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1、第七章电力设备过电压防护与接地第1页，本讲稿共61页第7章 过电压防护与接地第2页，本讲稿共61页第一节第一节 过电压防护过电压防护过电压：雷击或电力系统中的操作、事故等原因，会使某些电气设备和线路承受的电压短时间内大大超过正常运行电压，这种危及绝缘的电压升高称为过电压。过电压的产生有内部和外部的原因，过电压的产生有内部和外部的原因，内部过电压内部过电压：由电力系统内部原因引起的过电压，如断路：由电力系统内部原因引起的过电压，如断路器投切引起的操作过电压等。器投切引起的操作过电压等。外部过电压外部过电压：由电力系统外部的雷电引起的过电压，也称：由电力系统外部的雷电引起的过电压，也称为雷电过电压
2、。为雷电过电压。第3页，本讲稿共61页1.内部过电压及其防护1.1工频过电压及其防护 工频过电压：正常送电状态下突然失去负荷和在线路受端有接地故障情况下突然失去负荷时，可能产生幅值较高的过电压。工频过电压对工频过电压对220kV以上系统的影响很大，主要有：以上系统的影响很大，主要有：工频暂态过电压是操作过电压的强制分量，它的幅值愈工频暂态过电压是操作过电压的强制分量，它的幅值愈高，对应的操作过电压也愈高；高，对应的操作过电压也愈高；工频暂态过电压决定了避雷器的灭弧电压或额定电压；工频暂态过电压决定了避雷器的灭弧电压或额定电压；工频暂态过电压会提高断路器开断时的恢复电压，恶化工频暂态过电压会提高
3、断路器开断时的恢复电压，恶化开断条件；开断条件；工频暂态过电压持续时间较长，对电力设备绝缘及运行工频暂态过电压持续时间较长，对电力设备绝缘及运行性能有影响。性能有影响。第4页，本讲稿共61页 220kV及以下系统中，一般不采取特殊措施限制工频过电压。330kV及以上系统一般采用在线路上安装并联电抗器的措施限制工频过电压。1.2谐振过电压谐振过电压谐振过电压产生的原因：谐振过电压产生的原因：消弧线圈补偿网络和传递过电压的线性谐振；线路断消弧线圈补偿网络和传递过电压的线性谐振；线路断线和电磁式电容器饱和引起的铁磁谐振及发电机同步或异线和电磁式电容器饱和引起的铁磁谐振及发电机同步或异步自励磁引起的参
4、数谐振。步自励磁引起的参数谐振。防止谐振过电压的措施：防止谐振过电压的措施：对消弧线圈采用过补偿方式，超高压线路并联电抗器对消弧线圈采用过补偿方式，超高压线路并联电抗器的中性点串小电抗，选用不发生非全相拒动的断路器，电的中性点串小电抗，选用不发生非全相拒动的断路器，电磁式电压互感器中性点接阻尼电阻或防谐装置等。同时可磁式电压互感器中性点接阻尼电阻或防谐装置等。同时可通过安排合理的运行方式和操作程序来减少谐振过电压。通过安排合理的运行方式和操作程序来减少谐振过电压。第5页，本讲稿共61页1.3操作过电压 操作过电压：在发生操作或故障时，电网中的电容、电感等储能元件由于工作状态发生突变，将产生充电
5、再充电或能量转换的过渡过程，电压的强制分量叠加以暂态分量形成的过电压。操作过电压的原因：操作过电压的原因：开断电容器组、空载长线路、空载变压器、并联电开断电容器组、空载长线路、空载变压器、并联电抗器和高压电动机等，在解列过程中也可能产生过电压，抗器和高压电动机等，在解列过程中也可能产生过电压，同时间歇电弧也会产生。同时间歇电弧也会产生。空载线路分闸过电压是控制空载线路分闸过电压是控制220kV及以下系统操作过及以下系统操作过电压绝缘水平的主要依据。电压绝缘水平的主要依据。220kV及以下系统中，由于绝及以下系统中，由于绝缘水平较高，能承受可能出现的操作过电压，一般不采缘水平较高，能承受可能出现
6、的操作过电压，一般不采取限制措施。取限制措施。第6页，本讲稿共61页 线路合闸和重合闸过电压是控制220kV以上系统操作过电压绝缘水平的主要依据。220kV以上系统中，应采用限制操作过电压的措施。限制合闸和重合闸过电压的措施有：采用金属氧化物限制合闸和重合闸过电压的措施有：采用金属氧化物避雷器保护，安装在出线断路器线路侧的避雷器称为线路避雷器保护，安装在出线断路器线路侧的避雷器称为线路避雷器，安装在电站侧的避雷器称为电站避雷器。避雷器，安装在电站侧的避雷器称为电站避雷器。2.雷电过电压及其防护雷电过电压及其防护2.1直击雷过电压防护直击雷过电压防护为防止直接雷击电厂或变电站的电力设备，宜采用采
