03~0.15s。 06:03 2•. 雷电流的特性 雷电流波形(图9-1) ?波头:指雷电流从零上升到最大幅值这一部分,一般只有 1~4μs; •?波尾:指雷电流从最大幅值 开始,下降到二分之一幅值所 经历的时间,约数十微妙。 雷电流的陡度:指雷电流在 波头部分上升的速度,即 di dt 图9-1 雷电流波形图 06:03 3. 雷电过电压的基本形式 ?直击雷:雷电直接击中电气设备、线路、建筑物等物体•。 ?感应雷:由雷电对线路•、设备或其他物体的静电感应或电 磁感应而引起的过电压。 感应雷的形成过程如图9-2所示。 ?雷电波侵入:架空 线路遭到直接雷击或 感应雷而产生的高电 位雷电波,沿架空线 侵入变电所或其他建 筑物而造成危险。 图9-2 架空线.雷电活动强度及直击雷的规律 雷暴日:一天中只要出现过雷电活动(包括看到雷闪和听 到雷声),就算一个雷暴日。 •?年平均雷暴日不足15日的地区为少雷区; ?年平均雷暴日超过40日的地区为多雷区; ?年平均雷暴日超过90日的地区为雷电活动特别强烈地区。 我国各地区的雷暴日数如表9-1所示。 地区 西北地区 东北地区 华北和中部地区 表9-1 我国各地区的年平均雷暴日 年平均雷暴日 地区 20以下 长江以南北纬23°线°线左右 海南岛、雷洲半岛 年平均雷暴日 40~80左右 80以上 120~130左右 06:03 雷电活动的规律 ?热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多,且山区大于 平原,平原大于沙漠,陆地大于湖海。 ?雷击区的形成与地质结构(即土壤电阻率)、地面上的 设施情况及地理条件等因素有关。 ?土壤电阻率小的地方易遭受雷击; ?在不同电阻率的土壤交界处易遭受雷击; ?山的东坡、南坡较山的北坡、西坡易遭受雷击; ?山岳地区易遭受雷击。 ?建筑物的雷击部位与建筑物的高度、长度及屋顶坡度等 因素有关。 06:03 5.雷电的危害 ?雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备; ?雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建 筑,伤害人畜; ?雷电流的电磁效应可产生过电压,击穿电气设备绝缘, 甚至引起火灾爆炸,造成人身伤亡; ?雷电的闪络放电可烧坏绝缘子,使断路器跳闸或引起火 灾,造成大面积停电•。 06:03 三、防雷装置 防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。 接闪器(受雷装置):是接受雷电流的金属导体,常用的 有避雷针、避雷线和避雷网(带)三种类型。 引下线•:应保证雷电流通过时不致熔化••,一般用直径不小 于10mm的圆钢或截面不小于80mm2的扁钢制成。 接地装置:埋在地下的接地导线•. 避雷针 避雷针通常采用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。 针长1m以下时,圆钢直径不小于12 mm,钢管直径不小于20 mm; 针长1~2m时,圆钢直径不小于16mm,钢管直径不小于25mm。 06:03 避雷针的保护范围••,以它能够防护直击雷的保护空间 来表示,可按“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)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。 单支避雷针的保护范围(图9-3) 当避雷针高度h≤hr时: ?在距地面 hr处作一平行于地面的平行线。 ?以避雷针的针尖为圆心、hr为半径作弧线 ?以A•、B为圆心、hr 为半径作弧线•,该弧线与针尖相交并 与地面相切。从该弧线起 到地面为止的整个锥形空 间,就是避雷针的保护范 围。 ?避雷针在hx 高度的水平 面上的保护半径为: rx h(2hr h) hx (2hr hx ) ?