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【引用】防雷基础知识汇总  

2011-12-01 15:45:59|  分类: 学习资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自海阔天空《防雷基础知识汇总》
防雷基础知识汇总[原创]
一、雷电是怎样形成的?


答:雷电是一种大气中放电现象,产生于积雨中,积雨云在形成过程中,某些云团带正电荷,某些云团带负电荷。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,当电荷积聚到一定程度时,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(一般为几十千安至几百千安),并随之发生强烈的闪电和巨响,这就形成雷电。

二、什么叫跨步电压?

答:跨步电压是雷电击中地面物,雷电流泄入大地并在土壤中散流开,由于土壤电阻率有一定分布,雷电流在地面上各点间就出现电位降,靠近雷击点,电流密度越大,电位降也就越大。如果人站在或行走在落雷点附近,在两脚间的电位降可使雷电流通过两脚和躯干的下部,人就会被击伤。这两脚间的电位降叫"跨步电压"。

三、在一类防雷中为什么在安装的独立避雷针(包括其防雷接地装置)至少距被保护的建筑物之间距离≥3米。

答:为了防止独立针遭直击雷击时对被保护物的反击。 四、什么叫均压环?在建筑防雷设计时,对均压环的设计有什么要求?

答:均压环是高层建筑物为防侧击雷而设计的环绕建筑物周边的水平避雷带。在建筑设计中当高度超过滚球半径时(一类30米,二类45米,三类60米),每隔6米设一均压环。在设计上均压环可利用圈梁内两条主筋焊接成闭合圈,此闭合圈必须与所有的引下线连接。要求每隔6米设一均压环,其目的是便于将6米高度内上下两层的金属门、窗与均压环连接。

五、在各类防雷中对引下线和天面网格有什么要求?

答:引下线和天面网格通常用镀锌圆钢不小于φ8。
一、二、三类对应引下线间距不大于12米、18米、25米;
一、二、三类对应的天面网格5*5平方米(4*6平方米)、10*10平方米(8*12平方米)、20*20平方米(16*24平方米)。

六、在高土壤电阻率地区,降低防直击雷接地装置的接地电阻 宜采用什么方法?

答:规范P26第4.3.4条,在高土壤电阻率地区,降低接地电阻可采取下列方法之一:
(1)采用多支线外引接地装置,外引长度不大于有效长度,即le=2 ρ。
(2)接地体埋于较深的低电阻率土壤中。
(3)采用降阻剂。
(4)换土。

七、什么叫雷电的反击现象?如何消除反击现象?

答:雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体(包括接闪器、接地引下线和接地体),在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压,这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电(又叫闪络)的现象叫反击。此外,当雷击到树上时,树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。要消除反击现象,通常采取两种措施:一是作等电位连接,用金属导体将两个金属导体连接起来,使其接闪时电位相等;二是两者之间保持一定的距离。

八、金属油罐在防直击雷方面有什么要求?

答:金属油罐在防直击雷方面的要求:(1)贮存易燃、可燃物品的油罐,其金属壁厚度小于4毫米时,应设防直击雷设施(如安装避雷针);(2)贮存易燃、可燃物品的油罐,其金属壁厚度≥4毫米时,可不装防直击雷设施,但在多雷区也可考虑装设防直击雷设施。(3)固定顶金属油罐的呼吸阀、安全阀必须装设阻火器。(4)所有金属油罐必须作环型防雷接地,接地点不小于两处,其间弧形距离不大于30米,接地体距罐壁的距离应大于3米。(5)罐体装有避雷针或罐体作接闪器时,接地冲击电阻不大于10欧。

九、阴极保护装置通常采用什么材料?为什么?

答:阴极保护装置通常采和镁合金或锌合金。因为镁合金或锌合金是比铁活跃的金属元素,当经过特殊加工的镁合金或锌合金块与被保护的金属(铁)储罐连接后,镁合金或锌合金的负离子,通过连接导体不断移向埋在地下的金属储罐,使金属储罐得到一定量镁合金或锌合金的负离子,成为阴极,而镁合金或锌合金不断失去负离子,显示阳极的特性。就是因为这些比较活跃的镁或锌的负离子,连续不断地移向金属储罐,从而补偿了储罐的腐蚀,而镁合金或锌合金经过多年使用后,使自己失去了防腐能力,牺牲了自己,所以这种装置又叫牺牲镁(锌)阳极,保护阴极(罐体)的一种装置。

十、雷电防护措施包括哪些部分?

