第七章電力設(shè)備過電壓防護(hù)與接地第1頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章過電壓防護(hù)與接地第2頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)過電壓防護(hù)過電壓：雷擊或電力系統(tǒng)中的操作、事故等原因，會使某些電氣設(shè)備和線路承受的電壓短時間內(nèi)大大超過正常運(yùn)行電壓，這種危及絕緣的電壓升高稱為過電壓。過電壓的產(chǎn)生有內(nèi)部和外部的原因，內(nèi)部過電壓：由電力系統(tǒng)內(nèi)部原因引起的過電壓，如斷路器投切引起的操作過電壓等。外部過電壓：由電力系統(tǒng)外部的雷電引起的過電壓，也稱為雷電過電壓。第3頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.內(nèi)部過電壓及其防護(hù)1.1工頻過電壓及其防護(hù)工頻過電壓：正常送電狀態(tài)下突然失去負(fù)荷和在線路受端有接地故障情況下突然失去負(fù)荷時，可能產(chǎn)生幅值較高的過電壓。工頻過電壓對220kV以上系統(tǒng)的影響很大，主要有：①工頻暫態(tài)過電壓是操作過電壓的強(qiáng)制分量，它的幅值愈高，對應(yīng)的操作過電壓也愈高；②工頻暫態(tài)過電壓決定了避雷器的滅弧電壓或額定電壓；③工頻暫態(tài)過電壓會提高斷路器開斷時的恢復(fù)電壓，惡化開斷條件；④工頻暫態(tài)過電壓持續(xù)時間較長，對電力設(shè)備絕緣及運(yùn)行性能有影響。第4頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月220kV及以下系統(tǒng)中，一般不采取特殊措施限制工頻過電壓。330kV及以上系統(tǒng)一般采用在線路上安裝并聯(lián)電抗器的措施限制工頻過電壓。1.2諧振過電壓諧振過電壓產(chǎn)生的原因：消弧線圈補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和傳遞過電壓的線性諧振；線路斷線和電磁式電容器飽和引起的鐵磁諧振及發(fā)電機(jī)同步或異步自勵磁引起的參數(shù)諧振。防止諧振過電壓的措施：對消弧線圈采用過補(bǔ)償方式，超高壓線路并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)串小電抗，選用不發(fā)生非全相拒動的斷路器，電磁式電壓互感器中性點(diǎn)接阻尼電阻或防諧裝置等。同時可通過安排合理的運(yùn)行方式和操作程序來減少諧振過電壓。第5頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3操作過電壓操作過電壓：在發(fā)生操作或故障時，電網(wǎng)中的電容、電感等儲能元件由于工作狀態(tài)發(fā)生突變，將產(chǎn)生充電再充電或能量轉(zhuǎn)換的過渡過程，電壓的強(qiáng)制分量疊加以暫態(tài)分量形成的過電壓。操作過電壓的原因：開斷電容器組、空載長線路、空載變壓器、并聯(lián)電抗器和高壓電動機(jī)等，在解列過程中也可能產(chǎn)生過電壓，同時間歇電弧也會產(chǎn)生。空載線路分閘過電壓是控制220kV及以下系統(tǒng)操作過電壓絕緣水平的主要依據(jù)。220kV及以下系統(tǒng)中，由于絕緣水平較高，能承受可能出現(xiàn)的操作過電壓，一般不采取限制措施。第6頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月線路合閘和重合閘過電壓是控制220kV以上系統(tǒng)操作過電壓絕緣水平的主要依據(jù)。220kV以上系統(tǒng)中，應(yīng)采用限制操作過電壓的措施。限制合閘和重合閘過電壓的措施有：采用金屬氧化物避雷器保護(hù)，安裝在出線斷路器線路側(cè)的避雷器稱為線路避雷器，安裝在電站側(cè)的避雷器稱為電站避雷器。2.雷電過電壓及其防護(hù)

2.1直擊雷過電壓防護(hù)

