如何做好配电系统的防雷与接地

【摘要】做好配电系统的防雷与接地工作，对于电力设施的安全运行与稳定供电有着巨大的意义。本文首先介绍了接地系统的基本形式，然后对防雷与接地的要求进行了计算，最后对系统的防雷方案进行了设计。

【关键词】配电系统防雷接地

中图分类号：U224.3+1文献标识码：A文章编号：

随着电力负荷的迅速增长，城市电网建设正如日中天。在工业生产和日常生活中，为了保证电力系统设备和人身安全需要，需采取各种各样的防雷接地措施，防雷接地是电气安全技术的重要内容。

一、接地系统的基本形式

低压配电系统接地的形式有两种：一种是设备的外漏可导电部分经各自的PE线分别直接接地；另一种是设备的外漏可导电部分经公共的PE线或PEN线接地。由此形成了低压配电系统接地的几种形式：TN系统（包括TN-S、TN-C、TN-C-S三类）、TT系统和IT系统，共三种五类。

1、TN-S系统

这种系统的N线和PE线是分开的，所有设备的外漏可导电部分均与公共的PE线相连，为三相五线制系统。这种系统应用最广，但小号的材料增多，增加了投资，同时三相不平衡或单相使用时，N线上可出现高电位，要求总开关和末级开关在断开相线的同时断开N线，故采用四极或两极开关，也会增加投资。因此，TN-S系统多用于环境条件较差、对安全可靠性要求较高及设备对电磁干扰要求较严的场合。如下图所示。

图1 TN-S系统

2、TN-C系统

这种系统的N线和PE线合为一根PEN线，所有设备的外漏可导电部分均与PEN线相连。由于N线不得断线，故在进入建筑物前N线或者PE线应加做重复接地。TN-C系统适用于三相负荷基本平衡的情况，同时适用于有容量比较小的单相220v的便携式、移动式的用电设备。如下图所示。

图2 TN-C系统

3、TN-C-S系统

这种系统中，N线和PE线有一部分是共同的，局部采用专设的保护线。即系统的前半部分同TN-C系统，后半部分同TN-S系统，间有着两个系统的特点。常用语配电系统末端环境条件较差或有数据处理等设备的场所。适用于工业企业和一般民用建筑。当负荷端装有漏电开关，干线末端有接零保护时，也可用于新建住宅小区。如下图所示。

图3 TN-C-S系统

4、TT系统

该系统有一个直接接地，电气装置的外漏可导电部分经各自的PE线直接接至电气上与低压系统接地点无关的接地装置。TT系统省去了公共PE线，较TN系统经济，接地装置耗用的钢材多，费工费时费料。适用于抗电磁干扰要求高的场所及接地保护点分散的用电系统。如下图所示。

图4 TT系统

5、IT系统

该系统的带电部分与大地间不直接连接，而电气装置外漏可导电部分则经各自的PE线直接接地，互相之间无电磁干扰。发生一相接地故障时三相用电设备仍能继续工作。没有N线。不适用于接相电压的单相设备。应用于对连续供电要求较高及有易燃易爆的危险场所。适用于三相负荷平衡的配电系统。如下图所示。

图5 IT系统

二、防雷接地的计算

防雷接地的计算要根据防雷设备的类别及系统运行情况等因素而定，常用防雷设备的接地电阻容许值如表1所示。防雷接地的具体计算与一般接地装置的计算方法基本相同，只是要考虑防雷的一些特殊要求。

表1 防雷设备的接地电阻容许值

序号 防雷设备名称 接地电阻

1 在变电所屋外部分单独装设的避雷针 25Ω

2 装设在变电所架空线路进线上的避雷针 25Ω

3 装设在变电所与母线连接的架空进线上的管型避雷器，在电气设备上与旋转电机无联系者 10Ω

4 装设在变电所与母线连接的架空进线上的管型避雷器，在电气设备上与旋转电机有联系者 5Ω

5 装设在20KV及以上架空线路交叉处跨距电杆上

的管型避雷器 15Ω

6 装设在35KV—110KV架空线路中以及在绝缘较弱处木质电杆上的管型避雷器 15Ω

7 装设在20KV以下架空线路电杆上的放电间隙，以及装设在与20KV及以上架空线路交叉的通信线电杆上的放电间隙 25Ω

1、土壤接地系数的计算

根据实测的土壤接地系数，计算出流散电阻的最大值。如无适当的实测资料，可先根据地质勘查报告在表1中采取近似值作为计算依据，在施工后再进行实测，然后根据实测情况核对，如不能符合要求，必须增设接地体或采取其他措施。