7、为防止直接雷击电厂或变电站的电力设备，宜采用采用避雷针用避雷针(线、网、带线、网、带)进行保护。利用避雷针进行保护。利用避雷针(线线)可实现可实现直击雷保护。直击雷保护。当雷击发电厂避雷针、避雷线或建筑物、构筑物时，当雷击发电厂避雷针、避雷线或建筑物、构筑物时，将引起接地网冲击电位增高，会造成对电力设备的反击，将引起接地网冲击电位增高，会造成对电力设备的反击，产生反击过电压。产生反击过电压。第7页，本讲稿共61页防止反击的措施有：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点；避雷针接地引下线尽量远离电力设备；为了防止引下线向发电机回路发生反击而可能危及发电机绝缘，宜在靠近避雷针引下线的发电机出
8、口处装设一组避雷器。2.2雷电波过电压防护雷电波过电压防护产生：输电线路受到雷击，雷电波沿导线侵入到发电厂产生：输电线路受到雷击，雷电波沿导线侵入到发电厂变电所的电力设备上，产生高于绝缘水平的侵入雷电波变电所的电力设备上，产生高于绝缘水平的侵入雷电波过电压。过电压。变电所对侵入波的限制，第一道防线是变电所进线保变电所对侵入波的限制，第一道防线是变电所进线保护段，第二道防线是变电所母线上安装的避雷器。护段，第二道防线是变电所母线上安装的避雷器。2.3感应雷过电压防护感应雷过电压防护产生：雷击附近物体或地面，由于空间电磁场发生剧烈变产生：雷击附近物体或地面，由于空间电磁场发生剧烈变化，在线路的导线
9、上或其他金属导体上产生感应过电压。化，在线路的导线上或其他金属导体上产生感应过电压。第8页，本讲稿共61页防护措施：独立避雷针(线)尽量远离35kV及以下电压等级的配电装置，包括组合导线，母线廊道等，以降低感应过电压。对房顶上的设备金属外壳、电缆金属外皮和金属构件均应接地。在重要设备附近装设避雷器或电容器。第9页，本讲稿共61页第二节 发电厂、变电站的地人工接地极：人工接地极：是埋入大地并直接与大地相接触的金属是埋入大地并直接与大地相接触的金属导体。导体。自然接地极：自然接地极：直接与大地相接触的各种金属构件、金直接与大地相接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建属井管、钢筋混凝土建(构构)
10、筑物的基础、金属管道和筑物的基础、金属管道和设备等。设备等。发电厂和变电站中的地，通常是发电厂和变电站中的地，通常是预先埋设在地下，由垂直和水平接地预先埋设在地下，由垂直和水平接地极组成的大型水平地网极组成的大型水平地网(称为接地网称为接地网或复合接地极或复合接地极)，其主要作用是电力，其主要作用是电力设备的泄流和均压。设备的泄流和均压。地就是零电位参考点。实际的地505扁钢扁钢接地网干线接地网干线50505角钢接地极角钢接地极600060002500800图图7 1典型的多接地极接地网典型的多接地极接地网第10页，本讲稿共61页防雷接地装置可采用垂直接防雷接地装置可采用垂直接地极，作为避雷针
11、、避雷线和地极，作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散避雷器附近加强集中接地和散泄雷电流之用，一般敷设泄雷电流之用，一般敷设35根垂直接地极。在土壤电阻率根垂直接地极。在土壤电阻率较高的地区，则敷设较高的地区，则敷设35根放根放射形水平接地极。射形水平接地极。水 平 接 地极垂直接地极图图7 2接地网的结构接地网的结构 为加强对雷电流的散流作用、降低对地电位，发电厂和变电站中还装设集中接地装置。第11页，本讲稿共61页第三节 接地 接地：接地：用接地线将发电厂变电站的电力设备的某些部分与用接地线将发电厂变电站的电力设备的某些部分与接地极或接地网相连接。通俗地说就是将电力系统或建筑接地极
12、或接地网相连接。通俗地说就是将电力系统或建筑物中的电气装置、设施的某些导电部分，经接地线连接至物中的电气装置、设施的某些导电部分，经接地线连接至地地(即接地极即接地极)。接地线：接地线：连接电气装置、设施的接地端子与接地极用的金连接电气装置、设施的接地端子与接地极用的金属导电部分。属导电部分。按用途的不同，接地有下列按用途的不同，接地有下列4种不同类型：种不同类型：(1)工作工作(系统系统)接地接地(2)保护接地保护接地(3)防雷接地防雷接地(4)防静电接地防静电接地第12页，本讲稿共61页1.工作(系统)接地中性点的运行方式主要有三种：中性点的运行方式主要有三种：中性点不接地运行方式、中性点
13、经消弧或限流装置接地中性点不接地运行方式、中性点经消弧或限流装置接地运行方式和中性点直接接地运行方式。运行方式和中性点直接接地运行方式。小接地电流系统大接地电流系统中性点直接接地系统中发生单相接地时，相间电压的中性点直接接地系统中发生单相接地时，相间电压的对称关系被破坏，但未发生接地故障的两完好相的对地电对称关系被破坏，但未发生接地故障的两完好相的对地电压不会升高，仍维持相电压。压不会升高，仍维持相电压。1.1系统中性点的接地方式系统中性点的接地方式1.1.1中性点直接接地中性点直接接地第13页，本讲稿共61页图图7 3发生单相接地的中性点直接接地系统发生单相接地的中性点直接接地系统a单相接地
