避雷针的保护范围

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1、避 雷 针 的 保 护 范 围 一 、 雷 电 与 雷 电 过 电 压 1、 雷 电 的 形 成 雷 电 是 大 气 中 的 放 电 现 象 。 有 关 雷 电 形 成 过 程 的 学 说 较多 ， 随 着 高 电 压 技 术 及 快 速 摄 影 技 术 的 发 展 ， 雷 电 现 象的 科 学 研 究 取 得 了 很 大 进 步 。 目 前 倾 向 于 下 面 的 说 法 在 闷 热 、 潮 湿 、 无 风 的 天 气 里 ， 接 近 地 面 的 湿 气 受 热 上升 ， 遇 到 冷 空 气 凝 成 冰 晶 。 冰 晶 受 到 上 升 气 流 的 冲 击 而破 碎 分 裂 ， 气 流 挟 带

2、 一 部 分 带 正 电 的 小 冰 晶 上 升 ， 形 成“ 正 雷 云 ” ， 而 另 一 部 分 较 大 的 带 负 电 的 冰 晶 则 下 降 ，形 成 “ 负 雷 云 ” ， 随 着 电 荷 的 积 累 ， 雷 云 电 位 逐 渐 升 高 。 由 于 高 空 气 流 的 流 动 ， 正 、 负 雷 云 均 在 空 中 飘 浮 不 定 ，当 带 不 同 电 荷 的 雷 云 相 互 接 近 到 一 定 程 度 时 ， 就 会 产 生强 烈 的 放 电 ， 放 电 时 瞬 间 出 现 耀 眼 的 闪 光 和 震 耳 的 轰 鸣 ，这 种 现 象 就 叫 雷 电 。 一 、 雷 电 与 雷

3、电 过 电 压 1、 雷 电 形 成 示 例 一 、 雷 电 与 雷 电 过 电 压 雷 电 过 电 压 雷 电 过 电 压 亦 称 外 部 过 电 压 或 大 气 过 电 压 ， 他 是 由 于 电力 系 统 中 的 设 备 或 建 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 冲 击 波 的 电 压 幅 值 可 高 达 1亿 伏 ， 其 电 流 幅 值 可 高达 几 十 万 安 ， 对 电 力 系 统 的 危 害 远 远 超 过 内 部 过 电 压 。其 可 能 毁 坏 电 气 设 备 和 线 路 的 绝 缘 ， 烧 断 线 路

4、， 造 成 大面 积 长 时 间 停 电 。 因 此 ， 必 须 采 取 有 效 措 施 加 以 防 护 。 一 、 雷 电 与 雷 电 过 电 压 3、 雷 电 过 电 压 的 种 类(1)直 击 雷 过 电 压 据 观 测 ， 在 地 面 上 产 生 雷 击 的 雷 云多 为 负 雷 云 。 有 时 雷 云 很 低 ， 周 围又 没 有 带 异 性 电 荷 的 雷 云 ， 这 样 有可 能 在 地 面 凸 出 物 上 感 应 出 异 性 电荷 ， 在 雷 云 与 大 地 之 间 形 成 很 大 的雷 电 场 。 当 雷 云 与 大 地 之 间 在 某 一方 位 的 电 场 强 度 达 到

5、25 30kV/cm时 就 开 始 放 电 ， 这 就 是 直 击 雷 。 当 雷 电 直 接 击 中 电 气 设 备 、 线 路 或建 筑 物 时 ， 强 大 的 雷 电 流 通 过 其 流入 大 地 ， 在 被 击 物 上 产 生 较 高 的 电位 降 ， 称 直 击 雷 过 电 压 。 一 、 雷 电 与 雷 电 过 电 压 3、 雷 电 过 电 压 的 种 类(2)感 应 雷 过 电 压 当 雷 云 在 架 空 线路 上 方 时 ， 使 架 空 线 路 感 应 出 异性 电 荷 。 雷 云 对 其 他 物 体 放 电 后 ， 架 空 线路 上 的 电 荷 被 释 放 ， 形 成 自 由