2、接地装置形式的选择

（1）当土壤电阻系数小于3×104Ω·m时,可采用以管状接地体为主的接地装置，接地体埋设深度为1m。

（2）当土壤电阻系数大于3×104Ω·m而等于或小于20×104Ω·m时，可采用水平接地体为主的接地装置，接地体的埋设深度为0.5m。

（3）当土壤电阻系数大于20×104Ω·m时，如上层土壤的电阻系数较低，可以采用以水平接地体为主的接地装置，如下层土壤的电阻系数较低，可采用以垂直接地体为主的接地装置。

3、稳态单独接地体的流散电阻的计算

根据土壤电阻系数及所用的接地体&查规程中相应的公式计算出在稳态状况下的单独接地体的流散电阻R1。

4、单独接地体冲击电阻的计算

因为冲击电阻主要随土壤电阻系数而不同，但与冲击电流的波头值也有一定的关系，不同规格的接地体采用不同的敷设方法，其冲击电阻也各不相同。所以在计算冲击电阻值以前，除已经了解土壤电阻系数及决定接地体的规格和敷设方法外，还需了解冲击电流的波头值。有了这些数据，就可以在规程中查得冲击系数α值。根据下式可计算出冲击电阻：

Rds=αR1

三、配电系统防雷设计方案

1、外来导体的布置

外来导体包括：金属水管、通讯电缆线及电力电缆铠装外皮或电缆金属管等。

2、外电源线路浪涌保护器的施工

第一级电源防雷施工：根据国家低压防雷的有关规定，外接金属线路进入建筑物之前应在15m以外的距离埋地穿金属管槽进入建筑物，且要在建筑物的线路进入端加装低压电源浪涌保护器。必须做到在电源的进入端安装低压端的总电源浪涌保护器，将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄放，以确保后接设备的安全。

对于第一级电源防雷，三相进线的每条线路应安装15kA（10／350μs）以上通流容量的电源浪涌保护器，可将数万甚至数十万伏的过电压限制到几千伏以内，浪涌保护器应并联安装在总配电室进线端处，做直击雷和传导雷的保护。此级电源浪涌保护器对后接设备的功率不限，可以通过线路传输的直击雷和高强度感应雷实施泄放保护。

第二级浪涌保护器：作为次级防雷器，可将几千伏的过电压进一步限制到2千伏以内，作为这一级电源浪涌保护器需要具有40kA（8／20μs）的通流容量，将第一级电源浪涌保护器泄放后出现的雷电残压以及电源线路中感应的雷电流给予再次泄放。三相线路和单相线路均可选用通流容量为40kA（8／20μs）的电源浪涌保护器，此级电源浪涌保护器应并联安装于线路上，对后接设备的功率不限。

第三级电源防雷施工：第三级电源防雷是系统防雷工程中最容易被忽视的地方，现代的电子设备都使用很多的集成电路和精密的元件，这些器件的击穿电压往往只是几十伏，最大允许工作电流强度也只是mA级的，若不做第三级防雷，由经过一、二级防雷而进入设备的雷击残压仍将有千伏之上，这将对后接设备造成很大的冲击，并导致设备的损坏。作为第三级的浪涌保护器，三相线路应选用通流容量为20kA（8／20μs）的串联型电源浪涌保护器，此级浪涌保护器并联安装于线路上，对后接设备的功率不限。对于单相的用电设备也可以选用通流容量为20kA的电源浪涌保护器，将其串联在设备前端，它对内部产生的操作电压（如感性或容性负载设备的启动或关机等）和高压静电有较好的防范效果。缺点是串联式电源浪涌保护器对后接设备的功率有所限制，后接设备功率不宜超过4kW。

末级电源防雷施工：针对一些较为贵重的弱电设备，虽已做好三级防雷，但仍会有一些雷击残压进入设备，为防止设备因雷电流的冲击而被损坏，应在设备供电的插座采用通流容量为10kA的电源浪涌保护器。

结束语

配电体系的防雷与接地应从工程设计阶段就当真加以斟酌，依据各地的现实情形，采用切实可行的防雷计划，选用质量靠得住的电气装备和靠得住性高的防雷装备，同时真正依照等电位的原则，做好合适请求的共用接地网，综合斟酌防雷与接地，只有如许我们的线路和装备才干避免遭遇雷击的迫害。

参考文献

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