答:主要包括:直击雷防护、侧击雷防护、感应雷防护三大部分,并采用接闪、分流、屏蔽、均压、等电位、接地等技术措施接地探讨



一 、接地概述
接地对于设备的安全运行和数据的可*传输有着很大影响。如果接地不好,轻则会造成设备不能有效传输数据,降低设备的可*性;重则会损坏设备的部件,甚至造成设备瘫痪并影响人员的安全。

接地,在电气技术中是指用导体与大地相连。在电子技术中的接地,可能就与大地毫不相关,它只是电路中的一等电位面。如收音机、电视机中的地,它只是线路里的一个电位基准点。按接地的作用可分为功能性接地和保护性接地。为保证电气设备正常运行或电气系统低噪声的接地,称为功能性接地,功能性接地又有工作接地、逻辑接地、信号接地和屏蔽接地等。为了防止人、畜或设备因电击而造成伤亡或损坏的接地称为保护性接地,保护性接地有保护接地、防雷接地和防静电接地。

现代接地概念,我们可以简单的表述如下在:对于线路工程师来说,“接地”的含义通常是‘线路电压的参考点’;对于系统设计师来说,它常常是机柜或机架;对电气工程师来说,它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是“低阻抗”和“通路”。

常见的接地符号有:PE,PGND,FG-保护地或机壳;BGND或DC-RETURN-直流48V(+24V)电源(电池)回流;GND-工作地;DGND-数字地;AGND-模拟地;LGND-防雷保护地。

二 、接地电阻

初涉电气的工作者对接地电阻这个概念可能会有疑惑。我们通常所说的电阻的是导体某一点到另一点之间的阻值。接地电阻同样是两点之间的阻值。但接地电阻不是设备的某个接地点和接地线之间的电阻,而是设备经由接地线与远方大地之间的电阻。

大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体,拥有吸收无限电荷的能力,而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变,因此我们选择大地作为参考电位体,把存在大电流危险的物体都用接地线连接到大地,比如电器设备接地、防雷接地。

哪里才是“地”?我们可能认为接地棒所打的位置就是“地”,因为我们一般都认为只要设备和接地棒连接良好,接地电阻就是良好的。其实不然,电气上的“地”,一般规定为距离接地棒20米远处的大地为“地”,因为,当设备出现漏电并通过接地棒传到大地的时候,在距离接地棒20米处,其大地的电压接近于零,对于我们人身来说是安全,所以我们把它定义为“地”。在设备存在漏电情况时,不一定接了地的设备就安全,虽然接地线已经连接到大地,但只有在相对接地设备远处的大地没有电压时候,设备才是安全的。我们做以下分析:接地导体与大地电位等于0处的电压称接地电压U0;流入大地的电流称接地短路电流I0;它们的比值称作接地电阻R0,即R0=U0/I0。变换为I0*R0=U0,容易看出,接地电压U0与接地电阻R0成正比关系。我们讨论的接地系统就是要将接地电阻R0的值做得尽量小,使接地装置在接地电流I0通过时接地导线与地的接地电压U0尽量低。接地系统在做好后,接地电阻R0是一个常数,接地点电压U0随着接地电流I0增大而升高。所以,即便是合格的接地系统,但是当遇到大电流,比如雷击、高压线对地时,地线就会存在一定电压,并使地线附近大地存在电势。我们通常说的跨步电压,就是指这种情况下普通人一跨步距离间存在的电压,跨步电压会对人身造成电击。因此,我们在接地系统施工的时候会考虑气候、土壤等因素,并在施工中采用深埋接地棒或使用降阻剂等方法来尽量减小接地电阻。

从以上叙述中我们不难得出这样的结论,接地电阻等于接地线的电阻和接地极和大地远处的电阻之和,接地线的电阻很小,可以忽略,我们通常就认为接地电阻就是大地的电阻。

我们一般都说接地电阻要求达到几个欧姆,那么土壤上良好的导体吗?不是的,一般土壤电阻比金属电阻大几百万倍。衡量土壤的电阻我们用土壤电阻率。土壤电阻的定义为电流通过体积为1m3(立方米)土壤的这一面到另一面的电阻值。代表符号用ρ,单位用Ω.m 或Ω.cm 表示。土壤电阻率通常在500-1000Ω.m由于大地的体积明显比普通电阻大,我们可以理解为许多导体并联,所以大地的电阻显得比较小。但是这个电阻是不能用我们的普通的电表测量出来的。