6、 电荷 流 向 线 路 两 端 ， 产 生 电 位 很 高的 过 电 压 ， 称 感 应 雷 过 电 压 。 架 空 线 路 上 的 感 应 过 电 压 可 达 几万 甚 至 几 十 万 伏 ， 对 供 电 系 统 的危 害 很 大 。 一 、 雷 电 与 雷 电 过 电 压 3、 雷 电 过 电 压 的 种 类(3)雷 电 侵 入 波 由 于 直 击 雷 或 感 应雷 而 产 生 的 高 电 压 雷 电 波 ， 沿 架空 线 路 或 金 属 管 道 侵 入 变 配 电 所或 用 户 ， 称 雷 电 侵 入 波 。 这 种 雷 电 波 侵 入 造 成 的 危 害 占 雷害 总 数 的 一 半

7、以 上 。 二 、 防 雷 设 备 完 整 防 雷 设 备 的 组 成 ： 1、 接 闪 器 (避 雷 器 ) 引 雷 器接 闪 器 是 用 来 接 受 直 接 雷 击 的 金 属 物 体 。(1)避 雷 针 ： 用 于 保 护 露 天 变 配 电 设 备 及 建 筑 物 ；(2)避 雷 线 或 架 空 地 线 ： 主 要 用 于 保 护 输 电 线 路 ；(3)避 雷 带 或 避 雷 网 ： 主 要 用 于 保 护 建 筑 物 。 接 闪 器 是 利 用 其 高 出 被 保 护 物 的 突 出 地 位 ， 把雷 电 引 向 自 身 ， 然 后 通 过 引 下 线 和 接 地 装 置 把 雷

8、电 流 泄 入 大 地 ， 使 被 保 护 的 线 路 、 设 备 、 建筑 物 免 受 雷 击 。接 闪 器引 下 线接 地 装 置 二 、 防 雷 设 备 (1)避 雷 针 避 雷 针 的 功 能 实 质 是 引 雷 作 用 。 由 于 避 雷 针 安装 高 度 高 于 被 保 护 物 ， 因 此 当 雷 电 先 导 临 近 地面 时 ， 它 能 使 雷 电 场 畸 变 ， 改 变 雷 电 先 导 的 通道 方 向 ， 吸 引 到 避 雷 针 本 身 ， 然 后 经 与 避 雷 针相 连 的 引 下 线 和 接 地 装 置 将 雷 电 流 泄 放 到 大 地中 去 。 避 雷 针 能 否

9、对 被 保 护 物 进 行 保 护 ， 被 保 护 物 是否 在 其 有 效 的 保 护 范 围 内 是 很 重 要 的 。 避 雷 针的 保 护 范 围 ， 以 其 能 防 护 直 击 雷 的 空 间 来 表 示 ，按 新 颁 国 家 标 准 采 用 “ 滚 球 法 ” 来 确 定 。 二 、 防 雷 设 备 (1-1)避 雷 针 防 雷 规 划 “ 滚 球 法 ” ， 就 是 选 择 一 个 半 径 为 hr（ 滚 球 半径 ） ， 沿 需 要 防 护 直 击 雷 的 部 分 滚 动 ， 如 果 球体 只 触 及 接 闪 器 或 接 闪 器 和 地 面 ， 而 不 触 及 需要 保 护 的

10、 部 位 时 ， 则 该 部 位 就 在 这 个 接 闪 器 的保 护 范 围 之 内 。 滚 球 半 径 是 按 建 筑 物 防 雷 类 别 确 定 的 。建 筑 物 防 雷 类 别 滚 球 半 径 h r(m) 避 雷 网 格 尺 寸 (m)第 一 类 防 雷 建 筑 物 30 5 5或 6 4第 二 类 防 雷 建 筑 物 45 10 10或 12 8第 三 类 防 雷 建 筑 物 60 20 20或 24 16 二 、 防 雷 设 备 (1-1)避 雷 针 防 雷 规 划 建 筑 物 防 雷 类 别 第 一 类 防 雷 建 筑 ： 凡 在 存 放 爆 炸 物 品 或 正 常 情 况 下

