供電系統(tǒng)的保護接地與防雷

1、摘要：本章概述了供電系統(tǒng)的保護接地和防雷保護。第五章供電系統(tǒng)的保護接地和防雷，第一節(jié)供電系統(tǒng)的保護接地，第二節(jié)供電系統(tǒng)的保護接地，第一節(jié)供電系統(tǒng)的保護接地，1。電流對人體的危害。電流對人體的危害程度與電流通過人體的強度、持續(xù)時間、頻率、路徑和健康狀況等因素有關(guān)。不同的電流對人體造成不同的生理和病理影響。我國規(guī)定電擊時間不超過1秒的安全電流為30mA(50Hz)。正常情況下，當(dāng)通過人體的工頻電流超過50mA時，心臟會停止跳動，出現(xiàn)昏迷和致命的電燒傷。當(dāng)工頻電流通過人體時，它會迅速殺死人。圖5-1是人體電擊時間和電流通過人體對人體的響應(yīng)曲線；2.接地和接地裝置；1.接地的基本概念；電氣設(shè)備的某些部

2、分與大地之間良好的電氣連接稱為接地。接地裝置由接地體和接地線組成。埋在地下并與大地直接接觸的金屬導(dǎo)體被稱為接地體或電極。電氣設(shè)備的接地體與金屬外殼之間的連接線稱為接地線。由幾個接地體用接地線連接在一起的整體稱為接地網(wǎng)。接地裝置的組成接地裝置由接地電極(埋在地下并與地面接觸的金屬導(dǎo)體)和接地線(將電氣設(shè)備和設(shè)施的接地端子與接地電極相連的金屬導(dǎo)電部分)組成。在地球上由幾個相互連接的接地電極組成的整體稱為接地網(wǎng)。接地電流、對地電壓和接地電流的電位分布曲線，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，電流會通過接地體呈半球形向地面擴散，稱為接地電流IE。試驗表明，在距離單個接地體或接地故障點約20m的地方，實際上雜散電

3、流電阻接近于零，電位為零的地方稱為電氣“地”或“地”。電氣設(shè)備的接地部分與零電位的“地”(地)之間的電位差稱為接地部分的接地電壓，如圖中的用戶設(shè)備。3接地裝置的散射效應(yīng)、階躍電壓和接觸電壓示意圖、接觸電壓是指當(dāng)設(shè)備絕緣損壞時，身體可以同時接觸的兩個部分之間的電位差?？绮诫妷菏侵缚拷收宵c行走時兩腳之間的電位差、接地電阻的組成以及電力系統(tǒng)對接地電阻的要求、a)土壤電阻：土壤電阻用土壤電阻率表示。土壤電阻率是立方土壤的電阻。b)接地線：自然接地線包括建筑物的金屬結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)用的金屬框架，如起重機軌道、配電裝置外殼、布線用鋼管、電纜護套以及具有不可燃和爆炸危險的工業(yè)管道等。c)接地極：自然接地極主要包

4、括：地下水管道、不燃不爆的液體和氣體金屬管道；建筑物和構(gòu)筑物的金屬結(jié)構(gòu)和電纜護套。(2)不同條件下，電力系統(tǒng)對接地電阻的要求不同。詳見表5-3。(1)決定接地電阻的因素，(5)工頻接地電阻的計算，(1)人工接地極的工頻接地電阻的計算，以及不同類型單接地極接地電阻的計算公式都在設(shè)計手冊中介紹。讀者可根據(jù)需要查閱相關(guān)設(shè)計手冊。在供電系統(tǒng)的實際設(shè)計中，單個接地極的接地電阻不能滿足某些系統(tǒng)的要求，因此必須并聯(lián)幾個接地極。組合接地電極用扁鋼連接。人工接地網(wǎng)的總接地電阻和人工接地電極組的總電阻為鋼管和扁鋼。6.沖擊接地電阻的計算。保護接地。為確保人體接觸意外帶電電氣設(shè)備時的人身安全，電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)接