通常我们采用三极法测量接地电阻,使用的工具为手摇式地阻表,其基本原理是采用三点式电压落差法。其测量手段是在被测地线接地桩(称为X)一侧地上打入两根辅助测试桩,要求这两根测试桩位于被测地桩的同一侧,三者基本在一条直线上,距被测地桩较近的一根辅助测试桩(称为Y)距离被测地桩20 米左右,距被测地桩较远的一根辅助测试桩(称为Z)距离被测地桩40米左右。测试时,按要求的转速转动摇把,测试仪通过内部磁电机产生电能,在被测地桩X和较远的辅助测试桩Z之间“灌入”电流,此时在被测地桩X和辅助地桩Y之间可获得一电压,仪表通过测量该电流和电压值,即可计算出被测接地桩的地阻。

在用三极法实际测量接地电阻时,我们会发现当我们把辅助测试棒分开的距离不够时,测得的接地电阻会比较大,这和作为大地的零电位的辅助测试棒和被测量点*的太近有关。

三.电力系统接地

电力系统中一般有五条线:三相动力线R、S、T,一条地线PE,一条中性线N。根据接地系统中地线和中性线的处理方式我们可以简单分类如下:
1. IT系统
IT系统是三相三线式接地系统,该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地,无中性线N,只有线电压(380V),无相电压(220V),保护接地线PE和中性线各自独立接地。建议该系统应装设单相接地保护装置,以便在发生一相接地故障时发出报警信号。

2. TT系统
TT系统的电源端中性点直接接地,用电设备金属外壳用保护地线接至与电源接地点无关的接地极。TT系统内往往不能采用熔断器、低压断路器作接地故障保护而需采用漏电保护器作为主保护。低压TT系统零线不能作为设备的接地保护,因为TT系统设备单独接地,若N线再接地,3相不平衡时,设备外壳就会带电。

3. TN-C系统
TN-C系统被称为三相四线系统,该系统中性线N与保护接地PE合二为一,通称PEN线。这种接地系统对接地故障灵敏度高,线路经济简单,,选用适当的开关保护装置和足够的导线截面,就能达到安全要求。在TN-C系统中,线路首端严禁安装漏电保护器,因为一旦线路首端被隔离,系统将不能再起到保护作用。TN-C系统设备接PEN线,PEN线要重复接地。若不重复接地,当接地电阻过大时,就起不到保护作用。

4. TN-S系统
TN-S系统有五根线,即三根相线A、B、C、一根中性线N及一根保护线PE,仅电力系统一点接地,用电设备的外露可导电部分接到PE线上。TN-S系统的特点是,中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接。

5. TN-C-S系统
TN-C-S系统由两个接地系统组成,前面四线后面五线,第一部分是, TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在N线与PE线的连接点,分开后即不允许再合并。
TT系统的中性点接地与PE线接地是分开的。TN-C系统的中性线N与保护接地PE合二为一。两者的区别是TT系统的N线和PE线是*大地连接的,而TN-C系统两者是*导线连接的。虽然大地是良好的导体,但两者仍然有很大区别。TN-C系统中设备漏电,就是相对N短路,上级断路器会跳脱, 而TT系统设备漏电,漏电流小的多,常常不会导致断路器动作。所以TN-C系统可以很好的保证人身安全,而TT 可以使单台设备出现问题的情况下,一定时间内不跳上级开关,继续运行,这主要用在一些不能轻易跳停的重要设备上。

不论是在接零保护系统或接地保护系统中,漏电保护器的保护范围应是独立回路,不能与其他回路有电气上的连接。一台漏电保护器容量不够时,不得将两台并联使用。在接零保护系统中使用漏电保护器时,应注意区分线路的工作零线与保护接零线,工作零线应接入漏电保护器,并应穿过漏电保护器的零序电流互感器,经过漏电保护器的工作零线不得再作为保护零线用,不能再与接地系统或设备的金属外壳连接;线路的保护零线不得接入漏电保护器。

380V与220V低压电力系统采用中性线接地除了引接设备保护线外,还有一个重要的作用就是平衡三相电压,因为现实使用中,很少能做到三相负荷的绝对平衡,三相负荷的不平衡会导致中性线上存在电压,使各相电压出现差异,影响设备的正常运行甚至造成损坏。消除这个不平衡,理想的办法是做到接地电阻为零,实际中我们只能在设计时尽量做到平均分配负载并把接地电阻做的尽量小。

根据我厂实际需要接地的设备有:

一、变压器、MCC盘及各种盘体的底座和外壳(保护接地);