14、的电流回路 b相量图1.1.2中性点不接地 非故障相对地电压值升高 倍，变为线电压。中性点处的电压由0升高到相电压。设备的相对地绝缘要按线电压来考虑，从而提高了设备的绝缘成本。第14页，本讲稿共61页接地故障系数定义：在三相系统的选定地点(通常为设备的安装地点)以及给定的系统结构，接地故障(系统中任一点发生的单相或多相接地故障)时，健全相的最高相对地工频电压有效值与该选定地点无故障时的相对地工频电压有效值之比。接地故障系数为纯数值比接地故障系数为纯数值比(通常大于通常大于1)，概括地表征了，概括地表征了从选定地点观察到的系统的接地条件，而与选定地点的实从选定地点观察到的系统的接地条件，而与选定
15、地点的实际运行电压无关。际运行电压无关。中性点不接地运行方式最简单，单相接地时允许带故中性点不接地运行方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水的电容电流。但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于平，不宜用于110kV及以上电网。及以上电网。第15页，本讲稿共61页1.1.3中性点经消弧线圈接地b 相量图a电路图图图7 4中性点经消弧线圈接地系统单相短路中性点经消弧线圈接地系统单相短路 中性点经消弧线圈接地后，当系统发生单相接地时，流过接地点的总电
16、流是接地电容电流 与流过消弧线圈的电感电流 的相量和。和 在接地点互相抵偿后，可使接地电流小于最小起弧电流，从而消除接地点的电弧以及由此引起的各种危害。第16页，本讲稿共61页使电感电流使电感电流等于等于接地电容电流，接地处电流为接地电容电流，接地处电流为零。在正常运行时的某些条件下，可能形成串联谐振，产零。在正常运行时的某些条件下，可能形成串联谐振，产生谐振过电压，危及系统的绝缘。生谐振过电压，危及系统的绝缘。1.消弧线圈的三种补偿方式：(1)完全补偿：完全补偿：(2)欠补偿：欠补偿：(3)过补偿过补偿：使电感电流使电感电流小于小于接地的电容电流，系统发生单相接地的电容电流，系统发生单相接地
17、故障时接地点还有容性的未被补偿的电流。在欠补偿接地故障时接地点还有容性的未被补偿的电流。在欠补偿方式下运行时，若部分线路停电检修或系统频率降低等原方式下运行时，若部分线路停电检修或系统频率降低等原因都会使接地电流减少，又可能变为完全补偿。故装在变因都会使接地电流减少，又可能变为完全补偿。故装在变压器中性点的消弧线圈，以及有直配线的发电机中性点的压器中性点的消弧线圈，以及有直配线的发电机中性点的消弧线圈，一般不采用欠补偿方式。消弧线圈，一般不采用欠补偿方式。使电感电流使电感电流大于大于接地的电容电流，系统发生单相接地的电容电流，系统发生单相接地故障时接地点有剩余的感性电流。消弧线圈选择时留接地故
18、障时接地点有剩余的感性电流。消弧线圈选择时留有一定的裕度，即使电网发展使电容电流增加，仍可以继有一定的裕度，即使电网发展使电容电流增加，仍可以继续使用。故过补偿方式在电力系统中得到广泛应用。续使用。故过补偿方式在电力系统中得到广泛应用。第17页，本讲稿共61页2.消弧线圈的容量 式中：式中：W消弧线圈的容量，消弧线圈的容量，kVA；IC接地电容电流，接地电容电流，A；Un系统标称电压，系统标称电压，kV。经消弧线圈接地的发电机，在正常运行情况下，其经消弧线圈接地的发电机，在正常运行情况下，其中性点长时间电压位移不应超过发电机额定电压的中性点长时间电压位移不应超过发电机额定电压的10%。非直配发
19、电机脱谐度不超过非直配发电机脱谐度不超过30%，直配发电机脱谐度不，直配发电机脱谐度不超过超过10%，故障点的残余电流不宜超过，故障点的残余电流不宜超过10A。第18页，本讲稿共61页1.1.4中性点经低、高电阻接地(1)中性点经消弧线圈接地在实际运行中仍存在的缺陷：中性点经消弧线圈接地在实际运行中仍存在的缺陷：1)由于电感电流的滞后性使得电弧间歇接地过电压仍然由于电感电流的滞后性使得电弧间歇接地过电压仍然会短时存在。会短时存在。2)电网的参数随时变化，调整消弧线圈的补偿容量响应电网的参数随时变化，调整消弧线圈的补偿容量响应速度较慢，仍然会造成过电压的出现。速度较慢，仍然会造成过电压的出现。3