避雷针在地面上的保护 半径为: r0 h(2hr h) 图9-3 单支避雷针的保护范围 06•:03 当避雷针高度h> hr时: 在避雷针上取高度为hr的一点代替避雷针的针尖作为圆 心,其余的作法与h≤hr 时相同。 建筑物的防雷级别是根据其重要性、使用性质以及发生 雷击事故的可能性和造成后果来划分的,共分为三级: ?一级防雷建筑物:指具有特别重要用途的建筑物,如国家 级会堂•、办公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路客 运站、国际型航空港、国宾馆、国际港口客运站;国家级 重点文物保护建筑物以及高度超过100m的建筑物等。 06:03 ?二级防雷建筑物,是指重要的或人员密集的大型建筑物, 如省部级办公楼•、会堂、博展、体育、交通、通讯、广播 等建筑物;省级重点文物保护建筑物••;高度超过50m的建筑 物以及大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。 ?三级防雷建筑物,是指预计年雷击次数大于或等于0.05, 或经过调查确认需要防雷的建筑物;建筑群中最高或位于 建筑群边缘高度超过20m的建筑物•;高度为15m及以上的烟 囱•、水塔等孤立建筑物等。 例9-1(P301):某厂一座高30m的水塔旁边,建有一锅炉房 (图9-4),水塔上面安装一支2m高的避雷针,试问该避雷 针能否保护这一锅炉房? 06:03 解: h 30m 2m 32m, hx 8m 查表9-2得 hr 60m 因此,避雷针的保护半径为: rx 32(26032) 8(2608) 23.13m 8m高度上最远一角距离避雷针的水平 距离为: r (10 8)2 52 18••.68m 23.13m ∴ 能保护。 图9-4 例9-1避雷针的保护范围 双支等高避雷针的保护范围(图9-5) 在h≤hr的情况下,当D≥ 2 h(2hr h时) •,各按单支避雷针 的方法确定;当D< 2 h(2hr h时) ,按下述方法确定: 06:03 ?ABCD外的保护范围,按单支避雷针所规定的方法确定。 ?C、D点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小 保护宽度应按下式计算: b0 CO DO h(2hr h) D 22 ?在 AOB 轴 线 上 , A •、 B 间的保护范围上边线按 下式确定: hx hr (hr h)2 D 22 X 2 图9-5 双支等高避雷针的保护范围 06:03 ?两针间ABCD内的保护范围••,ACO、BCO•、ADO、BDO 各部分是类同的。 以ACO部分的保护范围为例•,按以下方法确定: 在hx和C点所处的垂直平面上,以hx作为假想避雷针•,按 单支避雷针所规定的方法确定(见剖面)。 2. 避雷线的镀锌钢绞线。 单根避雷线的保护范围,当避雷线hr时•,无保护 范围•。当避雷线hr时•,按下列方法确定(图9-6): 06:03 图9-6 单根避雷线hr>h>hr时 b)当h≤2hr时 ?在距地面 hr处作一平行于地面的平行线•。 ?以避雷线尖为圆心、hr为半径作弧线 ?以A、B为圆心、hr为半径作弧线,该两弧线相交或相切, 并与地面相切•。从该弧线起到地面止为避雷线hr >h>hr 时••,保护范围最高点的高度h0按下式计算: h0 2hr h ?避雷线在hx高度的水平面上的保护宽度bx按下式计算: bx h(2hr h) hx (2hr hx ) 3. 避雷带和避雷网 避雷带和避雷网主要用于保护高层建筑免遭雷击,通常 采用圆钢或扁钢焊接而成•,并沿房屋边缘或屋顶敷设。 注意:圆钢直径不小于8 mm,扁钢截面不小于48mm2,厚度不小于4 mm•。当 烟囱上采用避雷环时,圆钢直径不小于12 mm,扁钢截面不小于100mm2,厚度 不小于4 mm。 06:03 四、变电所的防雷保护 1.直击雷的防护措施 变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。 变电所内的设备和建筑物通常采用独立避雷针或避雷线进 行直击雷防护 •。 “反击”现象:当避雷针(线)与附近设施之间的绝缘 距离不够时,两者之间会发生强烈的放电现象,这种情况 称为•“反击”。 为了防止反击事故的发生,避雷针(线)与附近其他 金属导体之间必须保持足够的安全距离。 06:03 ?独立避雷针(线)及其引下线与其他金属物体在空气中 的安全距离应满足: Ssaf ≥ 0.3Rsh 0.1hx 式中,Rsh为独立避雷针(线)的冲击接 地电阻;hx为被保护物的高度。 Ssaf一般不应小于5m。 ?独立避雷针(线)的接地体与变电所接 地网间的最小地中距离应满足: SE ≥ 0.3Rsh SE一般不应小于3m 。 06:03 2.雷电侵入波的防护措施 变电所对于雷电侵入波的过电压保护是利用阀型避雷器 以及与阀型避雷器相配合的进线 kV变电所的防雷保护方案(图9-7) 对于容量较小的35kV变电所,可根据其重要性和雷电活 动情况,酌情简化进线保护措施;对于有电缆进线段的架空 线路,避雷器应装设在电缆头附近,其接地端应和电缆金属 外皮相连。 06:03 在靠近隔离开关或断路器 QF2处装设一组管型避雷器 FA2,以防止线路上的雷电 波侵入到隔离开关或断路器 开路处时,由于反射而形成 两倍侵入波幅值的电压•,损 坏隔离开关或断路器。 在变电所1~2km进 线段架设避雷线,既 可防护直击雷,还可 以使感应雷过电压产 生在1~2km以外。 图9-7 35~110 kV变电所的进线保护方案 母线上装设阀型避雷 器FA3,主要用于保护 变压器、电压互感器 等所有高压电气设备。 为了降低雷电侵入波的幅 值,在该线路进线段的首 端应装设一组管型避雷器 FA1•,且其工频接地电阻 不宜超过10Ω。 06:03 9.2 电气装置的接地 一、接地的有关概念 1.接地装置 ?接地:电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。 ?接地体:直接与大地接触的金属导体。 ?接地线:连接接地体与电气设备接地部分的金属导体•。 ?接地装置:接地体与接地线 的总和,称为接地装置。 ?接地网:由若干个接地体在 大地中相互用接地线连接起 来的一个整体,称为接地网, 如图9-8所示••。 图9-8 接地网示意图 1—接地体 2—接地干线.地和对地电压 当电气设备发生接地故障时, 接地电流IE通过接地体向大地作半 球形散开,如图9-9所示。 实践证明:在距接地体20m以外的 地方,散流电阻已趋近于零,也即 电位趋近于零。该电位等于零的地 方称为电气上的•“地”或“大地•”。 电气设备的接地部分与零电位 地之间的电位差,称为接地部分的 对地电压,用UE表示•。 图9-9 接地电流和对地电压分布图 06:03 3. 接触电压和跨步电压(图9-10) ?接触电压:当电气设备发生接地故障时,人体触及的电气 设备和大地上任意两点之间的电位差,称为接触电压Utou 。 ?跨步电压:人在 接地故障点附近行 走时,两脚之间的 电位差••,称为跨步 电压Ustep 。 图9-10 接触电压和跨步电压 06:03 4. 接地电阻 ?流散电阻:接地体的对地电压与通过接地体流入地中的电 流之比,称为流散电阻。 •?接地电阻:电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比, 称为接地装置的接地电阻。 ?工频接地电阻:工频接地电流流经接地装置所呈现的接地 电阻,称为工频接地电阻,用RE表示; ?冲击接地电阻:雷电流流经接地装置所呈现的电阻,称为 冲击接地电阻,用Rsh表示。 06:03 二、接地的类型 工作接地••:根据电力系统运行的需要•,人为地将电力系统 中性点或电气设备的某一部分进行接地。 保护接地:为保证人身安全、防止触电事故,将电气设备 的外露可导电部分与地作良好的连接。 ?TN系统: TN系统的电源中性点直接接地,并引出有中性 线(N线)、保护线(PE线)或保护中性线(PEN线),电 气设备的外露可导电部分与PE线或PEN线相连。 •?TN-C系统•:系统中N线与PE线合为一根PEN线,所有设备 的外露可导电部分均接PEN线 ? TN-S系统:系统中的N线与 PE线完全分开,所有设备的外 露可导电部分均接PE线b所示•。 ?TN-C-S系统••:系统中前面线 路采用TN-C系统,而后面线路 部分或全部采用TN-S系统,所 有设备的外露可导电部分接 PEN线 TN系统示意图 a)TN-C系统 b)TN-S系统 c)TN-0C6-:S0系3 统 ?TT系统:TT系统的电源电源中性点直接接地,系统中电气 设备的外露可导电部分均经各自的PE线所示。 ?IT系统: IT系统的电源系统的中性点不接地或经高阻抗 (约1000Ω)接地,系统中电气设备的外露可导电部分均经各 自的PE线 IT系统示意图 06:03 重复接地•:在TN系统中,为了避免PE线或PEN线断开时 系统失去保护作用,除在电源中性点必须采用工作接地外, PE线或PEN线还应在下列地方重复接地: ?在架空线 km处; ?在电缆和架空线路引入车间或其它大型建筑物处。 重复接地的作用可用图9-14说明•。 若没有采取重复接地,当发生PE线或PEN线断线,且在断 线的后面又有设备发生一相碰壳时,接在断线后面的所有设备 外壳上都将呈现接近于相电压的对地电压,这是很危险的。采 取重复接地后,发生同样故障时,设备外壳的对地电压降低了, 危险程度也大大降低了。 06:03 图9-14 重复接地的作用说明 a)无重复接地 b)有重复接地 若RE RE ,则U E U 2 。实际上,由于 RE >RE ,所 以 U E > U 2 ,对人还是有危险的。 因此应尽量避免PE线和PEN线的断线事故,在PE线和 PEN线是一般不允许装设开关或熔断器。 06:03 三•、接地装置的装设 自然接地体:凡是与大地有可靠接触的金属导体,如埋入 地下的金属管道、建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨•、电 缆金属外皮等都可作为自然接地体。 人工接地体:采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等钢材制成。 •?垂直埋设的接地体:用φ38~50mm的钢管或∠40 ×40 ×4mm~∠50×50×5mm的角钢。 •?说水明平:埋接设地的装置接由地多体根:接用地体φ1组6成m•,m这的些圆接管地或体4可0成×4排m布m置的,扁也钢可 。 ?以接环地形线m右m,的接扁地体钢之。间的距离约5m,将 各接地体打入地中后,用圆钢或扁钢连成一体。 接地网的布置:应使接地装置附近的电位分布尽可能均匀, 以降低接触电压和跨步电压,保证人身安全。 06:03 四、接地电阻的计算 地电阻的最大允许值:见书中表9-3。 K为各种接地体的简化 计算系数;ρ为土壤电 阻率,分别查书中表 9-4和表9-5。 自然接地体接地电阻的计算:可查阅有关设计手册。 人工接地体接地电阻的计算 ••?单根垂直接地体的接地电阻: RE(1) K 当有n根垂直接地体并联时•, ?n根并联垂直接地体的接地电阻: 考虑屏蔽效应影响,引入 利用系数η;考虑水平接地 RE 0.9 RE (1) n 体的作用,垂直接地体可 减少10%。 ?若RE为允许最大值•,则垂直接地体的根数n为 :n 0.9RE(1) RE 式中,η为接地体的利用系数,查书中表9-6和表9-7•。 06:03 五、降低土壤电阻率的措施 ?采用外引式接地装置:将接地体引至附近的水井、泉眼、 水沟••、河边、水库边、大树下等土壤电阻率较低的地方,或 者敷设水下接地网,以降低接地电阻。 ?深埋地极法•:如果地下较深处的土壤电阻率较低,可用深 埋式接地体。 ?换土法:用电阻率较低的土壤(如粘土、黑土等)替换原 有电阻率较高的土壤,置换范围在接地体周围0.5m以内和接 地体的1/3处。 ?化学处理法:在接地体周围加入低电阻率的减阻剂来增加 土壤的导电性,从而降低其接地电阻•。 06:03 9.3 电气安全 一、电气安全的有关概念 电流对人体的作用 ?伤害程度与电流大小的关系:通过人体的电流愈大,人体 的生理反应愈明显,伤害愈严重。 ?感知电流:指电流通过人体时可引起感觉的最小电流。感 知电流值与时间因素无关。 ?摆脱电流:指人在触电后能够自行摆脱带电体的最大电流•。 摆脱电流值也与时间无关。 ?室颤电流:指引起心室颤动的最小电流•。室颤电流与电流 持续时间关系密切。 06:03 图9-15是国际电工委员会(IEC)提出的人体触电时间 和通过人体电流(50Hz)对人身肌体反应的曲线Hz)作 为安全电流值•,但 其触电时间不得超 过1s,因此这安全 电流值也称为 30mA·s。 图9-15 人体触电时间和通过人体电流对人身肌体反应的曲线 ?伤害程度与电流持续时间的关系:通过人体电流的持续时 间愈长,愈容易引起心室颤动,危险性就愈大•。 06:03 ?伤害程度与电流通经的关系: ?电流通过心脏会引起心室颤动,电流较大时会使心脏停 止跳动; ?电流通过中枢神经•,会引起中枢神经严重失调而导致死 亡; ?电流通过头部会使人昏迷,电流较大时会对脑组织产生 严重损坏而导致死亡••; ?电流通过脊髓会使人瘫痪等。 ?伤害程度与电流种类的关系:直流电流、交流电流、高频 电流、静电电荷以及特殊波形电流对人体都有伤害作用,通 常以50~60Hz的工频电流对人体的危害最为严重。 06:03 人体电阻:人体电阻包括体内电阻和皮肤电阻。体内电阻 约500Ω•,与接触电压有关。皮肤电阻较大,集中在角质层, 正常时可达 104 ~Ω1。05 ?皮肤的潮湿、多汗、有损伤等会降低人体电阻; •?通过电流加大•,通电时间加长,会增加发热出汗,也会降 低人体电阻; ?接触电压增高,会击穿角质层,也会降低人体电阻•。 一般情况下,人体电阻可按1000~2000Ω考虑。 安全电压:是指不致使人直接致死或致残的电压。它取决 于人体允许的电流和人体电阻。 我国规定的安全电压等级为:42V、36V、24V、12V和6V。 06:03 ?凡手提照明灯、在危险环境和特别危险环境中使用携带式 电动工具•,如无特殊安全结构或安全措施,应采用42V或 36V的安全电压; ?金属容器内、隧道内、矿井内等工作地点狭窄、行动不便, 以及周围有大面积接地导体的环境,应采用24V或12V的安 全电压; •?水下作业等场所采用6V的安全电压。 在一般的正常环境条件下,通常称交流50V电压为可允 许持续接触的“安全特低电压”。 06:03 二、漏电保护器的基本结构和原理 图9-16是电流动作型漏电断路器的工作原理示意图。 正常情况下•,通过TAN一次 侧的三相电流相量和等于零, TAN的铁心中没有磁通,其 二次侧没有电流输出。当被 保护电路发生漏电或有人触 电时,由于漏电电流的存在, 通过TAN一次侧的三相电流 相量不等于零,TAN中产生 零序磁通,其二次侧有电流 输出,经放大器放大后,驱 动低压断路器QF的脱扣线圈 YR,使断路器QF自动跳闸。 图9-16 漏电保护器工作原理示意图 06:03 三、安全用电的一般措施 ?建立电气安全管理机构,确定管理人员和管理方式。 ?严格执行各项安全规章制度。 ?对电气设备定期进行电气安全检查,以便及时排除设备事 故隐患。 ?加强电气安全教育,以便提高工作人员的安全意识,充分 认识安全用电的重要性。 ?妥善收集和保存安全资料•。 ?按规定使用电工安全用具。 ?加强检修安全制度•。 ?普及安全用电知识,使用户和广大群众都能了解安全用电 的基本常识。 06:03 表9-2 按建筑物的防雷类别确定滚球半径和避雷网尺寸 建筑物的防雷级别 一级防雷 二级防雷建 三级防雷建 建筑物 筑物 筑物 滚球半径hr(m) 30 45 60 避雷网尺寸(m×m) 5×5 10×10 20×20 06:03 表9-3 阀型避雷器与被保护设备之间的最大允许距离 电压 等级 /kV 进线保护段 到变压器或电压互感器的距离/m 出线及以上 到其他电气设备 的距离/m 1km 25 35 40 35 2km及全线km及全线 按至变压器距离 增加30%计算 145 175 06:03

滚球体育

Copyright © 2002-2020 滚球体育 版权所有 网站地图