二、电力设备传动装置,如马达,以及携带式及移动式用电器具(保护接地);

三、互感器的二次绕组(工作接地);

四、钢构、桥架、管路、槽罐(保护接地、防静电接地);

五、房内外配电装置的金属架构和金属围栏、楼梯和门(保护接地、防静电接地);

六、控制电缆的外皮(屏蔽接地);

七、防雷接地。

四.接地施工

在建筑工程中,我们把接地导线与接地体合在一起叫接地装置;把电气设备与土壤间作良好的连接叫接地;与土壤直接接触的金属体叫接地体或接地级;把接地体与电气设备连接起来的金属线叫接地导线。接地的电极必须为良导体,通常为裸铜线、金属板、金属水管、建筑物钢架地基或其它合乎国家标准的金属导体。

有桩基的建筑工程,可以桩基做为接地体,以基础钢筋做为接地网,以主体柱筋作为引下线与桩基连接而构成自然接地装置。PS厂就采用了这种接地施工方式。这种系统主要是为了防雷,采用钢筋主要是考虑到雷电时的热效应,不使接地系统遭到损坏而在某处短开,建筑防雷接地系统要求在建筑的使用寿命内经受雷击而不损坏。这些桩基和基础钢筋和柱筋只构成防雷接地的一个部分,防雷系统的上层还有避雷针、避雷线、避雷网带、避雷器等防雷设施。

ABS厂设备和防雷接地都采用Ф10mm×2m铜包钢棒为接地极,以裸铜线连接铜包钢棒的接地系统。纯铜的耐腐蚀性能要比其他金属好,铜是贵金属,所以比较经济的做法是,选用铜包钢作为接地棒。接地体间的相互连接采用放热熔接方法,这是一种利用活性较强的铝把氧化铜还原,整个过程需时很短,反应所放出的热量足可使被焊接的导线端部熔化形成永久性的分子结合,在2500℃-3500℃高温下,将铜和铜、铜和钢等相同或不同金属完全熔接。这样一来,焊点载流能力与导线的载流量相同,焊点也就象铜导体一样,受腐蚀影响较小。此项施工工艺无须外界电源或气源,材料轻便易携带,操作简单。我厂的接地安装要求所有的熔接点,要以高压自粘性绝缘胶带包覆,这主要是为了减少对焊接点的腐蚀。主接地线与分接地体的连接,同样采用焊接,而接地线与设备的连接,一般都采用螺栓连接,螺栓连接时应设防松螺帽或防松垫片。在做接地系统时,我们可能会认为接地棒打的越多越好,实际情况是接地棒密度太大,会使故障电流从各接地棒往大地扩散时,相互之间产生屏蔽阻碍作用,从而影响接地效果。一般要求接地极之间的间距不宜小于其长度的2倍。

低压电力设备接地装置的接地电阻,不宜超过4 欧。使用同一接地装置的并列运行的发电机、变压器等电力设备,当其总容量不超过100 千伏安时,接地电阻不宜大于10 欧。仪表和DCS的接地系统我们一般要求接地电阻不大于1Ω,电力接地系统和仪表、DCS接地系统应该分开,以免电力系统的高电压通过接地系统反馈到仪表、DCS系统影响设备运行。从地理位置上来说,宁波处于气候相对温暖湿润,雨水充足的地带,土壤的含水量比较丰富,土壤电阻率低,只要正确的施工,接地电阻都可以达到规定要求,现场采用三极法测量电阻时,测量值都在1Ω以下,对于电阻达到100Ω甚至以上,一般都是接地线出现了断线问题。

我厂的接地线主要有95mm2、70mm2、35mm2三种铜线, 95mm2的作为接地主线, 70mm2接地线主要接到接地箱、接地铜排等,35mm2接地线则是末端接地线,直接连接到设备。

五、电力系统接地注意事项

1.接地干线应在不同的两点及以上与接地网相连。每个电气装置的接地应以单独的接地线与接地干线相连接,不得在一个接地线中串接几个需要接地的电气装置。

2.明敷接地线应使用黄绿双色线。当使用胶带时,应使用双色胶带。中性线宜涂淡蓝色标志。

3.在断路器室、配电间、母线分段处、发电机引出线等需临时接地的地方,应引入接地干线,并应设有专供连接临时接地线使用的接线板和螺栓。

4.当电缆穿过零序电流互感器时,电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地;由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘。

5.直接接地或经消弧线圈接地的变压器、旋转电机的中性点与接地体或接地干线的连接,应采用单独的接地线。
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