20、)对全电缆出线的配电变电所，接地故障通常都为永久对全电缆出线的配电变电所，接地故障通常都为永久性故障，中性点安装消弧线圈已失去意义。性故障，中性点安装消弧线圈已失去意义。因此，现在有些变电站不再采用中性点经消弧线圈接因此，现在有些变电站不再采用中性点经消弧线圈接地方式。当接地电容电流小于规定值时，采用高阻接地方地方式。当接地电容电流小于规定值时，采用高阻接地方式，当接地电流大于规定值时，采用低电阻接地方式。式，当接地电流大于规定值时，采用低电阻接地方式。第19页，本讲稿共61页b高电阻接地图图7 6低、高电阻接地低、高电阻接地接地变低低电电阻阻a低电阻接地(3)中性点经高电阻接地中性点经高电阻
21、接地接入发电机中性点高电阻的接入发电机中性点高电阻的大小，将影响发电机单相接地时大小，将影响发电机单相接地时健全相暂时过电压值。按运行机健全相暂时过电压值。按运行机组的耐压值为组的耐压值为1.5倍发电机额定倍发电机额定电压考虑，则健全相暂时过电压电压考虑，则健全相暂时过电压不宜超过不宜超过2.6倍相电压。此时电倍相电压。此时电阻值应为阻值应为式中：式中：R发电机中性点接入电阻值，发电机中性点接入电阻值，；f发电机工作频率，发电机工作频率，Hz；C发电机电压系统三相对地总电容量，发电机电压系统三相对地总电容量，F。(2)中性点经低电阻接地 当发生单相接地故障时，短路点流过固定的电阻性电流，有利于
22、馈线的零序保护动作。第20页，本讲稿共61页 为防止发电机发生单相接地时，中性点变压器(简称接地变)产生较大的励磁涌流，接地变压器额定电压的选择不宜低于发电机额定电压。接地变压器的容量：式中：式中：S接地变压器容量，接地变压器容量，kVA；U1接地变压器额定电压，接地变压器额定电压，kV；IC发电机单相接地时电容电流，发电机单相接地时电容电流，A；k1过负荷系数，查图过负荷系数，查图7 7变压器运行时间过负变压器运行时间过负荷系数曲线。荷系数曲线。接地变低压侧接入电阻值：式中：式中：R2接地变压器低压侧接入电阻值，接地变压器低压侧接入电阻值，；U2接地变压器低压侧电压，接地变压器低压侧电压，k
23、V；k接地变压器变比，接地变压器变比，k=U2/U1；P接地变压器总损耗，接地变压器总损耗，W。第21页，本讲稿共61页1.1.5中性点经小电抗接地 图图7 8小电抗接地小电抗接地 该接地方式的运行特点与中性点直接接地相同，发生单相接地时须立即跳开断路器。如图如图7 8所示，小电抗值取所示，小电抗值取1/3变压器变压器零序电抗值，两台变压器经电抗器接地，零序电抗值，两台变压器经电抗器接地，与一台变压器接地、一台变压器不接地与一台变压器接地、一台变压器不接地的零序电抗值相同。当退出一台变压器的零序电抗值相同。当退出一台变压器运行时，可将另一台运行变压器中性点运行时，可将另一台运行变压器中性点小电
24、抗用隔离开关短接。对多台变压器小电抗用隔离开关短接。对多台变压器也仿照此方法处理。也仿照此方法处理。采用变压器中性点经采用变压器中性点经1/3变压器零序电抗接地，在单变压器零序电抗接地，在单相接地时，变压器中性点零序电压为：相接地时，变压器中性点零序电压为：式中：式中：U0变压器中性点零序电压，变压器中性点零序电压，kV；Uxg系统最大工作相电压，系统最大工作相电压，kV；K零序电抗零序电抗(X0)与正序电抗与正序电抗(X1)比值，比值，X0/X13。要求：小电抗伏安特性为线性。要求：小电抗伏安特性为线性。第22页，本讲稿共61页中性点采用小电抗接地要求：该系统中所有变压器的中性点都经一个小电
25、抗接地，即使系统被分裂成几个部分，也不会出现中性点不接地的变压器，对主变中性点绝缘水平要求大大降低。第23页，本讲稿共61页1.2 中性点接地方式选择 小接地电流系统主要优点是供电可靠性高，无通信干扰问题，主要缺点是绝缘水平要求高；大接地电流系统则相反。当单相接地故障电容电流小于 时，采用不接地方式。此时，可继续运行12小时，不用立即跳闸，但发生间歇性电弧接地时，过电压一般为3倍额定电压，可能使绝缘损坏。当电流大于当电流大于7A时，接地处的电弧不能自动熄灭，将时，接地处的电弧不能自动熄灭，将产生较高的电弧过电压产生较高的电弧过电压(3.55倍倍)的过电压，并易发展成的过电压，并易发展成为多相短
26、路，单相接地保护应瞬时动作于跳闸。为多相短路，单相接地保护应瞬时动作于跳闸。第24页，本讲稿共61页1.2.1主变压器中性点接地方式 3kV10kV系统多采用中性点不接地方式。当线路长或有系统多采用中性点不接地方式。当线路长或有电缆线路而且单相接地电流越限时，可以采用经消弧线圈接地电缆线路而且单相接地电流越限时，可以采用经消弧线圈接地方式。当单相接地电容电流较大，采用消弧线圈很难有效地熄方式。当单相接地电容电流较大，采用消弧线圈很难有效地熄灭接地出的电弧时，可采用低电阻接地方式。灭接地出的电弧时，可采用低电阻接地方式。35kV66kV系统和系统和3kV10kV系统相似，由于系统相似，由于35k
