城市轨道交通供电

第5章接地系统易东西南交通大学电气工程学院城市轨道交通供电第5章接地系统基本概念安全用电知识5.1接地系统现状5.2综合接地系统5.3故障状态下地网电阻对其电位的影响5.4地网电位升高对弱电或低压设备的危害基本概念大地接地体土壤电阻率和对地电阻结构接地、隧道接地和牵引系统接地地电位和轨电位接触电压可接近电压大地从电气的角度来看，大地可被定义为导电的土壤，人们习惯认为它任一点的电位都等于零。通常还会使用参考大地，零点接地，分离大地或者遥远大地。供电设备的接地装置和大地之间的距离可以是几十米甚至长达1km，它取决于接地装置的尺寸、土壤成分以及接地电流的幅值。大地可作为决定轨电位大小的参考（即：钢轨对大地电位）。【问]大地地和电气地有什么区别?[答]大地的“地”是指地球陆地的表面层，即地理地。大地是一个电阻非常低，而且电容量非常大的物体，它拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此电气上把它作为一个系统的参考电位体，这种“地”称为电气地。除了电气地外，在电子设备中，各级电路电流的传输、信号转换时，要求有一个参考的电位，防止外界信号的干扰，这个电位称为逻辑地或浮地，逻辑地可与大地接触，也可不接触。【问]大地地的电位和电气地的电位有什么区别?【答】大地由于能吸收无限电荷，因此大地地的电位宏观上看为零电位。由于大地中自然电场和人工电场的影响，大地各点的电位是不同的，工程上把离开人工电场(接地体)20m远处的地电位视为零电位。电气地的电位和电气系统注入大地的电流大小有关，当有大电流流入电气地时，电气地的电位可能达到很高的电压，尤其是雷电流流入电气地时，电气地的瞬时电位可高达数十万伏，因此单独设置的防雷接地点，不能设在门口和人行道下。在选择电气地时，还要远离人工电场，即和其他电气系统的地要远离，希望离开20m，若无法远离时，最小距离为5m。接地体接地体是一个或多个与土壤紧密连接的导电体，它们提供与大地的电气连接。使用金属和钢筋结构作为接地体比较好。这就要求早期设计时确保有足够的电气交叉连接和电气终端预留。【问]何谓接地?[答]将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极上，称为接地。电力系统中接地的部分一般是中性点，也可以是相线上的某一点。电气装置的接地部分则是正常情况下不带电的金属导体，一般为金属外壳。为了安全保护的需要，把不属于电气装置的导体(也可称为电气装置外的导体)，例如水管、风管、输油管及建筑物的金属构件和接地极相连，称为接地;幕墙玻璃的金属立柱等和接地极相连，也称接地。【问】接地按作用分为哪几类?[答]一般分为两类:保护性接地和功能性接地。1.保护性接地又分为如下四种:保护接地将设备的外露导体部分接地，称为保护接地，其目的是为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电时，使平时不带电的外露导体部分带电，人触及而产生电击。防雷接地将雷电导入大地，防止雷电流使人受到电击或财产受到损坏。防静电接地将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成危害。防电蚀接地在地下埋设金属体作为牺牲阳极或牺牲阴极，保护与之连接的金属体，例如金属输油管。2.功能性接地也可分为四种:工作接地为了保证电力系统的正常运行，在电力系统的适当地方进行接地，称为工作接地。交流系统中，此点一般为中性点。逻辑接地为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属件作为参考零电位，需获得零电位的电子器件接在此金属件上，这种接法称为逻辑接地。屏蔽接地将金属壳或金属网接地，保护壳或网内的电子设备不受外界的电气干扰，或者使壳内或网内的电子设备不对外部电子设备引起干扰。信号接地为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，称为信号接地。