11、 能 形 成爆 炸 性 混 合 物 ， 因 电 火 花 而 会 发 生 爆 炸 ， 致 使 房 屋 毁 坏 和造 成 人 身 伤 亡 者 ， 应 有 防 直 接 雷 、 感 应 雷 和 雷 电 侵 入 波 措施 。 第 二 类 防 雷 建 筑 ： 制 造 、 使 用 或 储 存 爆 炸 物 质 的 建 筑 物 ，但 电 火 花 不 易 引 起 爆 炸 或 不 致 引 起 巨 大 破 坏 或 人 身 事 故 ，或 国 家 级 重 要 建 筑 物 ， 应 有 防 直 接 雷 和 雷 电 侵 入 波 措 施 ，有 爆 炸 危 险 的 也 应 有 防 感 应 雷 措 施 。 第 三 类 防 雷 建 筑

12、 ： 不 属 第 一 、 二 类 建 筑 物 但 需 实 施 防 雷 保 护 者 ， 如 住 宅 、 办 公 楼 、 高 度 在 15m以 上 的 烟 囱 、 水 塔 等孤 立 高 耸 的 建 筑 物 属 于 第 三 类 建 筑 物 ， 应 有 防 直 接 雷 和 雷电 侵 入 波 措 施 。 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针 的 保 护 范 围 单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针 的 保 护 范 围 单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 -1做 一 条 距 离 地 面 hr， 平 行 于 地 面 的 直 线 。 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针

13、的 保 护 范 围 单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 -2以 避 雷 针 的 顶 端 为 圆 心 ， 以 hr为 半 径 画 弧 线 ， 与 平 行 线相 交 与 A、 B两 点 。 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针 的 保 护 范 围 单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 -3以 A、 B两 点 为 圆 心 ， 以 hr为 半 径 画 弧 线 ， 与 地 、 避 雷 针形 成 弧 线 ， 弧 线 包 围 的 部 分 即 为 避 雷 针 的 保 护 范 围 诶 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针 的 保 护 范 围 单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 -4 在 hx平 面 上 的

14、 保护 半 径 )2()2( xrxrx hhhhhhr 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针 的 保 护 范 围单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 小 结当 避 雷 针 高 度 hhr时 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 线交 平 行 线 于 A、 B两 点 ； 以 A、 B为 圆 心 ， h r为 半 径 作 弧 线 ， 该 弧 线 与针 尖 相 交 ， 并 与 地 面 相 切 。 由 此 弧 线 起 到 地 面为 止 的 整 个 锥 形 空 间 就 是 避 雷 针 的 保 护 范

15、 围 。 避 雷 针 在 被 保 护 物 高 度 hx的 xx平 面 上 的 保 护 半径 rx按 下 式 计 算 )2()2( xrxrx hhhhhhr 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针 的 保 护 范 围单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 示 例某 厂 锅 炉 房 烟 囱 高 40m， 烟 囱 上 安 装一 支 高 2m的 避 雷 针 ， 锅 炉 房 （ 属第 三 类 防 雷 建 筑 物 ） ， 试 问 此 避 雷针 能 否 保 护 锅 炉 房 。 二 、 防 雷 设 备 避 雷 针 的 保 护 范 围单 支 避 雷 针 的 保 护 范 围 示 例解 ： 查 表 得 滚 球 半 径

16、 hr=60m， 避 雷针 顶 端 高 度 h=40+2=42m， hx=8m，则 避 雷 针 的 保 护 半 径 为 现 锅 炉 房 在 hx=8m 高 度 上 最 远 屋角 距 离 避 雷 针 的 水 平 距 离 为 ： xrmr 7.2310)105.012( 22由 此 可 见 ， 烟 囱 上 的 避 雷 针 能保 护 锅 炉 房 。 m3.27 )8602(8)42602(42 xr 按 国 际 电 工 委 员 会 (IEC)的 规 定 低 压 电 网 有 五 种 接 地 方 式 。 接 地 第 一 个 字 母 表 示 电 源 中 性 点 的 对 地 关 系 ： T中 性 点 直 接

17、 接 地 ； I中 性 点 与 地 绝 缘 ， 或 经 高 阻 抗 接 地 。 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 ； N外 露 可 导 电 部 分 经 过 保 护 线 与 接 地 点 相 连 。 横 线 后 面 字 母 (S、 C或 C-S)表 示 保 护 线 与 中 性 线 的 结 合 情 况 。 当 设 备 带 电 部 分 与 外 壳 相 连 时 ， 短 路 电 流 经 外 壳 和 N线 （ 或PE线 ） 而 形 成 单 相 短 路 ， 显 然 该 短 路 电 流 较 大