5、地。根據(jù)低壓配電系統(tǒng)的接地關(guān)系、電氣設(shè)備(或裝置)的外露導(dǎo)電部分以及整個系統(tǒng)的中性線和保護線的組合，低壓配電系統(tǒng)的接地類型包括信息技術(shù)系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和測控系統(tǒng)(包括總氮-碳、總氮-硫、 TN-C-S)在供電小電流接地系統(tǒng)的保護接地方式中，電氣設(shè)備的不帶電金屬部分通過接地體直接接地，電氣設(shè)備(信息技術(shù)系統(tǒng))的保護接地，配電系統(tǒng)的中性線N引出，但電氣設(shè)備的不帶電金屬部分通過各自的接地裝置3直接接地。 總氮系統(tǒng)，總氮系統(tǒng)，公共接地和重復(fù)接地，1。應(yīng)采用簡單可靠的方法進(jìn)行公共接地，以確保安全(見圖5-9)。這樣，兩相接地短路可以變成相間短路，保護裝置可以快速動作。圖5-9公共接地、2。重復(fù)接地在同一個

6、低壓系統(tǒng)中，有些不能通過保護接地，有些可以通過保護接地。否則，當(dāng)保護接地的設(shè)備發(fā)生單相接地故障時，保護接地的設(shè)備外露導(dǎo)電部分會帶來危險電壓。中性點不接地系統(tǒng)的設(shè)備不允許采用保護接零。因為任何設(shè)備的外殼碰撞都會導(dǎo)致所有設(shè)備外殼上出現(xiàn)接近相電壓的接地電壓，這是非常危險的。零線上不允許安裝熔斷器和開關(guān)，以免零線斷線而失去接零保護功能。出于安全原因，零線必須反復(fù)接地，以確保接零保護的可靠性。在中性點直接接地的低壓電網(wǎng)中，零線上的一個或多個點再次接地，稱為重復(fù)接地。重復(fù)接地可以降低零線對地電壓，降低系統(tǒng)短路時觸電的風(fēng)險。當(dāng)保護接零且零線斷線時，如果斷開后電力設(shè)備中有碰撞殼，相電壓將被帶回到零線上，造成危

7、險。采用重復(fù)接地后，斷口后連接的所有電氣設(shè)備外殼上的接地電壓大大降低。5.漏電保護器的應(yīng)用，漏電保護(又稱剩余電流保護)是考慮到漏電、觸電等非金屬單相接地故障，保護人身和設(shè)備安全的一種保護方式。根據(jù)其工作原理，漏電保護器的類型可分為電壓動作型、電流動作型、電壓電流動作型、交流脈沖型和DC動作型等。由于其良好的檢測特性，電流操作型既可以作為整個系統(tǒng)的整體保護，也可以作為各干線和支線的分級保護，因此目前得到了廣泛的應(yīng)用。電流操作漏電保護器主要由零序電流互感器、脫扣機構(gòu)和主開關(guān)組成。零序電流互感器是一種檢測元件，可安裝在變壓器中性點和接地板之間，構(gòu)成整個網(wǎng)絡(luò)的總保護，也可安裝在干線或支線上，構(gòu)成干線

8、或支線保護。如圖5-13所示。圖5-13電流操作漏電保護器工作原理圖：a)全網(wǎng)綜合保護；b)干線保護；干線或支路漏電保護的工作原理如圖5-14所示。圖5-14干線電路漏電保護的工作原理，(1)漏電保護用于總氮系統(tǒng)。從使用漏電保護裝置的地方開始，應(yīng)將TNC系統(tǒng)改為TNS系統(tǒng)，即保護線不再作為中性線，使整個系統(tǒng)成為TNCS系統(tǒng)。(2)漏電保護在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用可以降低對地面的要求第二節(jié)，供電系統(tǒng)的防雷，過電壓，(雷電過電壓)，首先，過電壓和雷電的相關(guān)概念，(1)過電壓的形式，(2)雷電電流的產(chǎn)生，幅值和陡度，以及不同帶電雷云之間的放電通常稱為雷電。雷電流是一種陡度大、振幅大的沖擊波電流。對于電力系