為防止直接雷擊電廠或變電站的電力設(shè)備，宜采用采用避雷針(線、網(wǎng)、帶)進(jìn)行保護(hù)。利用避雷針(線)可實(shí)現(xiàn)直擊雷保護(hù)。當(dāng)雷擊發(fā)電廠避雷針、避雷線或建筑物、構(gòu)筑物時，將引起接地網(wǎng)沖擊電位增高，會造成對電力設(shè)備的反擊，產(chǎn)生反擊過電壓。第7頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月防止反擊的措施有：設(shè)備的接地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離避雷針接地引下線的入地點(diǎn)；避雷針接地引下線盡量遠(yuǎn)離電力設(shè)備；為了防止引下線向發(fā)電機(jī)回路發(fā)生反擊而可能危及發(fā)電機(jī)絕緣，宜在靠近避雷針引下線的發(fā)電機(jī)出口處裝設(shè)一組避雷器。2.2雷電波過電壓防護(hù)

產(chǎn)生：輸電線路受到雷擊，雷電波沿導(dǎo)線侵入到發(fā)電廠變電所的電力設(shè)備上，產(chǎn)生高于絕緣水平的侵入雷電波過電壓。變電所對侵入波的限制，第一道防線是變電所進(jìn)線保護(hù)段，第二道防線是變電所母線上安裝的避雷器。2.3感應(yīng)雷過電壓防護(hù)

產(chǎn)生：雷擊附近物體或地面，由于空間電磁場發(fā)生劇烈變化，在線路的導(dǎo)線上或其他金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。第8頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月防護(hù)措施：獨(dú)立避雷針(線)盡量遠(yuǎn)離35kV及以下電壓等級的配電裝置，包括組合導(dǎo)線，母線廊道等，以降低感應(yīng)過電壓。對房頂上的設(shè)備金屬外殼、電纜金屬外皮和金屬構(gòu)件均應(yīng)接地。在重要設(shè)備附近裝設(shè)避雷器或電容器。第9頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)發(fā)電廠、變電站的地人工接地極：是埋入大地并直接與大地相接觸的金屬導(dǎo)體。自然接地極：直接與大地相接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)、金屬管道和設(shè)備等。

發(fā)電廠和變電站中的地，通常是預(yù)先埋設(shè)在地下，由垂直和水平接地極組成的大型水平地網(wǎng)(稱為接地網(wǎng)或復(fù)合接地極)，其主要作用是電力設(shè)備的泄流和均壓。地就是零電位參考點(diǎn)。實(shí)際的地50×5扁鋼接地網(wǎng)干線50×50×5角鋼接地極600060002500800圖7?1典型的多接地極接地網(wǎng)第10頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月