27、V66kV系统电网线路总长度一般都超过系统电网线路总长度一般都超过100km，单相接地电流都，单相接地电流都越限，因此多采用经消弧线圈接地方式。越限，因此多采用经消弧线圈接地方式。我国多数我国多数110kV系统采用中性点直接接地方式，但雷电活系统采用中性点直接接地方式，但雷电活动较强的地区由于考虑供电可靠性也可采用经消弧线圈接地方动较强的地区由于考虑供电可靠性也可采用经消弧线圈接地方式。式。220kV及以上系统采用中性点直接接地系统及以上系统采用中性点直接接地系统500kV及以上系统，可在中性点与地之间接一个小电抗。及以上系统，可在中性点与地之间接一个小电抗。实际电力系统中，不同中性点接地方式
28、应用范围大致如下：第25页，本讲稿共61页1.2.2发电机中性点接地方式1)125MW及以下的发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时，且单相接地故障电流小于允许值时，中性点采用不接地方式。2)接地故障电流大于允许值的接地故障电流大于允许值的125MW及以下的发电机，及以下的发电机，或者或者200MW及以上的大机组要求能带单相接地故障运行时，及以上的大机组要求能带单相接地故障运行时，中性点采用经消弧线圈接地方式。中性点采用经消弧线圈接地方式。3)200MW及以上发电机中性点宜采用经高阻接地方式。及以上发电机中性点宜采用经高阻接地方式。第26页，本讲稿共61页1.2.3 高压厂用变中性点接地方
29、式高压高压(3、6、10kV)厂用电系统中性点接地方式的选择，厂用电系统中性点接地方式的选择，与接地电容电流的大小有关：与接地电容电流的大小有关：当接地电容电流小于当接地电容电流小于7A时，宜采用高电阻接地方式，时，宜采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；也可采用不接地方式；当接地电容电流大于当接地电容电流大于7A时，可采用经消弧线圈或采时，可采用经消弧线圈或采用低电阻接地方式。用低电阻接地方式。图图7 10专用接地专用接地在没有中性点可供接地用的高在没有中性点可供接地用的高压厂用电系统中，通常采用专用接地压厂用电系统中，通常采用专用接地变压器。变压器。第27页，本讲稿共61页1.2.4 低
30、压厂用变中性点接地方式 低压厂用电系统中性点接地方式主要有中性点经高电阻接地和中性点直接接地两种接地方式。主厂房内的低压厂用电系统宜采用三相三线制，中性点经高电阻接地。当为三相四线制时，中性点采用直接接地方式。2.保护接地保护接地(1)保护接地：将正常情况下不带电、而在绝缘材料损保护接地：将正常情况下不带电、而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分(即与带电部分即与带电部分相绝缘的金属结构部分相绝缘的金属结构部分)用导线与地可靠连接起来。用导线与地可靠连接起来。(2)保护接地的目的：将电气设备不带电的金属部分与保护接地的目的：将电气设备不带电的
31、金属部分与接地体之间作良好的金属连接，降低接点的对地电压，避免接地体之间作良好的金属连接，降低接点的对地电压，避免人体触电危险。人体触电危险。第28页，本讲稿共61页(3)保护接地的形式：保护接地的形式：接地保护：接地保护：接零保护：接零保护：将金属外壳用保护接地线将金属外壳用保护接地线(PEE)与接地极直接连接。与接地极直接连接。在交流电路中，中性线就是零线，也就是与发电机、在交流电路中，中性线就是零线，也就是与发电机、变压器直接接地的中性点连接的导线。变压器直接接地的中性点连接的导线。当将金属外壳用保护线当将金属外壳用保护线(protectiveearthing，PE)与保护中性线与保护中
32、性线(PEN)相连接。相连接。第29页，本讲稿共61页2.1保护接地的类型 根据保护接地的实现方式又可以分为根据保护接地的实现方式又可以分为IT系统、系统、TN系统系统以及以及TT系统。系统。2.1.1IT系统系统IT系统：系统：在中性点不直接接地三相三线制供电系统中，在中性点不直接接地三相三线制供电系统中，将将电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分电气设备正常情况下不带电的外露可导电部分(金属外壳和金属外壳和构架等构架等)与接地体之间作很好的金属连接，用以保证当电气与接地体之间作很好的金属连接，用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。设备因绝缘损坏而漏电时产生的对