9、統(tǒng)的電氣設(shè)備，雷電流的陡度越大，負(fù)載電感L上的過電壓越大，絕緣損壞越嚴(yán)重。雷云對地或架空線的放電會引起雷電流。雷電沖擊波具有波傳導(dǎo)的特性。輸電線路被雷電擊中后，產(chǎn)生的雷電沖擊波將流向輸電線路兩側(cè)并向兩側(cè)傳播。雷電波在傳播過程中到達(dá)節(jié)點后，也會發(fā)生折射和反射。雷電波沿架空線路傳播的速度與光速(3108米/秒)相同，而雷電波在電纜中傳播的速度約為上限值的1/21/3。波阻抗代表電壓沖擊波和電流沖擊波沿導(dǎo)線傳播的動態(tài)關(guān)系，與導(dǎo)線長度無關(guān)。(3)雷電沖擊波的基本特征。當(dāng)入射雷電波到達(dá)線路末端節(jié)點時，會發(fā)生全反射，線路開口端的電壓會增加到雷電行波電壓的兩倍，嚴(yán)重威脅線路的絕緣安全。必須設(shè)置避雷裝置等防雷

10、措施。變電站經(jīng)常使用一段100200米的引入電纜來降低行波的陡度。二、防雷裝置，防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成。接閃器是一種金屬物體，專門用于接收直接雷擊。避雷器包括金屬桿避雷針、金屬線避雷線、金屬帶或金屬網(wǎng)避雷帶、避雷網(wǎng)等。避雷針的作用是感應(yīng)閃電。避雷針是防止直擊雷的有效措施。在一定高度的避雷針(線)下，有一個安全區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的物體基本不受雷擊。我們稱這個安全區(qū)域為避雷針的保護范圍。避雷針的保護范圍由滾球法確定。當(dāng)避雷針高度為h時，如hhr，地面保護半徑r0為，單根避雷針的保護范圍為，高度為hx的平面xx上的保護半徑rx為，避雷針必須接地良好，接地電阻不應(yīng)超過10；35kV及以下變

11、電站的避雷針應(yīng)單獨安裝支架，避雷針與被保護設(shè)備的空氣距離不應(yīng)小于5m；獨立避雷針應(yīng)有自己專用的接地裝置，接地裝置與變電站接地網(wǎng)的距離不應(yīng)小于3m；避雷針與接地裝置和道路入口的距離不得小于3m。根據(jù)現(xiàn)行電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T6201997，避雷針和避雷線用于變電站和電力線路的防雷保護時，其保護范圍應(yīng)按“折線法”確定。2.避雷線，避雷線的避雷連接原理與避雷針相似。3.避雷器，其功能是防止雷電過電壓侵入變電站或輸電線路沿線的其他建筑物，并危及電氣設(shè)備的絕緣。在工頻電壓下，金屬氧化物避雷器表現(xiàn)出極高的電阻，能快速有效地阻斷工頻續(xù)流，無火花隙地熄滅工頻續(xù)流引起的電??；然而，在雷電過電壓的作用下，其電阻變得

12、很小，可以很好地釋放雷電電流。避雷器用于防止感應(yīng)雷和過電壓波沿線路侵入變電站電氣設(shè)備造成的損害。一般接在每條母線和架空線路的進(jìn)、出口，安裝在被保護設(shè)備的供電側(cè)，與被保護設(shè)備并聯(lián)，并與管型避雷器連接，主要用于變電站的進(jìn)線保護和線路絕緣薄弱保護。保護性能較好的管式避雷器可用于保護配電變壓器。sc當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生雷電過電壓時，火花隙迅速擊穿，使得雷電沖擊電流容易通過閥電阻引入大地，釋放過電壓負(fù)載。在大沖擊電流下，閥板的電阻由高變低，因此沖擊電流產(chǎn)生的壓降(殘余電壓)較低。此時，作用在被保護設(shè)備上的電壓只是避雷器的剩余電壓，從而保護了電氣設(shè)備。金屬氧化物避雷器也稱為壓敏避雷器。這是一個閥門避雷器，沒有火花隙

