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1、电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地第四章 设备工作接地与保护接地n 概述n 工作接地n 保护接地n 保护接零n 低压配电系统接地形式电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地第一节 概述n 接地的基本概念n 接地的分类电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地一、接地的基本概念1.接地 将电气装置的某些金属部分用导体（接地线：包括接地干线、接地支线和接地引下线）与埋设在土壤中的金属导体（接地体或接地极）相连接，并与大地做可靠的电气连接。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2.接地体（接地极）埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体埋入地中并直接与大地接触的金属导体，
2、称为接地体或接地极。其又可分为自然接地体和人工接地体。或接地极。其又可分为自然接地体和人工接地体。自然接地体自然接地体：专门为接地而人为装设的接地体。：专门为接地而人为装设的接地体。人人工工接接地地体体：兼兼作作接接地地体体用用的的直直接接与与大大地地接接触触的的各各种种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等。金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等。3.接地线连接于接地体与电气设备接地部分之间的金属导线。连接于接地体与电气设备接地部分之间的金属导线。接地线又分为接地干线、接地支线和接地引下线。4.接地装置接地线与接地体接地线与接地体合称合称为接地装置。为接地装置。电力工程基础 第四
3、章 设备工作接地和保护接地5.接地网由由若若干干接接地地体体在在大大地地中中相相互互用用接接地地线线连连接接起起来来的的一一个个整体，称为整体，称为接地网接地网。6.中性点和零点发发电电机机、变变压压器器、电电动动机机等等电电器器的的绕绕组组中中以以及及串串联联电电源源回回路路中中有有一一点点，它它与与外外部部各各接接线线端端间间的的电电压压绝绝对对值值相等，这一点就称为相等，这一点就称为中性点中性点。当中性点当中性点接地接地时，该点则称为时，该点则称为零点零点。7.中性线与零线由由中性点中性点引出的导线叫做引出的导线叫做中性线中性线。由由零点零点引出的导线叫做引出的导线叫做零线零线（又分为工
4、作零线和保护零线）（又分为工作零线和保护零线）。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地8.流散电阻和接地电阻接地电流接地电流流入地下以后，就通过接地体向大地作流入地下以后，就通过接地体向大地作半球半球形散开形散开，这一接地电流就叫做，这一接地电流就叫做流散电流流散电流。流散电流在。流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻流散电阻。接接地地电电阻阻是是接接地地装装置置的的电电阻阻与与接接地地体体的的流流散散电电阻阻的的总总和和。数数值值等等于于接接地地装装置置对对地地电电压压与与接接地地电电流流之之比比。接接地地装装置置的的电电阻阻一一般般很很小小，可可以以忽忽略
5、略不不计计。因因此此，可可以以近近似似认认为为流流散散电电阻阻就就是是接地电阻。接地电阻。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地9.地和对地电压在在距距单单根根接接地地极极或或碰碰地地处处20m20m以以外外的的地地方方，呈呈半半球球形形的的球球面面已已经经很很大大，电电阻阻很很小小，不不再再有有什什么么电电压压降降，该该处处的的电电位位已已接接近近于于零零。这这电电位位等等于于零零的的“电电气气地地”称为称为“地电位地电位”。电电气气设设备备的的接接地地部部分分（如如接接地地的的外外壳壳和和接接地地体体等等），与与零零电电位位的的“大大地地”之之间间的的电电位位差差，就称为就称为接地部
6、分的对地电压接地部分的对地电压。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地10.接触电势和接触电压当当接接地地短短路路电电流流经经接接地地网网入入地地时时，大大地地表表面面形形成成电电位位分分布布，接接地地部部分分和和地地面面上上某某一一点点之之间间的的电电位位差差称称为为接接触触电电势势。人人体体接接触触该该两两点点时时所所受受到到的的电电压压称称为为接接触触电电压压。11.跨步电势和跨步电压地地面面上上水水平平距距离离为为跨跨步步的的两两点点之之间间的的电电位位差差称称为为跨跨步步电电势势。人人体体两两脚脚接接触触该该两两点点时时所所受受到到的的电电压压称称为为跨跨步步电压电压。电力工程
7、基础 第四章 设备工作接地和保护接地电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地二、接地的分类 电气装置的接地按用途可分为工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地和防静电接地。n 工作接地（又称为“电力系统中性点接地”）为了保证电气设备在正常或发生故障情况下都能可靠地工作而进行的接地。n 保护接地 为保证工作人员接触时的人身安全，将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地n 保护接零在中性点直接接地的低压电网中，把电气设备的外壳与零线（即接地中性线）直接连接，以实现对人身安全的保护作用。它与保护接地相比，能在更多的情况下保证人身安全，