【问]接地有什么作用?【答】接地的作用主要是防止人身受到电击、保证电力系统的正常运行、保护线路和设备免遭损坏、预防电气火灾、防止雷击和防止静电损害。[问]我国对安全电压有什么规定?[答]为防止人身遭受电击，采用安全电压是一个很好的方法，我国安全电压的系列是:42V,36V,24V,12V和6V。当设备采用安全电压作直接接触防护时，只能采用额定值为24V以下(包括24V)的安全电压;当用作间接接触防护时，则可采用额定值为42V以下(包括42V)的安全电压。安全电压通常由隔离变压器输出，隔离变压器的铁心必须接地，但隔离变压器的低压输出端不准接地。安全电压若用插座供电，只能用二眼插座。[问]安全电压和使用环境有什么关系?[答]安全电压是为了防止人身遭受电击。电击的程度与人体阻抗有关，而人体的阻抗与接触状况有极大的关系，在不同的状况下，人体的阻抗是不同的。人体阻抗与接触状况的关系，通常分为三类:1.干燥的皮肤，干燥的环境，高电阻的地面:此时人体阻抗最大2.潮湿的皮肤，潮湿的环境，低电阻的地面:此时人体阻抗很小。3.人浸在水中:此时人体阻抗可忽略不计。土壤电阻率和对地电阻接地体的电气特性取决于它们的设计及周围土壤的导电性能。土壤电阻率是指土壤的导电性，通常用Ω.m作单位。其数值代表边长为1m的正方体土壤的电阻。结构接地、隧道接地和牵引系统接地1接地系统由几个接地体组成，这几个接地体之间用导线互相连接。预应力混凝土结构中互相连接的钢筋、金属元件或者其他结构被定义为结构接地。这些结构包括车站和专用建筑物、桥梁、高架桥、混凝土路面的道路和隧道。隧道的结构接地也称做隧道接地。电气化铁道的走形轨，被用作回流导体并特意与大地连接，它们形成了牵引系统接地。牵引系统接地还包括与之相连的导电部件。结构接地、隧道接地和牵引系统接地2对于开放式牵引系统接地，在正常运行期间，通过限压装置将与大地相连接的导电部件和回路分开。这样的话，只有在超过跳闸电压值的时候才有临时或连续接通。虽然在直流系统中没有牵引系统接地，但还是使用了术语——开放式牵引系统接地。它指在出现超过规定值的高电压时，导电部件和回路或者回路和结构接地通过限压装置的连接。地电位和轨电位地电位发生于接地体和远处大地之间。接地体的对地电阻和流经接地体的电流决定了地电位的大小。走行轨中的牵引回流引起地电位也称为轨电位。无论是在运行状态还是在故障状态下，轨电位都会在走行轨和与之相连的导电体上产生。接触电压接触电压指的是直接接触和间接接触电压。直接接触电压是指可能接触到带电部件而产生的电压。直接接触电压的保护措施包括是用绝缘外罩、绝缘外壳或绝缘网栅并充分加大到可接触表面的距离。根据标准定义，只有在故障状态下，才会在带电导体上产生间接接触电压。两个导电部件之间的电压有可能被人体跨接，这样的电压就是接触电压。开关柜的金属外壳、接地连接件和钢筋混凝土结构都可能产生接触电压，因而它们被归类于接触部件。可被人体跨接的部分对地电压也称之接触电压。保护装置应能很快切断故障电路，使得接触电压在人体上作用的时间很短。标准EN50122—1规定这个时间小于0.5s。【问】何谓接触电压?[答】电气设备因绝缘损坏，发生碰壳短路时，人触及此电气设备就有遭到电击的危险。为了衡量危险程度，测出离电气设备水平方向0.8m(相当于跨步距离)的地电位和电气装置垂直方向0.8m处(人手触及的部位)的设备发生故障时所带的电位、两者的电位差称为接触电压。如果设备未接地，220V的相线碰壳，这时产生的接触电压可达到相电压大小;如果设备接地，其接触电压与设备的接地电阻大小有关，当设备的接地电阻与电源的工作接地电阻相等时，接触电压可达到110V设备的接地即使非常好，在故障电压未切断前，接触电压也是存在的。只有故障电压被断路器或熔丝切断后，才解除电击的危险。可接近电压在正常运行时，轨电位产生的电压所持续的时间会更长。可被人体跨接的部分轨电位，由于其持续的时间长，在标准EN50122—1中也被定义为可接近电压。【问】何谓跨步电压?