33、地电压不超过安全范围。a无保护接地时的情况图图7 11中性点不接地系统触电情况分析中性点不接地系统触电情况分析b有保护接地时的情况第30页，本讲稿共61页2.1.2 TN系统(1)TN系统：系统：是接零系统，在中性点是接零系统，在中性点直接接地的三相四线制的配电系统，直接接地的三相四线制的配电系统，将电气设备的金属外壳经公共的保护将电气设备的金属外壳经公共的保护线线(PE)或保护中性线或保护中性线(PEN)与系统中性与系统中性点相连。点相连。(2)接零保护的原理：接零保护的原理：当电气设备发生一相碰壳时，短路电流经外壳和零线当电气设备发生一相碰壳时，短路电流经外壳和零线构成回路，回路中相线、零
34、线和设备外壳阻抗很小，短路构成回路，回路中相线、零线和设备外壳阻抗很小，短路电流很大，令线路上的熔断器迅速熔断，切除故障，从而电流很大，令线路上的熔断器迅速熔断，切除故障，从而将漏电设备与电源断开，消除触电危险，并使配电系统迅将漏电设备与电源断开，消除触电危险，并使配电系统迅速恢复正常工作，从而起到保护作用。速恢复正常工作，从而起到保护作用。图图7 12aTN系统示意图系统示意图第31页，本讲稿共61页TN-C系统：系统：保护接零，整个系统中的中保护接零，整个系统中的中性线性线N与保护线与保护线PE是合一的。通常适用于是合一的。通常适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的三相负荷比较平衡且单
35、相负荷容量较小的场所。场所。PENbTNS系统系统PENaTNC系统系统(3)TN系统分类：TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。TN-S系统：系统：在在TN-C系统系统基础上，另系统系统基础上，另增加一条专用保护线增加一条专用保护线(PE)，该条保护线是，该条保护线是变压器或配电盘的保护中性线变压器或配电盘的保护中性线(PEN)上引上引出，与原来的三相四线制或单相二线制一出，与原来的三相四线制或单相二线制一同进行配线连接，就形成了同进行配线连接，就形成了TN-S系统。系统。整个系统中的中性线整个系统中的中性线N与保护线与保护线PE是分开是分开的，保护线上没有电流流过，设备外壳不的，保
36、护线上没有电流流过，设备外壳不带电。带电。第32页，本讲稿共61页PENPENcTNCS系统系统TN-C-S系统：整个系统中的中性线N与保护线PE部分是合一的，局部采用专设的保护线。在在TN系统中，还必须在以下地点重复接地：系统中，还必须在以下地点重复接地：(1)架空线路末端及沿线每隔架空线路末端及沿线每隔1km处；处；(2)电缆和架空线引入车间和大型建筑物处。电缆和架空线引入车间和大型建筑物处。2.1.3TT系统系统APENCB图图7 12bTT系统示意图系统示意图(1)TT系统系统TT系统适用于中性点直接接地系统适用于中性点直接接地的三相四线制系统，电气设备的金的三相四线制系统，电气设备的
37、金属外壳均各自单独接地，接地点与属外壳均各自单独接地，接地点与系统接地点无关。系统接地点无关。TT系统中应该装系统中应该装设漏电保护装置。设漏电保护装置。第33页，本讲稿共61页TT系统和系统和TN-C系统是两个具有各自独立特性的系统，系统是两个具有各自独立特性的系统，它们之间不仅不能相互替代，而且在保护措施上的要求它们之间不仅不能相互替代，而且在保护措施上的要求又是截然的不同。又是截然的不同。(2)TT系统和TN-C系统的区别：APENCB图图7 12bTT系统示意图系统示意图PENaTNC系统系统注意：同一配电系统只能采用同一种保护方式，两注意：同一配电系统只能采用同一种保护方式，两种保护
38、方式不得混用。种保护方式不得混用。第34页，本讲稿共61页2.2 应保护接地的电气设备 为防止其危及人身和设备的安全，发电厂变电站电为防止其危及人身和设备的安全，发电厂变电站电气设备中下列部位应保护接地。气设备中下列部位应保护接地。1)电机、变压器和高压电器等的底座和外壳；电机、变压器和高压电器等的底座和外壳；2)电气设备传动装置；电气设备传动装置；3)互感器的二次绕组；互感器的二次绕组；4)发电机中性点柜外壳、发电机出线柜和封闭母线的外发电机中性点柜外壳、发电机出线柜和封闭母线的外壳等；壳等；5)气体绝缘全封闭组合电器气体绝缘全封闭组合电器(GIS)的接地端子；的接地端子；6)配电、控制、保