8、防止触电事故。n 防雷接地（又称为“过电压保护接地”）为防止雷击和过电压对电气设备及人身造成危害，通过雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。n 防静电接地为防止静电对易燃油、天然气贮罐和管道等的危险作用而设的接地。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地第二节 工作接地n 工作接地的分类n 中性点不接地的电力系统n 中性点经消弧线圈接地的电力系统n 中性点直接接地的电力系统n 中性点经电阻接地的电力系统电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地一、工作接地的分类 工作接地也称为电力系统中性点接地。电力系统的中性点是指星形连接的三相变压器绕组或发电机绕组的公共点。电力系统中性点运行方式如
9、下：电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地u 电力系统中性点运行方式的确定 电力系统中性点接地方式与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、继电保护和自动装置的配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信系统的干扰等。中性点接地方式的比较和选择 P114-115 电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地二、中性点不接地的电力系统 假设条件：电力系统正常运行时，三相系统是对称的，且各相对地电容相等（若三相导线经过完全换位），用集中电容C表示。适用范围：3kV60kV的电力系统 电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地1.正常运行
10、情况 相对地电压：各相对地电容电流：大小相等，相位互差120，所以它们的相量和为零，大地中没有电容电流过。各相电流：各相负荷电流与相应的对地电容电流的相量和。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地负荷ABCC C C a.电路图O（d）UA（UAd）UB（UBd）UC（UCd）ICBICCICAb.矢量图ICAICBIfhAICCIfhBIfhCIAIBICOd电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地中性点不接地系统 正常运行情况下结论三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2
11、.单相接地故障（以A相接地故障为例）相对地电压：各相对地电容电流：A相（故障相）的对地电容被短接，故A相的对地电容电流为零(),B、C相的对地电容电流的有效值为,所以它们的相量和不为零，大地中有电容电流过。各相电流：电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地ICA=0IAICBIBICCICIkIfhAIfhBIfhC负荷ABCC C CUAdUBdUCddUBUAUCO60 UCdUBdICBICC-ICA接地故障电流有效值为，是正常时相对地电容电流的3倍-UA-UA Od电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地单相接地故障电流的经验计算公式为式中：Ik单相接地故障电流，A；ICO 接
12、地电容电流，A；UN系统的线电压，kV；L1架空线路的总长度，km；L2电缆线路的总长度，km。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地中性点不接地系统 单相接地故障情况下结论l 故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。l 三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。l 接地点通过的电流为容性，其大小为正常运行时单相对地电容电流的3倍。接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。电力工程基础 第四章 设备工作
13、接地和保护接地 如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）Uph，将危害整个电网的绝缘安全。如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地三、中性点经消弧线圈接地的电力系统 适用范围：按我国有关规程规定，在36kV的电力网中，单相接地故障电流（电容电流）超过以下数值时，电力系统应装设消弧线圈（用以克服中性点不接地系统的缺点）：n 36kV电力网，30An 1
14、0kV电力网，20An 3560kV电力网，10A 电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地1.消弧线圈安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有分段（即带气隙）铁芯的电抗器。气隙作用：避免磁饱和，使补偿电流和电压成线性关系，减少高次谐波，使电抗值较稳定，以保证已整定好的调谐值恒定。同时，带气隙可减小电感、增大消弧线圈的容量。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2.消弧线圈的作用（1）正常工作情况 正常运行时，中性点的对地电压为零，消弧线圈中没有电流通过。（2）单相接地故障况（以C相发生接地故障为例）当系统发生单相接地故障时，中性点的对地电压等于接地相电压，消弧线圈在中性点电压即作