【答】当电气装置发生对地短路故障后，故障电流从故障点的地通过大地到接地极，回到电源，于是在故障点的地和接地极周围产生一个电场，离故障点的地或接地极的地越近，电位越高，越远则电位越低，离开20m，则可视为零。人两脚分开相距约为0.8m时，站在这个电场内，由于两脚处于不同的电位点，就有一个电位差，此电位差称为跨步电压。当人处于电场内有麻电感觉时，不能奔跑逃离电场，而应该单脚跳或细步离开电场。安全用电知识电力的输配过程及低压供电系统简介人体触电保护接地与保护接零安全用电基本常识电火灾及其防止一．电力的输配过程及低压供电系统简介（一）电力的传输和分配10kV一般车间110kV6kV照明配电380/220V10kV发电厂∽单位（地区）变电所升压变电所区域降压变电所(输、配电系统简图)住宅动力配电高压配电车间（二）低压供电系统市电（380/220V、工频50Hz）就是低压，它由单位（地区）变电所中的三相变压器提供，其低压侧根据接线方式的不同可构成三相三线制、三相四线制等基本的低压供电（电源）系统。变压器的三相绕组联接成Y形，各相绕组的始端引出三根相线（俗称火线），各相绕组的末端形成公共点称为中性点，由此引出的导线即中性线。（三相四线制供电系统）高压侧低压侧接地体L1N（零线）L2L3若变压器无中性线且中性点不接地，以I表示，所形成的供电系统（亦即中性点不接地的电网）为三相三线制。若变压器有中性线且中性点接地，以T表示，此时中性点与大地等电位，可称为零点，而中性线则称为零线，所形成的供电系统（亦即中性点接地的电网）为三相四线制。（三相四线制供电系统）高压侧低压侧接地体L1N（零线）L2L3图中的接地体是埋入大地且与大地直接接触的金属导体。在这里，中性点接地称为系统的工作接地，它是因电力系统正常工作需要而采取的保护措施。三相四线制380/220V低压供电系统目前在我国广泛应用，其中动力配电线路采用三根相线和零线，照明配电线路采用一根相线和零线。（三相四线制供电系统）高压侧低压侧接地体L1N（零线）L2L3二．人体触电及急救人体触电是电气事故中最主要的事故之一，它指人体触及带电体后，电流对人体造成的伤害。（一）触电的类型触电是指人体触及带电体后，电流对人体造成的伤害。它有两种类型，即电击和电伤。1．电击人们通常所说的触电就是指电击，大部分触电死亡事故都是由电击造成的。2．电伤电伤是指电流的热效应、化学效应、机械效应及电流本身作用造成的人体伤害。电伤往往出现在高压触电事故中。电击和电伤常会同时发生。（二）影响触电危险性的因素触电的危险性即电流对人体的伤害程度取决于以下几个因素：1.电流的大小通过人体电流的大小对触电者的伤害程度起决定作用。对于工频交流电，按照通过人体的电流大小和人体呈现的不同状态，可将其划分为下列三种。①感知电流。它是指引起人体感知的最小电流。人体平均感知电流有效值约为0.7--1.1mA。感知电流一般不会对人体造成伤害。②摆脱电流。人触电后能自行摆脱的最大电流称为摆脱电流。人体的平均摆脱电流约为10--16mA。摆脱电流是人体可以忍受而一般不会造成危险的电流。③致命电流。指在短时间内危及生命的最小电流，当电流100mA以上，则足以致人于死亡；而直流50mA以下、工频30mA以下电流通常不会有生命危险（可视为安全电流）。2.人体的电阻值人体的电阻值通常在10kΩ—100kΩ之间，基本上按表皮角质层电阻大小而定。但它会随时、随地、随人等因素而变化，存在相当地不确定性。3.加在人体上的电压当人体电阻一定时，作用于人体的电压越高，通过人体的电流越大。目前，我国采用的安全电压以36伏和12V两个等级居多。4.通过人体电流的时间电流对人体的伤害与电流通过人体时间的长短有关。通电时间越长，因人体发热出汗和电流对人体组织的电解作用，人体电阻逐渐降低，导致通过人体电流增大，触电的危险性亦随之增加。5．电源频率常用的5OHz的工频交流电对人体的伤害程度最为严重。当电源的频率偏离工频越远，对人体的伤害程度越轻。不过，高压高频电流对人体依然是十分危险的。6.电流通过人体的途径电流通过头部会使人昏迷而死亡；通过脊髓会导致截瘫及严重损