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第四章设备工作接地与保护接地概述工作接地保护接地保护接零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接地的基本概念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：专门为接地而人为装设的接地体。人工接地体：兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、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。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合称为接地装置。电力工程基础第四章设备工作接地和保护接地5.接地网由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。6.中性点和零点发电机、变压器、电动机等电器的绕组中以及串联电源回路中有一点，它与外部各接线端间的电压绝对值相等，这一点就称为中性点。当中性点接地时，该点则称为零点。7.中性线与零线由中性点引出的导线叫做中性线。由零点引出的导线叫做零线（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流入地下以后，就通过接地体向大地作半球形散开，这一接地电流就叫做流散电流。流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻。接地电阻是接地装置的电阻与接地体的流散电阻的总和。数值等于接地装置对地电压与接地电流之比。接地装置的电阻一般很小，可以忽略不计。因此，可以近似认为流散电阻就是接地电阻。电力工程基础第四章设备工作接地和保护接地9.地和对地电压在距单根接地极或碰地处20m以外的地方，呈半球形的球面已经很大，电阻很小，不再有什么电压降，该处的电位已接近于零。这电位等于零的“电气地”称为“地电位”。电气设备的接地部分（如接地的外壳和接地体等），与零电位的“大地”之间的电位差，就称为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接地短路电流经接地网入地时，大地表面形成电位分布，接地部分和地面上某一点之间的电位差称为接触电势。人体接触该两点时所受到的电压称为接触电压。11.跨步电势和跨步电压地面上水平距离为跨步的两点之间的电位差称为跨步电势。人体两脚接触该两点时所受到的电压称为跨步电压。电力工程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。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。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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，防止触电事故。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。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工作接地的分类中性点不接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点直接接地的电力系统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下：中性点不接地小电流接地中性点经消弧线圈接地中性点经大电阻接地中性点直接接地大电流接地中性点经小电阻接地电力工程基础第四章设备工作接地和保护接地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：3kV~60kV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。AdAOABdBOBCdCOCUUUUUUUUUUUUCCACBCphIIICUACAfhABCBfhBCCCfhCIIIIIIIII电力工程基础第四章设备工作接地和保护接地负荷ABCCCCa.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.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：0AdAOOABdBOBABACdCOCACAUUUUUUUUUUUUUUUUUC3CBCphIICU0CAIAkCAfhAkfhABCBfhBCCCfhCIIIIIIIIIIII电力工程基础第四章设备工作接地和保护接地ICA=0IAICBIBICCICIkIfhAIfhBIfhC负荷ABCCCCUAdUBdUCddUBUAUCO60UCdUBdI’CBI’CC-I’CA接地故障电流有效值为，是正常时相对地电容电流的3倍C301()()3BdCdCBCCCjkCBCCBdCdBCUUIIXXIIIUUCUeX-UA-UAOd3phCU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。12(35)350NkCOULLII()kCBCCCOIIII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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。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。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5A~10A，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（2.5~3）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3~6kV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）：3~6kV电力网，30A10kV电力网，20A35~60kV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ABCCCCILICIBIAICCICBICAIkLIfhAIfhBIfhC0UAUBUC-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OCLLUUIXjLACAfhABCBfhBCkCCfhCkfhCIIIIIIIIIIII()kCACBLCOLIIIIII电力工程基础第四章设备工作接地和保护接地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接地故障点为容性电流采用欠补偿方式时，当电力网运行方式改变而切除部分线路时，整个电力网对地电容将减少，有可能发展成为全补偿方式，导致电力网发生谐振，危及系统安全运行；另外，欠补偿方式容易引起铁磁谐振过电压等其它问题，所以很少被采用。（3）过补偿方式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，kVAICO——接地电容电流，AUN——电力网的额定电压，kV1.35/3arCONSIU电力工程基础第四章设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我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统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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