防雷接地裝置可采用垂直接地極，作為避雷針、避雷線和避雷器附近加強(qiáng)集中接地和散泄雷電流之用，一般敷設(shè)3～5根垂直接地極。在土壤電阻率較高的地區(qū)，則敷設(shè)3～5根放射形水平接地極。水平接地極垂直接地極圖7?2接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)為加強(qiáng)對雷電流的散流作用、降低對地電位，發(fā)電廠和變電站中還裝設(shè)集中接地裝置。第11頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)接地接地：用接地線將發(fā)電廠變電站的電力設(shè)備的某些部分與接地極或接地網(wǎng)相連接。通俗地說就是將電力系統(tǒng)或建筑物中的電氣裝置、設(shè)施的某些導(dǎo)電部分，經(jīng)接地線連接至地(即接地極)。接地線：連接電氣裝置、設(shè)施的接地端子與接地極用的金屬導(dǎo)電部分。按用途的不同，接地有下列4種不同類型：(1)工作(系統(tǒng))接地(2)保護(hù)接地(3)防雷接地(4)防靜電接地第12頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.工作(系統(tǒng))接地中性點(diǎn)的運(yùn)行方式主要有三種：中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式、中性點(diǎn)經(jīng)消弧或限流裝置接地運(yùn)行方式和中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式。小接地電流系統(tǒng)大接地電流系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，相間電壓的對稱關(guān)系被破壞，但未發(fā)生接地故障的兩完好相的對地電壓不會升高，仍維持相電壓。1.1系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式1.1.1中性點(diǎn)直接接地第13頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7?3發(fā)生單相接地的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)a單相接地的電流回路b相量圖1.1.2中性點(diǎn)不接地非故障相對地電壓值升高倍，變?yōu)榫€電壓。中性點(diǎn)處的電壓由0升高到相電壓。設(shè)備的相對地絕緣要按線電壓來考慮，從而提高了設(shè)備的絕緣成本。第14頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月接地故障系數(shù)定義：在三相系統(tǒng)的選定地點(diǎn)(通常為設(shè)備的安裝地點(diǎn))以及給定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，接地故障(系統(tǒng)中任一點(diǎn)發(fā)生的單相或多相接地故障)時，健全相的最高相對地工頻電壓有效值與該選定地點(diǎn)無故障時的相對地工頻電壓有效值之比。接地故障系數(shù)為純數(shù)值比(通常大于1)，概括地表征了從選定地點(diǎn)觀察到的系統(tǒng)的接地條件，而與選定地點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行電壓無關(guān)。中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式最簡單，單相接地時允許帶故障運(yùn)行兩小時，供電連續(xù)性好，接地電流僅為線路及設(shè)備的電容電流。但由于過電壓水平高，要求有較高的絕緣水平，不宜用于110kV及以上電網(wǎng)。第15頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地b相量圖a電路圖圖7?4中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相短路中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流過接地點(diǎn)的總電流是接地電容電流與流過消弧線圈的電感電流的相量和。和在接地點(diǎn)互相抵償后，可使接地電流小于最小起弧電流，從而消除接地點(diǎn)的電弧以及由此引起的各種危害。

第16頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月使電感電流等于接地電容電流，接地處電流為零。在正常運(yùn)行時的某些條件下，可能形成串聯(lián)諧振，產(chǎn)生諧振過電壓，危及系統(tǒng)的絕緣。1.消弧線圈的三種補(bǔ)償方式：(1)完全補(bǔ)償：

(2)欠補(bǔ)償：(3)過補(bǔ)償：

使電感電流小于接地的電容電流，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時接地點(diǎn)還有容性的未被補(bǔ)償?shù)碾娏?。在欠補(bǔ)償方式下運(yùn)行時，若部分線路停電檢修或系統(tǒng)頻率降低等原因都會使接地電流減少，又可能變?yōu)橥耆a(bǔ)償。故裝在變壓器中性點(diǎn)的消弧線圈，以及有直配線的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈，一般不采用欠補(bǔ)償方式。使電感電流大于接地的電容電流，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時接地點(diǎn)有剩余的感性電流。消弧線圈選擇時留有一定的裕度，即使電網(wǎng)發(fā)展使電容電流增加，仍可以繼續(xù)使用。故過補(bǔ)償方式在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。第17頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.消弧線圈的容量

式中：W——消弧線圈的容量，kVA；

IC——接地電容電流，A；

Un——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV。

經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機(jī)，在正常運(yùn)行情況下，其中性點(diǎn)長時間電壓位移不應(yīng)超過發(fā)電機(jī)額定電壓的10%。非直配發(fā)電機(jī)脫諧度不超過±30%，直配發(fā)電機(jī)脫諧度不超過10%，故障點(diǎn)的殘余電流不宜超過10A。第18頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.4中性點(diǎn)經(jīng)低、高電阻接地(1)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地在實(shí)際運(yùn)行中仍存在的缺陷：1)由于電感電流的滯后性使得電弧間歇接地過電壓仍然會短時存在。2)電網(wǎng)的參數(shù)隨時變化，調(diào)整消弧線圈的補(bǔ)償容量響應(yīng)速度較慢，仍然會造成過電壓的出現(xiàn)。3)對全電纜出線的配電變電所，接地故障通常都為永久性故障，中性點(diǎn)安裝消弧線圈已失去意義。