15、用下，有一个电感电流通过，此电感电流必定通过接地点形成回路，接地点的电流为接地电流与电感电流的相量和。适当选择消弧线圈的匝数，可使接地点的电流变得很小或等于零，从而消除了接地处的电弧以及由电弧所产生的危害，消弧线圈也正是由此得名。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地负荷ABCC C CILICIBIAICCICBICAIkLIfhAIfhBIfhC0UAUBUC-UCUAdUBdILICICAICBd电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地C相发生接地时，中性点电压变为-UC，在消弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90）各相电流接地故障电流电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地
16、3.消弧线圈的补偿方式（1）全补偿方式 IL=IC 接地故障点电流为零 这种补偿方式并不好，因为当感抗等于容抗时，电力网将发生谐振，产生危险的高电压或过电流，影响系统安全运行。（2）欠补偿方式 ILIC 接地故障点为感性电流 即使切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电力网发生谐振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，今后电力网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消弧线圈还可继续使用。因此，实际上大多采用过补偿方式。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地4.消弧线圈容量的选择式中，Sar消弧线圈的容量，kVA ICO接地电容电流，A UN电力网的额定电压，kV电力工程基础 第四章 设
17、备工作接地和保护接地四、中性点直接接地的电力系统 适用范围n 我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统n 380/220V低压系统 电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地1.正常运行情况 中性点的电压为零，中性点没有电流流过。2.单相接地故障 由于接地相直接通过大地与电源构成单相回路，形成单相短路故障，则短路电流很大，继电保护装置立即动作，断路器断开，迅速切除故障部分。负荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地3.优缺点l 优点 单相接地短路时，故障相对地电压为零，非故障相的对地电压仍为相电压。设备和线路对地绝缘按相电压设计，降低了
18、造价。电压等级愈高，节约投资的经济效益愈显著。l 缺点p 中性点直接接地系统供电可靠性较低。中性点直接接地系统的线路上，通常都装设有自动重合闸装置。p 单相接地时的短路电流很大，必须选用较大容量的开关设备。p 单相接地时，对附近通信线路将产生电磁干扰。为减少电磁干扰，电力线路应尽量避免和通信线路平行架设。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地五、中性点经电阻接地的电力系统 适用范围 配网系统（与中性点经消弧线圈接地、不接地相比）在我国城市配网系统中：n 全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；n 全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性
19、点经消弧线圈接地；n 对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地1.中性点经大电阻接地的电力系统 适用于接地故障电流小于10A的系统 特点（与中性点不接地方式比较）p保持了中性点不接地系统发生单相接地故障时仍能维持短时供电的优点p解决了中性点不接地系统存在的电弧接地过电压问题电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2.中性点经小电阻接地的电力系统 适用于接地故障电流控制在1001000A的系统 特点（与中性点不接地方式和大电阻接地方式比较）p保证继护的快速选择性要求，迅速切除故障线
20、路p可消除电弧接地过电压p避免中性点不接地系统中经常出现的由电磁式电压互感器引起的铁磁谐振现象电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地第三节 保护接地 n 定义n 适用范围n 基本原理电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地n 定义将电气装置正常情况下不带电的金属部分与接地装置连接起来，以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害。n 适用范围中性点不接地系统电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地n基本原理1.如果电气设备的外壳不接地 当电气设备绝缘损坏，发生一相碰壳时，设备外壳电位将上升为较高的电压（为相电压），人接触设备时，故障电流IE将全部通过人体流入地中，这显然是很