39、护用的屏配电、控制、保护用的屏(柜、箱柜、箱)及操作台等的金属及操作台等的金属框架；框架；7)铠装控制电缆的外皮；铠装控制电缆的外皮；8)屋内外配电装置的金属架构和钢筋混凝土架构以及靠屋内外配电装置的金属架构和钢筋混凝土架构以及靠近带电部分的金属围栏和金属门；近带电部分的金属围栏和金属门；第35页，本讲稿共61页9)电力电缆接线盒、终端盒的外壳，电缆的外皮，穿线的电力电缆接线盒、终端盒的外壳，电缆的外皮，穿线的钢管和电缆桥架等；钢管和电缆桥架等；10)装有避雷线的架空线路杆塔；装有避雷线的架空线路杆塔；11)除沥青地面的居民区外，其他居民区内，不接地、消除沥青地面的居民区外，其他居民区内，不接
40、地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中无避雷线架空线路的金属弧线圈接地和高电阻接地系统中无避雷线架空线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；杆塔和钢筋混凝土杆塔；12)装在配电线路杆塔上的开关设备、电容器等电气设备；装在配电线路杆塔上的开关设备、电容器等电气设备；13)箱式变电站的金属箱体。箱式变电站的金属箱体。第36页，本讲稿共61页3.防雷接地 独立避雷针独立避雷针(线线)一般设置独立的接地装置，独立避雷一般设置独立的接地装置，独立避雷针针(线线)的接地装置与接地网在地中的距离不应小于的接地装置与接地网在地中的距离不应小于3m。自避雷针自避雷针(线线)与接地网的连接点至变压器或与接地网的连接点至变压器
41、或35kV及以及以下设备与接地网的地下连接点止，沿接地极的长度不得小于下设备与接地网的地下连接点止，沿接地极的长度不得小于15m。与道路或建筑物的出、入口等的距离应大于。与道路或建筑物的出、入口等的距离应大于3m，否，否则应采取均压措施，如铺设砾石、卵石和沥青混凝土路面。则应采取均压措施，如铺设砾石、卵石和沥青混凝土路面。构架上的避雷针构架上的避雷针(线线)应与接地网连接，并应在其附近应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。由连接点至变压器接地点沿接地极的长装设集中接地装置。由连接点至变压器接地点沿接地极的长度不应小于度不应小于15m。线路的避雷线应与发电厂变电站的接地装置相连，且线路的
42、避雷线应与发电厂变电站的接地装置相连，且有便于分开的连接点。当不允许避雷线直接和发电厂变电站有便于分开的连接点。当不允许避雷线直接和发电厂变电站配电装置架构相连时，发电厂变电站接地网应在地下与避雷配电装置架构相连时，发电厂变电站接地网应在地下与避雷线的接地装置相连接，连接线埋在地中的长度不应小于线的接地装置相连接，连接线埋在地中的长度不应小于15m。第37页，本讲稿共61页 避雷器应以最短的接地线与主接地网连接，且避雷器附近应装设集中接地装置。4.防静电接地防静电接地发电厂易燃油、可燃油、天然气和氢气等贮罐，装发电厂易燃油、可燃油、天然气和氢气等贮罐，装卸油台、铁路轨道、管道、鹤管、套筒及油槽
43、车等应做卸油台、铁路轨道、管道、鹤管、套筒及油槽车等应做好防静电接地。好防静电接地。第38页，本讲稿共61页第四节接地装置设计 接地线和接地极合起来称为接地装置。1.对接地装置的要求对接地装置的要求u发电厂变电站的接地装置应充分利用自然接地极接地。发电厂变电站的接地装置应充分利用自然接地极接地。u在利用了自然接地极后，接地电阻尚不能满足要求时，应在利用了自然接地极后，接地电阻尚不能满足要求时，应设置人工接地极。设置人工接地极。对于大接地短路电流系统的发电厂和变电站则不论自然对于大接地短路电流系统的发电厂和变电站则不论自然接地极的情况如何，仍应装设人工接地极接地极的情况如何，仍应装设人工接地极接
44、地装置的导体，应符合热稳定与均压的要求，还应考接地装置的导体，应符合热稳定与均压的要求，还应考虑腐蚀的影响。虑腐蚀的影响。对发电厂和变电站，不论采用何种形式的人工接地极，对发电厂和变电站，不论采用何种形式的人工接地极，都应敷设以水平接地极为主的人工接地网，接地网的埋设深都应敷设以水平接地极为主的人工接地网，接地网的埋设深度不宜小于度不宜小于0.6m。人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做。人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。第39页，本讲稿共61页 设计接地网时，应验算接触电位差和跨步电位差。当人工接地网