因此，現(xiàn)在有些變電站不再采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。當(dāng)接地電容電流小于規(guī)定值時，采用高阻接地方式，當(dāng)接地電流大于規(guī)定值時，采用低電阻接地方式。第19頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月b高電阻接地圖7?6低、高電阻接地接地變低電阻a低電阻接地(3)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地

接入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)高電阻的大小，將影響發(fā)電機(jī)單相接地時健全相暫時過電壓值。按運(yùn)行機(jī)組的耐壓值為1.5倍發(fā)電機(jī)額定電壓考慮，則健全相暫時過電壓不宜超過2.6倍相電壓。此時電阻值應(yīng)為式中：R——發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接入電阻值，Ω；

f——發(fā)電機(jī)工作頻率，Hz；

C——發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)三相對地總電容量，μF。(2)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，短路點(diǎn)流過固定的電阻性電流，有利于饋線的零序保護(hù)動作。第20頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月為防止發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地時，中性點(diǎn)變壓器(簡稱接地變)產(chǎn)生較大的勵磁涌流，接地變壓器額定電壓的選擇不宜低于發(fā)電機(jī)額定電壓。接地變壓器的容量：式中：S——接地變壓器容量，kVA；

U1——接地變壓器額定電壓，kV；

IC——發(fā)電機(jī)單相接地時電容電流，A；

k1——過負(fù)荷系數(shù)，查圖7?7變壓器運(yùn)行時間過負(fù)荷系數(shù)曲線。接地變低壓側(cè)接入電阻值：式中：R2——接地變壓器低壓側(cè)接入電阻值，Ω；

U2——接地變壓器低壓側(cè)電壓，kV；

k——接地變壓器變比，k=U2/U1；

P——接地變壓器總損耗，W。第21頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.5中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地圖7?8小電抗接地該接地方式的運(yùn)行特點(diǎn)與中性點(diǎn)直接接地相同，發(fā)生單相接地時須立即跳開斷路器。

如圖7?8所示，小電抗值取1/3變壓器零序電抗值，兩臺變壓器經(jīng)電抗器接地，與一臺變壓器接地、一臺變壓器不接地的零序電抗值相同。當(dāng)退出一臺變壓器運(yùn)行時，可將另一臺運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)小電抗用隔離開關(guān)短接。對多臺變壓器也仿照此方法處理。采用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)1/3變壓器零序電抗接地，在單相接地時，變壓器中性點(diǎn)零序電壓為：式中：U0——變壓器中性點(diǎn)零序電壓，kV；

Uxg——系統(tǒng)最大工作相電壓，kV；

K——零序電抗(X0)與正序電抗(X1)比值，X0/X1≤3。要求：小電抗伏安特性為線性。第22頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月中性點(diǎn)采用小電抗接地要求：

該系統(tǒng)中所有變壓器的中性點(diǎn)都經(jīng)一個小電抗接地，即使系統(tǒng)被分裂成幾個部分，也不會出現(xiàn)中性點(diǎn)不接地的變壓器，對主變中性點(diǎn)絕緣水平要求大大降低。第23頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2中性點(diǎn)接地方式選擇小接地電流系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，無通信干擾問題，主要缺點(diǎn)是絕緣水平要求高；大接地電流系統(tǒng)則相反。

當(dāng)單相接地故障電容電流小于時，采用不接地方式。此時，可繼續(xù)運(yùn)行1～2小時，不用立即跳閘，但發(fā)生間歇性電弧接地時，過電壓一般為3倍額定電壓，可能使絕緣損壞。當(dāng)電流大于7A時，接地處的電弧不能自動熄滅，將產(chǎn)生較高的電弧過電壓(3.5～5倍)的過電壓，并易發(fā)展成為多相短路，單相接地保護(hù)應(yīng)瞬時動作于跳閘。