18、 ， 可 使 保 护 线快 速 而 可 靠 地 动 作 ， 将 故 障 部 分 与 电 源 断 开 ， 消 除 触 电 危 险 。 中 性 线 N和 保 护 线 PE完 全 分 开 的 称 为 TN-S系 统 （ 又 称 三 相五 线 制 ） ； N线 与 PE线 前 段 共 用 、 后 段 分 开 的 称 为 TN-C-S系统 ； N线 与 PE线 完 全 共 用 的 称 为 TN-C系 统 。u TN系 统 TN-S TN-C-S TN-C TT系 统 的 使 用 能 减 少 人 体 触 电 的 危 险 ， 但 是 不 够 安 全 。 为 保 障 人身 安 全 ， 根 据 IEC标 准 应

19、 加 装 漏 电 保 护 器 （ 漏 电 开 关 ） 。TT系 统 的 电 源 中 性 点 直 接 接 地 ， 也 引 出 N线 ， 属 三 相 四 线 制 系 统 ，而 设 备 的 外 露 可 导 电 部 分 则 经 各 自 的 PE线 分 别 接 地 。u TT系 统 接 地 IT系 统 又 称 为 三 相 三 线 制 系 统 。 当 电 气 设 备 发 生 单 相 接 地 故 障时 ， 接 地 电 流 将 通 过 人 体 和 电 网 、 大 地 之 间 的 电 容 构 成 回 路 。一 般 情 况 下 ， 此 电 流 是 不 大 的 ， 但 是 ， 如 果 电 网 绝 缘 强 度 显 著

20、下 降 ， 这 个 电 流 可 能 达 到 危 险 程 度 。 u IT系 统 接 地 接 地 中 线 的 作 用 ： 0NNU在 低 压 配 电 系 统 中 ， 有 大 量 单 相 负 载 存 在 ， 使得 三 相 负 载 总 是 不 对 称 的 ， 所 以 ， 于 是三 相 负 载 的 相 电 压 也 不 相 同 ， 有 的 高 ， 有 的 低 ，这 样 就 使 得 各 相 负 载 无 法 正 常 工 作 ， 严 重 时 还会 烧 毁 负 载 。 0 NNU如 果 是 中 性 线 的 阻 抗 ZN接 近 零 ， 就 能 在 负 载 不对 称 的 情 况 下 ， 强 迫 ， 使 负 载 相

21、电 压保 持 对 称 。 可 见 在 三 相 四 线 制 中 的 中 性 线 的 作用 是 非 常 重 要 的 。 电力系统和电气装置的中性点，电气设备的外露导电部分通过导体与大地相连称为。接地的目的：一是保证人身安全，使人可能接触到的设备外露导电部分的电位基本降低到接近地电位，当人触及这些部位时，即使这些部位带电，因其电位与地电位基本接近，可以减少电击危险。二是保证电力系统正常、稳定运行。由接了地的变压器和发电机中性点引出的中性线称线。电器设备的某部分直接与线相连接叫作保护接零。保护接零也能起到与接地相似的安全保护作用。保护接地和保护接零 在中性点不接地系统中，设备外壳不接地且意外带电，外壳

22、与大地间存在电压，人体触及外壳，人体将有电容电流流过， 如图(a)所示。 RrIdZ Id RrIdZ IdRb Ir(a) (b) 如果将外壳接地，人体与接地体相当于电阻并联，流过每一通路的电流值将与其电阻的大小成反比。人体电阻通常为600 1000 ，而接地电阻通常小于4，因此流过人体的电流很小， 这样就完全能保证人体的安全， 如图(b)所示。 当设备正常工作时，外露部分不带电，人体触及外壳相当于触及零线，无危险，如图所示。采用保护接零时，应注意不宜将保护接地和保护接零混用，而且中性点工作接地必须可靠。 在电源中性线做了工作接地的系统中，为确保保护接零的可靠，还需相隔一定距离将中性线或接地

