论供电系统的防雷接地保护及电气安全.docx

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论供电系统的防雷接地保护及电气安全

论供电系统的防雷、接地保护及电气安全

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论供电系统的防雷、接地保护及电气安全

摘要..................................................................1

1.1课题的来源.......................................................2

1.2课题的主要内容...................................................2

1.3课题的意义.......................................................2

第2章供电系统概述....................................................3

2.1供电系统的定义...................................................3

2.2供电系统的组成...................................................3

2.3供电系统的特点...................................................4

第3章供电系统的防雷................................................5

3.1雷击的危害.....................................................5

3.1.1直击雷....................................................5

3.1.2雷电波侵入................................................5

3.1.3感应过电压.................................................5

3.1.4地电位反击...............................................5

3.2防雷设备.......................................................6

3.2.1接闪器....................................................6

3.2.2避雷器....................................................6

3.3供电系统的防雷...................................................7

3.3.1电源系统防雷方案...........................................7

3.3.2终端设备防雷设计............................................8

第4章供电系统的接地保护.............................................10

4.1接地系统........................................................10

4.1.1接地的概念及意义...........................................10

4.1.2接地装置...................................................10

4.1.3接地电阻...................................................10

4.2供电系统的接地保护..............................................11

4.2.1接地的分类.................................................11

4.2.2供电系统的接地保护方案.....................................12

第5章供电系统的电气安全.............................................15

5.1电气安全........................................................15

5.1.1电气事故的危害.............................................15

5.1.2电气事故分类及处理方法.....................................15

5.2人体触电的生理反应..............................................16

5.3触电时的应急措施与急救.........................................17

结论.................................................................18

致谢.................................................................19

参考文献............................................................20

摘要

供电系统将发电站生产的电能通过输电线、变压器等设备输送给用户，在这一系列的输变电中，若没有相应的保护措施，由于雷击、操作、失误、静电等原因产生危及供电系统、设备绝缘的过电压，就会严重危害危害供电系统、电气设备的运行安全，所以必须要对供电系统及电气设备采取相应的防雷措施、接地保护。

根据雷电对电气系统破坏的原理，提出了外部防雷和内部避雷的综合防雷要求，介绍了防雷保护设备与措施阐述了电气系统防雷保护应采取的技术原则和实际措施，做好了防雷保护，才能有效避免雷电对电气系统的危害，造成不必要的生命财产损失；电气系统的接地保护在电气系统中也是必不可少的，在发生漏电、触电及短路时有着极其重要的保护作用，保证整个系统的可靠运行，同时接地保护还是对安全用电的有效保护措施，保证人在使用电气设备过程中的安全；当供电系统运行过程中，电气安全也十分重要，发生触电事故时，人们需要知道必要的安全措施，必须认识电流对人体的危害，触电的形式和触电后脱离电源的方法，同时还需了解触电后的急救知识,以保证在遇到触电事故后能作出正确的处理。