13、，只有變阻器。變阻器是由氧化鋅等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工頻電壓下，它具有很大的電阻，能快速有效地阻斷工頻電流，因此不需要火花隙來熄滅工頻續(xù)流引起的電??；在雷電過電壓的作用下，其電阻變得很小，可以很好地釋放雷電電流。供電系統(tǒng)防雷措施室外變電站一般采用避雷針作為直擊雷的保護裝置，所有被保護的電氣設(shè)備和建筑物都要求在避雷針的保護范圍內(nèi)。一般來說，有必要安裝閥門避雷器或氧化鋅避雷器，以保護變壓器免受雷電侵入波的影響。避雷器應(yīng)盡可能靠近變壓器安裝。避雷器的接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)的接地中性線和接地金屬外殼連接。避雷器的選擇必須使其伏秒特性與變壓器的伏秒特性合理匹配，

14、避雷器的剩余電壓必須小于變壓器絕緣耐受電壓所允許的電壓。(1)架空線路防雷措施用戶供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的負(fù)荷終端，具有以下特點：1)一般架空線路在35kV以下，為中性點不接地系統(tǒng)。當(dāng)雷擊桿頂對單相導(dǎo)體放電時，工頻接地電流很小，不會引起線路跳閘。2)配電網(wǎng)一般較短，架空線經(jīng)常被建筑物和樹木遮擋，因此被雷擊的幾率較小。3)對于有重要負(fù)荷的供電系統(tǒng)，雙電源或自動重合閘裝置可以減少雷擊事故的影響?？偟膩碚f，用戶供電系統(tǒng)35kV架空線路防雷可采取以下措施：1)增加架空線路絕緣子數(shù)量，采用更高等級的絕緣子，或頂相采用針式絕緣子，下兩相改用懸掛式絕緣子，以提高反擊電壓水平。2)一些架空線路裝有避雷針。3)改進(jìn)

15、塔架結(jié)構(gòu)，例如，當(dāng)應(yīng)力允許時，可以使用瓷橫臂。4)降低接地電阻，采用拉線降低桿塔電感。5)電纜供電。610千伏架空線路的高度一般低于35kV線路，無需安裝避雷線。防雷方法可采用鋼筋混凝土電桿自然接地，必要時也可采用雙電源和自動重合閘。(2)變電站防雷、直擊雷和線路侵入沖擊波防護，(1)獨立避雷針被雷擊時對附近設(shè)施的反擊和高電位電磁感應(yīng)，圖5-27獨立避雷針與附近設(shè)施的最小距離，(2)線路侵入雷電沖擊波防護，a)原理圖b)電壓變化圖、(3)變電站防雷進(jìn)線段保護。對于無避雷線的35kV變電站的進(jìn)線，當(dāng)雷擊附近架空線路時，沖擊波的陡度將不可避免地超過變電站電氣設(shè)備的允許絕緣度，流經(jīng)避雷器的電流也將超過5kA，這當(dāng)然是不允許的。因此，必須在變電站附近的進(jìn)線(12公里)上安裝防雷裝置。圖5-30無避雷針進(jìn)線段5-30 35110kV線路變電站標(biāo)準(zhǔn)防雷模式。對于用戶供電系統(tǒng)容量較小的變電站，可根據(jù)其重要性和雷電暴露天數(shù)，采用簡化的進(jìn)線分段保護。例如，對于容量為31505600千伏安的變電站，可考慮避雷針長度僅為500600米的進(jìn)線保護段。圖5-