23、线重新接地， 称为。 ID A B C O 在中性点接地的三相四线制供电系统中应注意： 220V FU 火 线 L 工 作 零 线 N保 护 零 线 E设 备 没 有接 零 保 护正 确 的 接 零 保 护 错 误 的接 零 保 护 电 力 系 统 中 性点 运 行 方 式 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式 及 其 特 点 和 适 用 范 围 。1.中 性 点 不 接 地 的 电 力 系 统特 点 ： 单 相 接 地 时（ 1） 三 相 线 电 压 仍 对 称 ， 电 气 设 备 可 继 续 运 行 2h， 供 维 修 人 员查 排 故 障 ， 提 高 了 供 配 电 系 统 可 靠

24、 性 ；（ 2） 非 故 障 相 对 地 电 压 升 至 线 电 压 ， 提 高 对 线 路 和 电 气 设 备 绝缘 强 度 要 求 ， 增 加 制 造 成 本 ；（ 3） 接 地 电 流 IE在 一 定 范 围 内 ， 可 引 起 断 续 电 弧 ， 从 而 导 致 线路 过 电 压 （ RLC串 联 谐 振 ） ， 威 胁 绝 缘 薄 弱 设 备 。 故 应 限 制 IE。适 用 范 围 ： 旨 在 提 高 供 电 可 靠 性 。（ 1） 电 压 500V电 气 装 置 （ IT系 统 ， 220V照 明 装 置 除 外 ） ；（ 2） 363kV电 网 。 但 通 常 必 须 满 足

25、：l310kV电 网 I E 30A， 与 发 电 机 有 电 气 连 系 者 IE 5A。l 3563kV电 网 IE 10A。 2.中 性 点 经 消 弧 线 圈 接 地 的 电 力 系 统特 点 ： 单 相 接 地 时(1)三 相 线 电 压 仍 对 称 ， 电 气 设 备 可 继 续 运 行 2h， 供 维 修 人 员查 排 故 障 ， 提 高 了 供 配 电 系 统 可 靠 性 ；(2) 非 故 障 相 对 地 电 压 升 至 线 电 压 ， 提 高 对 线 路 和 电 气 设 备绝 缘 强 度 的 要 求 ， 增 加 制 造 成 本 ；(3)经 消 弧 线 圈 电 流 IL补 偿

26、作 用 ， 接 地 电 流 IE减 小 ， 直 至 为 0，接 地 电 弧 易 熄 灭 ， 避 免 线 路 过 电 压 。 故 称 消 弧 线 圈 。适 用 范 围 ： 旨 在 限 制 I E， 消 除 接 地 电 弧 ， 避 免 线 路 过 电 压 。(1)电 压 500V电 气 装 置 （ 照 明 装 置 除 外 ） ；(2)363kV电 网 。 )1(kI3.中 性 点 直 接 接 地 的 电 力 系 统特 点 ： 单 相 接 地 时（ 1） 单 相 短 路 电 流 很 大 ， 保 护 装 置 即 时 动 作 ， 切 除 故 障 相(停 电 ） ； 但 非 故 障 相 正 常 运 行 ；

27、（ 2） 中 性 点 保 持 0电 位 ， 非 故 障 相 对 地 电 压 仍 为 相 电 压 ， 从 而降 低 线 路 和 电 气 设 备 绝 缘 水 平 和 造 价 ；（ 3） 大 接 地 电 流 可 能 影 响 系 统 稳 定 ， 并 产 生 强 磁 场 ， 干 扰 邻近 通 信 线 路 和 信 号 装 置 ， 增 加 断 路 器 维 护 工 作 量 。 应 适 当 加 以限 制 。适 用 范 围 ：（ 1） 110kV及 以 上 电 网 （ 雷 电 特 别 严 重 地 区 除 外 ） ， 旨 在 降低 线 路 和 设 备 的 绝 缘 水 平 和 造 价 ； （ 旨 在 降 低 绝 缘 水 平 ）（ 2） 采 取 TN型 和 TT型 保 护 接 地 方 式 的 低 压 配 电 系 统 。 （ 旨 在用 电 安 全 ）)1(kI