只有做好了以上几个方面的防护措施，才能保证供电系统为用户提供安全、可靠、优质、经济的电能。

因此，我结合现代建筑物供电系统实际情况，浅谈供电系统中的防雷、接地保护及电气安全。

关键词供电系统；防雷；接地保护；电气安全

第1章绪论

1.1课题的来源

随着国民经济的发展，人们生活水平不断提高，人们的生产、生活都离不开对电能的需求，供电系统成为重要的基础设施。

供电系统在国民经济中有着不可或缺的地位，要使供电系统稳定、可靠地提供优质的电能，并安全地运行，就必须采取一定的措施来保护供电系统，使其供电性能不受外界的影响。

其中雷电对供电系统的影响非常大，我们需要了解供电系统的工作原理，从而才能有效地避免供电系统遭受雷击的危害，避免造成生命财产或在造成重大影响。

同时，供电系统的接地保护也至关重要，保证电气系统的正常运行，使电气安全有一定的保障。

对电气安全的研究，有利于防范电气设备在运行过程中发生安全事故，保证用户的生命财产安全。

所以，对供电系统的防雷、接地保护及电气安全这个课题的研究显得尤为重要。

1.2课题的主要内容

论供电系统的防雷、接地保护及电气安全论文的主要内容为：

分析雷击的形式、预防雷击事故的方案；接地保护的的作用及接地保护的方法；电气安全保护的重要性、触电事故发生后的正确处理办法等。

1.3课题的意义

论供电系统的防雷、接地保护及电气安全是为了使供电系统安全、稳定地运行，为用户提供优质的电能，防止由于雷击、因接地保护等因素而造成给用户不必要的损失。

同时对电气安全作出分析，并阐述了对于触电事故发生后的处理办法，以保证用户生命财产安全。

只有将供电系统的安全保护措施做好了，供电系统安全、稳定的运行才能得到保障。

第2章供电系统概述

2.1供电系统的定义

供电系统由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成，如图2-1所示。

图2-1电力系统的组成

2.2供电系统的组成

1．发电厂

发电厂是生产电能的场所，在这里可以把自然界中的一次能源转换为用户可以直接使用的二次能源——电能。

根据所取一次能源的不同，主要有火力发电厂、水利发电厂、核能发电厂等发电形式。

2．电力网

电力网的主要作用是变换电压、传输电能，通常由升压、降压配变电所（站）和与之对应的电力传输线路组成，负责将发电厂生产的电能经过输电线路送到用户（用电设备）。

3．配电系统

配电系统位于电力系统的末端，包含了降压、分配电能等内容。

主要承担将电力系统的电能最终传输给电力用户的任务。

电力用户即是指消耗电能的场所，将电能通过用电设备转换为满足用户需求的其它形式的能量。

2.3供电系统的特点

电能作为一种商品，它的生产、输送、分配和使用与其他工业产品相比有明显不同的特点，主要表现为以下几个方面：

1.电能的生产、传输及消费几乎同时进行，因为发电设备任何时刻生产的电能必须与消耗的电能相平衡。

2.电能能与国民经济各部门之间的关系密切。

3.电力系统的暂态过程非常短暂。

4.电能质量的要求颇为严格。

供电系统根据不同的供电要求，将供电对象的负荷分为三级，并由此负荷等级采取相应的供电方式，减少因事故中断供电造成的损失或影响的程度，提高投资的经济效益和社会效益。

用电负荷的分级如下：

一级负荷：

凡是因中断供电，将造成人身事故，设备损坏，产生废品，使生产秩序长时间不能恢复，人民生活发生混乱的负荷。

二级负荷：

凡是中断供电，将造成大量减产，使人民生活受到影响的负荷 

三级负荷：

所有不属于一、二级负荷的负荷。

如工厂的附属车间、小城镇等。

第3章供电系统的防雷

3.1雷击的危害

常所谓的雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或是带电的云层对大地迅猛的放电，这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随着巨大的声音。

云层之间的放电主要是对飞行器产生危害，对地面上的事物没有很大的影响。

然而，云层对大地的放电，对地面的电气设备、建筑物和人、畜的危害甚大，这是电气防雷设计的主要对象。

下面介绍几种雷击方式及其危害:

3.1.1直击雷

带电的云层对大地上的某一点发生的猛烈放电现象，称为直击雷。

它的破坏力十分巨大，若不能迅速的将其导入大地，可导致放电通道内的物体、火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。

3.1.2雷电波侵入

雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。

线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内的供电系统。

因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。

3.1.3感应过电压

雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。

闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。

雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。

3.1.4.地电位反击

如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或供电设备，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。

高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害供电系统。

同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。

以上四方面中雷电对供电系统的危害主要以后雷电波侵入、感应过电压与地电位反击三者居多，这三者统称为雷电电磁脉冲。

据有关统计资料，直击雷的损坏仅占15%，而雷电电磁脉冲的损坏占85%。

因此，对供电系统的防雷设计已不同以往，对雷电电磁脉冲的防护必须要加以重视。

3.2防雷设备

3.2.1接闪器

接闪器是接闪杆（避雷针）、避雷带（线）、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等的总称。

功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置向大地中泄放，以保护建筑物免受雷害。

现在常用的接闪器有避雷针、避雷带（线）、避雷网等几种。

3.2.2避雷器

避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入配变电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。

避雷器的接线方式是与被保护设备并联，接入被保护设备的电源侧，如图3-1所示。

常用的避雷器有阀式避雷器、金属氧化物避雷器、保护间隙避雷器、管型避雷器等。

图3-1避雷器的连接

3.3供电系统的防雷

3.3.1电源系统防雷方案

由于电力供给是由大楼的建筑物配电室引入的，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。

因此，对于电源系统的雷电防护，我们采取以下的防雷保护方案：

1．机房低压配电柜系统安装一级间隙放电防雷保护；

2．配电回路安装防雷配电柜，采取三级防雷保护（安装于UPS输入端）；

3．UPS电源输出端做一级过电压防雷保护；

　4．终端设备电源输入端安装防雷箱进行末级电源防雷防护。

从机房目前的情况来分析，一般机房均采用大型UPS不间断电源设备为机房内的部分负载提供安全可靠的供电运行方式，由于UPS是用于为机房内计算机信息系统各用电设备提供稳定、可靠和高质量用电环境的唯一重要设备，并且是由市电供电输入机房的主要途径，所以我们将电源系统防护的重点放在了对UPS不间断电源的输入和输出端的保护上。

