关于防雷、接地和电气安全的研究一、简述雷电的形成及危害雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨云中。

积雨云在形成过程中，一部分云团带正电荷，另一部分云团带负电荷。

它们对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当电荷聚集到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（一般为25~30KV/CM），开始游离放电，我们称之为“先导放电”。

云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。

在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十KV至几百KV），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。

雷电的破坏作用基本上可以分为三类：1.1直击雷雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电的现象称为直击雷。

雷云放电时，引起很大的雷电流，可达几百千安，从而产生极大的破坏作用。

雷电流通过被雷击物体时，产生大量的热量，使物体燃烧。

被击物体内的水分由于突然受热，急骤膨胀，还可能使被击物劈裂。

所以当雷云向地面放电时，常常发生房屋倒塌、损坏或者引起火灾，发生人畜伤亡。

1.2雷电感应雷电感应是雷电的第二次作用，即雷电流产生的电磁效应和静电效应作用。

雷云在建筑物和架空线路上空形成很强的电场，在建筑物和架空线路上便会感应出与雷云电荷相反的电荷（称为束缚电荷）。

在雷云向其他地方放电后，云与大地之间的电场突然消失，但聚集在建筑物的顶部或架空线路上的电荷不能很快全部泄入大地，残留下来的大量电荷，相互排斥而产生强大的能量使建筑物震裂。

同时，残留电荷形成的高电位，往往造成屋内电线、金属管道和大型金属设备放电，击穿电气绝缘层或引起火灾、爆炸。

1.3雷电波侵入当架空线路或架空金属管道遭受雷击，或者与遭受雷击的物体相碰，以及由于雷云在附近放电，在导线上感应出很高的电动势，沿线路或管路将高电位引进建筑物内部，称为雷电波侵入，又称高电位引入。

出现雷电波侵入时，可能发生火灾及触电事故。

雷电的形成与气象条件（即空气湿度、空气流动速度）及地形（山岳、高原、平原）有关。

湿度大、气温高的季节（尤其是夏季）以及地面的空出部分较易形成闪电。

在夏季，突出的高建筑物、树木、山顶容易遭受雷击就是这个道理。

随着社会经济的快速发展，科技的不断进步，出现了大量的智能建筑。

因而，如何防止雷电的危害，保证人身、建筑物及设备的安全，就成为十分重要的问题。

二、常见的防雷设备与防雷措施2.2防雷措施2.2.1架空线路的防雷措施（1）架设避雷线运行经验证明，这就是防雷击的有效措施。

但是它造价高，所以只在63kV及以上的架空线路上才沿全线装设，35kV的架空线路上一般只在进出变电所的一段线路上装设，而10kV及以下线路上一般不装设避雷线。

（2）提高线路本身的绝缘水平一在架空线路上，可采用木横但、瓷横担，或采用高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10kV及以下架空线路防雷的基本措施。

（3）利用三角形排列的顶线兼作保护线由于3～10kV线路通常是中性点不接地的系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子上装以保护间隙，（如图2-2）所示。

在雷击时顶线承受雷击，击穿保护间隙，对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。

（4）装设自动重合闸装置线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。

断路器闸后，电弧即自行熄灭。

如果采用一次ARD，使开关经0.5s或更长一点时间自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，对一般用户不会有什么影响。

（5）个别绝缘薄弱点装设避雷器对架空线路上个别绝缘薄弱点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆、木杆线路中个别金属杆或个别铁横担电杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。

图2-22.2.2变配电所的防雷措施（1）装设避雷针用来防护整个变配电所，使之免遭直接雷击。

如果变配电所在附近高大建（构）筑物上的避雷针保护范围以内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的防护。

（2）高压侧装设阀式避雷器主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所这一最关键设备。

为此要求避雷器应尽量靠近变压器安装，其接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地，如图2-3所示。

图2-4是6～10kV配电装置对雷电波侵入的防护接线示意图。

在每路进线终端和母线上，都装有阀式避雷器。

如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则阀式避雷器或排气式避雷器应装在架空线路终端的电缆头处。

（3）低压侧装设阀式避雷或保护间隙这主要是在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿变压器的绝缘。

当变压器低压侧中性点不接地时，其中性点可装设阀式避雷器或保护间隙。

2.2.3高压电动机的防雷措施高压电动机的定子绕组是采用固体介质绝缘的，其冲击耐压试验值大约只有同电压级的电力变压器的1/3左右。

加之长期运行后，固体绝缘介质还要受潮、腐蚀和老化，会进一步降低其耐压水平，因此高压电动机对雷电波侵入的防护，不能采用普遍的阀式避雷器，而要采用专用于保护旋转电机作的FCD型磁吹阀式避雷器或具有串联间隙的金属氧化物避雷器。

对定子绕组中性点能引出的高压电动机，就在中性点装设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器。

对定子绕组中性点来能引出的高压电动机，可以采用图2-5所示接线。

为降低沿线路侵入的雷电波波头陡度，减轻其对电动机绕组绝缘的危害，可在电动机前面加一段100～150m的引入电缆，并在电缆前的电缆头处安装一组排气式避雷器或阀式避雷器，而在电动）的FCD型磁吹阀式避雷器。