21、危险的。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2.如果电气设备的外壳接地 当有保护接地，而人体触及电气设备外壳时，电流将同时沿着接地装置和人体流过。通过人体的电流：电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地第四节 保护接零n 定义n 适用范围n 基本原理n 注意事项 电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地n 定义将电气装置正常情况下不带电的金属部分与系统零线连接起来，以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害。n 适用范围中性点接地系统电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地n 基本原理1.没有保护接零措施时 在电气设备的某一相绝缘损坏以后，运行人员接触设备的金属的结
22、构或外壳时形成电流流过人体回路，导致触电。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2.有保护接零措施时 某一相绝缘损坏时，单相接地短路电流IK则通过该相和零线构成回路，使线路上的保护装置迅速动作，从而将漏电设备与电源断开，消除了触电危险，并使低压系统迅速恢复正常工作，从而起到保护作用。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地n 注意事项1.严禁在保护零线上安装熔断器或单独的断流开关；2.在由同一台配电变压器或同一段母线供电的低压配电系统中，保护接零和保护接地不能混用；3.重复接地零线的一处或多处通过接地体与地作良好的金属连接。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地1.严禁在保护零
23、线上安装熔断器或单独的断流开关电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2.保护接零和保护接地不能混用 接地短路电流产生的压降，将使电网中性线的对地电压升高到电源相电压的一半或更高，从而所有接零电气设备的外壳均带有该升高的电压。此时，人体接触运行中的接零电气设备的外壳，便会发生触电事故。R0 Rd电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地3.重复接地 无重复接地时，当零线发生断线的同时，电动机一相绝缘损坏碰壳，这时，在断线处前面的电动机外壳上的电压接近于零值，而在断线处后面的电动机失去保护，外壳上的电压接近于相电压值。ABCABC电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地有重复接地时，在
24、断线处前电动机外壳上的电压接近于零值，断线处后的电动机其保护方式变成保护接地，其外壳上的电压降低，所以提高了保护接零的安全性。ABCABC电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地 重复接地的设置原则1.零线重复接地：架空线路的干线和分支线的首终端；无分支的架空线路的沿线每1km处；电缆和架空线在引入屋内的进线处；车间内接零干线的终端处；接零干线很长时其中间的适当部位处。2.屋内设备接地时，将零线与所有低压开关等设备及控制屏的接地装置连接。3.低压线路零线每一重复接地装置的接地电阻不应大于10。4.在电力设备接地装置的接地电阻允许达到10的电力网中，每一重复接地装置的接地电阻不应超过30，重
25、复接地不应少于三处。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地第五节 低压配电系统接地形式电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地低压配电系统按电气设备的接地方式不同分：第一个字母表示电源的对地关系（工作接地情况）T：中性点直接接地 I：中性点不接地或经阻抗接地第二个字母表示电气装置外壳的对地关系 T：独立于电力系统接地点而直接接地（保护接地）N：与电力系统接地点进行电气连接（保护接零）第三个字母表示中性导体与保护导体的组合情况 S：中性导体和保护导体是分开的 C：中性导体和保护导体是合一的电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地一、IT系统电源端的中性点不接地或有一点通过阻抗接地，
26、电气装置的外露可导电部分直接接地。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地二、TT系统电源端的中性点直接接地，电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地三、TN系统电源端的中性点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性线（PEN）或保护线（PE）连接到此接地点。根据中性线和保护线的组合情况，TN系统的型式有以下三种：TN-S、TN-C 和 TN-C-S。配电系统导线代号：中性线：代号（N）保护线：代号（PE）保护中性线：代号（PEN）电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地1.TN-S系统整个系统的中性线和保护线是分开的。保护线上没有电流流过，设备外壳不带电，广泛用于中小企业以及民用生活中。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地2.TN-C系统整个系统的中性线和保护线是合一的的。通常适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的场所。电力工程基础 第四章 设备工作接地和保护接地3.TN-C-S系统整个系统中的中性线与保护线部分是合一的，局部采用专设的保护线。