防雷保护设计采取第一级火花间隙放电保护，在UPS电源输入端安装两级半导体过电压防雷保护，在三级雷击电流放电器间安装解耦器来协调各级间对雷电波或浪涌电压的有效吸收和释放。

在三级防雷保护中，第一级防护为粗保护，对直击雷进行防护，吸收约90%的大能量雷电流；第二级为中级保护，选用浪涌电压雷电放电器，即半导体放电器，对雷电流进一步吸收；第三级为细保护，同样采用浪涌电压放电器，将残余的雷电流基本吸收，通过地线泄入大地。

在第二级及第三级采用过电压保护器件，进行有效的吸收，在第二级将第一级变量解耦后的4000伏残压降至900伏，第三级将第二级变量解耦后的900伏残压限制在550伏以下，同时第三级还将起到吸收线路上的感性负载和容性负载的“通”“断”引起的浪涌电压及对相电压可能的误输入线电压的保护。

3.3.2终端设备防雷设计

为了确保机房设备万无一失，考虑从电源配电室至机房有一定距离，而感应雷害又无孔不入，同时因考虑到电网的浪涌可能带来对设备的冲击，可在设备电源输入端安装电源防雷箱，实施对终端用电设备的精细防护。

同样我们还将采用以上的防护原理对其它重要设备实施同样电源终端的防雷保护，以确保整个电气部分的安全运行。

供电系统在建筑物内的等电位连接也是供电系统防雷系统中重要的一项基本措施。

GB50057—942000版里强调了等电位连接在内部防雷中的作用。

等电位连接是为减小在需要防雷的空间内发生火灾、爆炸、生命危险的一项很重要的措施，特别是在建筑物内部防雷空间防止发生生命危险的最重要的措施。

建筑物内的等电位连接设计主要有以下几种：

1.总等电位连接和局部等电位连接

总等电位连接MEB的作用在于降低建筑物内间接接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害，它主要通过进线配电箱近旁的总等电位联结端子板（接地母排）将下列导电部分互相连通：

进线配电箱的PE（PEN）母排；公用设施的金属管道，如上、下水、煤气等管道；建筑物金属结构；如果做了人工接地，也包括其接地极引线。

建筑物每一电源进线都应做总等电位连接，各个总等电位连接端子板应互相连通。

局部等电位连接LEB是指当电气装置或电气装置的某一部分的接地故障保护不能满足切断故障回路的时间要求时，应在局部范围内做的等电位连接。

它包括PE母线或PE干线；公用设施的金属管道；如果可能，也包括建筑物金属结构。

2.建筑物内部导电部件的等电位连接

等电位连接不仅仅是针对雷电暂态过电压的，还包括其它如工作过电压、操作过电压等暂态过电压的防护，特别是在有过电压的瞬间对人身和设备的安全防护。

因此，有必要将建筑物内的设备外壳、水管、暖气片、金属梯、金属构架和其他金属外露部分与共用接地系统做等电位连接。

而且需要注意的是，绝不能因检修等原因切断这些连接。

但是，对于燃气管道，只在进入建筑物处与接地系统相连，但在每个接头处要有辅助跨接线。

因为燃气管道本身不容许有多个接地连接，使其成为接地系统的一部分。

3.各楼层的等电位连接

将每个楼层的等电位连接与建筑物内的主钢筋相连，并在每个房间或区域设置接地端子，由于每层的所有接地端子彼此相连，而且又与建筑物主钢筋相连，这就使每个楼层成了等电位面。

再将建筑物所有接地极、接地端子连接形成等电位空间。

最后，将屋顶上的设备和避雷针等与避雷带连接形成屋面上的等电位。

4.接地网的等电位连接

在某中意义上说，建筑物的共用接地系统在大范围内即为等电位连接，比如我们常见的计算机房的工作接地、屏蔽接地和防雷接地等采用同一接地系统的原理就是避免各接地间产生的瞬态过电压差对设备造成影响。

因此，钢筋混凝土结构建筑物利用基础钢筋网做接地体，一般要围绕建筑物四周增设环形接地体，并与建筑物被柱内用作引下线的柱筋焊接，这样就大大降低了接地网由于雷电流造成地电位不均衡的概率。

综上所述，楼层下部有接地网，楼层里有等电位均压网，楼顶物体与避雷装置连接在一起形成等电位，这样就在电气上成为法拉第笼式结构，人和设备在此环境中绝无雷击危险。

第4章供电系统的接地保护

4.1接地系统

4.1.1接地的概念及意义

接地是为防止触电或保护设备的安全,把电力电讯等设备的金属底盘或外壳接上地线，将电工设备和其他生产设备上可能产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下，是为了保证电工设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施利用大地作电流回路接地线。