机入口前母线上安装一组并联有电容器（0.25~0.5F图2-52.2.4建筑物的防雷措施建筑物（含构筑物，下同），根据GBJ57修订本规定，按其对防雷的要求，分为下列三类：1）．第一类防雷建筑物对工业建筑物为：因火花而引起爆炸，会造成巨大和人身伤亡的下列建筑物：（1）制造、使用或贮存大量爆炸危险环境的建筑物。

（2）具有0区、1区或10区爆炸危险环境的建筑物。

2）．第二类防雷建筑物对工业建筑物为：电力花不易起起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的下列建筑物：（1）制造、使用或贮存大量爆炸物质，如炸药、起爆药、火工品等的建筑物。

（2）具有0区、1区或10区爆炸物质的建筑物。

对于一般民用建筑物为：建筑物年预计雷击次数N ＞0.2的建筑物。

3）.对民用建筑物为：（1）根据雷击后对工业生产的影响，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险的环境。

（2）建筑物年预计雷击次数N ≥0.05的一般工业建筑物。

对民用建筑物为：（1）建筑物年预计雷击次数N 为0.2≥N ≥0.5的一般性民用建筑物，如住宅、办公楼等。

（2）高度在15m 及以上的烟囱、水塔等弧立的高耸建筑物（如年平均雷暴日数不超过15的地区，高度可为20m 及以上）。

三、接地的有关概念3.2接地的要求和装设3.2.1接地电阻及其要求接地电阻（earthing resistance ）是接地体的流散电阻与接地线和接地体电阻的总和。

由于接地线和接地体的电阻相对相很小，可略去不计，因此可认为接地电阻就是指接地体流散电阻，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；雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻。

关于TT 系统和IT 系统中电气设备外露可导电部分的保护接地电阻B R ，按规定应满足这样一个条件，即在接地电流B I 通过B R 时产生的对地电压V U B 50≤（安全电压值），因此B B I V R /50≤如果漏电断路器的动作电流)(B OP I 取为30mA ，即B I =30mA 时断路器动作，因此由式（8-7）可知，Ω=≤166703.0/50A V R B 。

这一接地电阻值很大，是容易满足要求的。

一般取Ω≤100B R ，以确保防触电的安全。

对TN 系统，其中所有设备的外露可导电部分均接在公共PE 线或PEN 线，故无所谓保护接地电阻。

3.2.2接地装置的装设1．一般要求在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材。

如果实地测量所利用的自然接地体电阻已能满足要求而且这些自然接地体又满足热定条件时，变来必再装设人工接地装置，否则应装设人工接地装置作为补充。

电气设备的人工接地装置的布置，应使接地装置附近的电位分布尽可能地均匀，以降低接触电压和跨步电压，保证人身安全，如接触电压和跨步电压超过规定值时，应采取措施。

2．自然接地体的利用可作为自然接地体的有：建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、埋地的金属管道（但可燃液体和可燃爆气体的管道除外）以及敷设于地下而数量不少于两根的电缆金属外皮等。

对于变配电所来说，可利用它的建筑物钢筋混凝土基础作为自然接地体。

利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接，在建构筑物钢结构的接合处，除已焊接者外，凡用螺栓连接或其它连接的，都要采用跨接焊接，而且跨接线尺寸不得小于规定值。

3．人工接地体的装设人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种基本结构型式。

最常用的垂直接地体为直径50mm、长2.5m的钢管。

如果采用直径小于50mm的钢管，则由于钢管的机械度较小，易弯曲，不适于采用机械方法打入土中；如果采用直径大于50mm 的钢管，例如直径由50mm增大到125mm时，流散电阻仅减少15%，而钢材消耗则大大增加，经济上极不合算。

如果采用的钢管长度小于2.5m时，流散电阻增加很多；而钢管长度如大于2.5m时，则既难于打入土中，而流散电阻减少也不显著。

由此见，采用上述直径为50mm、长度2.5m的钢管是最为经济合理的。

但为了减少外界温度变化对流散电阻的影响，埋入地下的垂直接地体上端距地面不应小于0.5m。

ρ时，为降低接地装置的接地电阻，当土壤电阻率偏高时，例如土壤电阻率m⋅≥300Ω可采取以下措施；①采用多支线外引接地装置，其外引线长度不应大于ρ2，这里的ρ为埋设外引线处的土壤电阻率，单位为mΩ；②如地下较深处土壤ρ较低时，可采用深埋式⋅接地体；③局部地进行土壤置换处理，换以ρ较低的粘土或黑土，或者进行土壤化学处理，填充以降阻剂。

按规定，钢接地体和接地线和最小尺寸规格如附录表20所示。

对于敷设在腐蚀性较强的场所的接地装置，应根据腐蚀的性质，采用热镀锡、热镀锌防腐措施，或适当加大截面。

当多根接地体直互靠拢时，入地电流的流散相互受到排挤，这种影响入地电流流散的作用，称为屏蔽效应。

由于这种屏蔽效应，使得接地装置的利用率下降，所以垂直接地体的间距一般不宜小于接地体长度的2倍，水平接地体的间距一般不宜小于5m。

接地网的布置，应尽量使地面的电位分布均匀，以减小接触电压和跨步电压。

人工接地网外缘应闭合，外缘各角应作成圆弧形。