45、局部地带的接触电位差、跨步电位差超过规定值，可采取局部增设水平均压带或垂直接地极铺设砾石地面或沥青地面的措施。u发电厂变电站内，不同用途和不同电压的电气设备、发电厂变电站内，不同用途和不同电压的电气设备、设施，应使用一个总的接地装置，接地电阻应符合其中最设施，应使用一个总的接地装置，接地电阻应符合其中最小值的要求。小值的要求。u为了便于分别测量接地电阻，可在合适地点设接地井。为了便于分别测量接地电阻，可在合适地点设接地井。u按按70的允许载流量曲线选定接地线的截面的允许载流量曲线选定接地线的截面对于敷设在地上的接地线，应采用流过接地线的计算对于敷设在地上的接地线，应采用流过接地线的计算用单相接
46、地故障电流的用单相接地故障电流的60%；对于敷设在地下的接地线，应采用流过接地线的计算对于敷设在地下的接地线，应采用流过接地线的计算用单相接地故障电流的用单相接地故障电流的75%。第40页，本讲稿共61页u有效接地系统及低电阻接地系统中，发电厂变电站电气装置中电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定校验。钢接地线的短时温度不应超过钢接地线的短时温度不应超过400，铜接地线不应，铜接地线不应超过超过450，铝接地线不应超过，铝接地线不应超过300。校验不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中电校验不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中电气设备接地线的热稳定时，敷设在地上的接地线长时间气设备
47、接地线的热稳定时，敷设在地上的接地线长时间温度不应大于温度不应大于150，敷设在地下的接地线长时间温度不，敷设在地下的接地线长时间温度不应大于应大于100。第41页，本讲稿共61页2.接地指标2.1接地电阻接地电阻(1)接地电阻接地电阻接地电阻：接地电阻：人工接地极或自然接地极的对地电阻和接地线人工接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和。其数值等于接地装置对地电压与通过接地极电阻的总和。其数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值。流入地中电流的比值。R=Ugr/Igr工频接地电阻：工频接地电阻：按通过接地极流入地中工频电流求得的电按通过接地极流入地中工频电流求得的电阻。阻
48、。冲击接地电阻：冲击接地电阻：按通过接地极流入地中冲击电流求得的接按通过接地极流入地中冲击电流求得的接地电阻。地电阻。第42页，本讲稿共61页接地电阻应符合下式：接地电阻应符合下式：(7 6)式中：式中：R考虑到季节变化的最大接地电阻，考虑到季节变化的最大接地电阻，；I计算用的流经接地装置的入地短路电流，计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。计算用流经接地装置的入地短路电流，采用在接地装计算用流经接地装置的入地短路电流，采用在接地装置内、外短路时，经接地装置流入地中的最大短路电流对置内、外短路时，经接地装置流入地中的最大短路电流对称分量最大值，该电流应按称分量最大值，该电流应按510年发展后
49、的系统最大运年发展后的系统最大运行方式确定，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流行方式确定，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配，以及避雷线中分走的接地短路电流。工频接地电阻分配，以及避雷线中分走的接地短路电流。工频接地电阻允许值如表允许值如表7 1所示。所示。(2)工频接地电阻第43页，本讲稿共61页(3)冲击接地电阻 冲击接地电阻值可能低于工频接地电阻值，又可能冲击接地电阻值可能低于工频接地电阻值，又可能大于工频接地电阻值。大于工频接地电阻值。冲击接地电阻冲击接地电阻(7 7)式中式中R单独接地极的工频接地电阻单独接地极的工频接地电阻()；单独接地极的冲击系数。单独接地极的冲击系数
50、。2.2接触电位差和跨步电位差接触电位差和跨步电位差在发生接地故障在发生接地故障(如电力如电力设备主绝缘损坏致使金属外壳设备主绝缘损坏致使金属外壳等与带电部分相连通等与带电部分相连通)时，位时，位于分布电位场内的人体所受到于分布电位场内的人体所受到的电压有接触电位差和跨步电的电压有接触电位差和跨步电位差。位差。图图7 14接触电位差和跨步电位差接触电位差和跨步电位差第44页，本讲稿共61页(1)概念概念接触电位差：接地短路接触电位差：接地短路(故障故障)电流流过接地装置时，大地表电流流过接地装置时，大地表面形成分布电位，在地面上离设备的水平距离为面形成分布电位，在地面上离设备的水平距离为0.8