接地的功用除了将一些无用的电流或是噪声干扰导入大地外，最大功用为保护使用者不被电击，以UPS而言，有些UPS会将零线与地线间的电压标示出来，确保产品不会造成对人体的电击伤害。

同时避免人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。

4.1.2接地装置

接地装置由接地体和接地线组成。

直接与土壤接触的金属导体称为接地体。

电气设备需接地点与接地体连接的金属导体称为接地线。

接地体可分为自然接地体和人工接地体两类。

自然接地体主要有：

与大地地敷设的不少于两可靠连接的建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、埋地的非可燃可爆的金属管道及埋根的电缆金属外皮等。

在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以减少投资，节约资源。

人工接地体：

最常用的人工接地体是直径为50mm、长2.5m的钢管，垂直或水平埋入，且为减小外界温度对流散电阻的影响，埋入的接地体顶端与地面的距离必须大于0.6m。

4.1.3接地电阻

接地电阻一般指接地体上的工频交流或直流电压与通过接地体而流入地下的电流之比。

散泄雷电冲击电流时的接地电阻指电压峰值与电流峰值之比，称为冲击接地电阻。

接地电阻主要是电流在地下流散途径中土壤的电阻。

接地体与土壤接触的电阻以及接地体本身的电阻小得可以忽略。

一般情况下，接地装置散泄电流时，离单个接地体20米处的电位实际上已接近零电位。

接地电阻值与土壤电导率、接地体形状、尺寸和布置方式、电流频率等因素有关。

通常根据对接地电阻值的要求，确定应埋置的接地体形状、尺寸、数量及其布置方式，对于土壤电阻率高的地区（如山区），为了节约金属材料，可以采取改善土壤电导率的措施，在接地体周围土壤中填充电导率高的物质或在接地体周围填充一层降阻剂（含有水和强介质的固化树脂）等，以降低接地电阻值。

接地体流入雷电流时，由于雷电流幅值很大，接地体上的电位很高，在接地体周围的土壤中会产生强烈的火花放电，土壤电导率相应增大，相当于降低了散流电阻。

4.2低压供电系统的接地保护

4.2.1接地保护的分类

1.保护接地：

为保障人身安全、防止间接触电，将设备的外露可导电部分进行接地，称为保护接地。

2.重复接地：

在中性线直接接地系统中，为确保保护安全可靠，除在变压器或发电机中性点处进行工作接地外，还在保护线其他地方进行必要的接地，称为重复接地。

3.保护接中性线（接零保护）：

在380/220V低压系统中，由于中性点是直接接地的，通常又将电气设备的外壳与中性线相连，称为低压保护接中性线。

低压供电系统按保护接地的形式不同可分为：

IT系统、TT系统和TN系统。

IT系统和TT系统为保护接地。

TN系统为接零保护。

第一个字母表示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。

第二个字母表示装置的外露可导电部分的对地关系：

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（在交流系统中，接地点通常就是中性点）。

后面还有字母时，这些字母表示中性线与保护线的组合：

S--中性线和保护线是分开的；C--中性线和保护线是合一的。

4.2.2供电系统的接地保护方案

1.IT系统。

IT系统的电源中性点是对地绝缘的或经高阻抗接地，而用电设备的金属外壳直接接地。

即：

过去称三相三线制供电系统的保护接地。

其工作原理是：

若设备外壳没有接地，在发生单相碰壳故障时，设备外壳带上了相电压，若此时人触摸外壳，就会有相当危险的电流流经人身与电网和大地之间的分布电容所构成的回路。

而设备的金属外壳有了保护接地后，由于人体电阻远比接地装置的接地电阻大，在发生单相碰壳时，大部分的接地电流被接地装置分流，流经人体的电流很小，从而对人身安全起了保护作用（如图4-1）。

图4-1IT系统的接地方式

2.TT系统

TT系统的电源中性点直接接地；用电设备的金属外壳亦直接接地，且与电源中性点的接地无关。

即：

过去称三相四线制供电系统中的保护接地。

其工作原理是：

当发生单相碰壳故障时，接地电流经保护接地装置和电源的工作接地装置所构成的回路流过。

此时如有人触带电的外壳，则由于保护接地装置的电阻小于人体的电阻，大部分的接地电流被接地装置分流，从而对人身起保护作用。

（如图4-2）。

图4-2TT系统的接地方式

3.TN系统。

在变压器或发电机中性点直接接地的380/220V三相四线低压电网中，将正常运行时不带电的用电设备的金属外壳经公共的保护线与电源的中性点直接电气连接。

即：

过去称三相四线制供电系统中的保护接零。

其工作原理是：

当电气设备发生单相碰壳时，故障电流经设备的金属外壳形成相线对保护线的单相短路。

这将产生较大的短路电