第24頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1主變壓器中性點(diǎn)接地方式

3kV～10kV系統(tǒng)多采用中性點(diǎn)不接地方式。當(dāng)線路長或有電纜線路而且單相接地電流越限時，可以采用經(jīng)消弧線圈接地方式。當(dāng)單相接地電容電流較大，采用消弧線圈很難有效地熄滅接地出的電弧時，可采用低電阻接地方式。35kV～66kV系統(tǒng)和3kV～10kV系統(tǒng)相似，由于35kV～66kV系統(tǒng)電網(wǎng)線路總長度一般都超過100km，單相接地電流都越限，因此多采用經(jīng)消弧線圈接地方式。

我國多數(shù)110kV系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地方式，但雷電活動較強(qiáng)的地區(qū)由于考慮供電可靠性也可采用經(jīng)消弧線圈接地方式。220kV及以上系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)500kV及以上系統(tǒng)，可在中性點(diǎn)與地之間接一個小電抗。實(shí)際電力系統(tǒng)中，不同中性點(diǎn)接地方式應(yīng)用范圍大致如下：第25頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式1)125MW及以下的發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生單相接地故障不要求瞬時切機(jī)時，且單相接地故障電流小于允許值時，中性點(diǎn)采用不接地方式。2)接地故障電流大于允許值的125MW及以下的發(fā)電機(jī)，或者200MW及以上的大機(jī)組要求能帶單相接地故障運(yùn)行時，中性點(diǎn)采用經(jīng)消弧線圈接地方式。3)200MW及以上發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)宜采用經(jīng)高阻接地方式。第26頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3高壓廠用變中性點(diǎn)接地方式高壓(3、6、10kV)廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇，與接地電容電流的大小有關(guān)：

當(dāng)接地電容電流小于7A時，宜采用高電阻接地方式，也可采用不接地方式；當(dāng)接地電容電流大于7A時，可采用經(jīng)消弧線圈或采用低電阻接地方式。圖7?10專用接地在沒有中性點(diǎn)可供接地用的高壓廠用電系統(tǒng)中，通常采用專用接地變壓器。第27頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.4低壓廠用變中性點(diǎn)接地方式低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要有中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地和中性點(diǎn)直接接地兩種接地方式。主廠房內(nèi)的低壓廠用電系統(tǒng)宜采用三相三線制，中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地。當(dāng)為三相四線制時，中性點(diǎn)采用直接接地方式。2.保護(hù)接地

(1)保護(hù)接地：將正常情況下不帶電、而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分(即與帶電部分相絕緣的金屬結(jié)構(gòu)部分)用導(dǎo)線與地可靠連接起來。(2)保護(hù)接地的目的：將電氣設(shè)備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接，降低接點(diǎn)的對地電壓，避免人體觸電危險。第28頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)保護(hù)接地的形式：接地保護(hù)：接零保護(hù)：將金屬外殼用保護(hù)接地線(PEE)與接地極直接連接。在交流電路中，中性線就是零線，也就是與發(fā)電機(jī)、變壓器直接接地的中性點(diǎn)連接的導(dǎo)線。當(dāng)將金屬外殼用保護(hù)線(protectiveearthing，PE)與保護(hù)中性線(PEN)相連接。第29頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1保護(hù)接地的類型

根據(jù)保護(hù)接地的實(shí)現(xiàn)方式又可以分為IT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)以及TT系統(tǒng)。2.1.1IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)：在中性點(diǎn)不直接接地三相三線制供電系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露可導(dǎo)電部分(金屬外殼和構(gòu)架等)與接地體之間作很好的金屬連接，用以保證當(dāng)電氣設(shè)備因絕緣損壞而漏電時產(chǎn)生的對地電壓不超過安全范圍。a無保護(hù)接地時的情況圖7?11中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)觸電情況分析b有保護(hù)接地時的情況第30頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2TN系統(tǒng)

(1)TN系統(tǒng)：是接零系統(tǒng)，在中性點(diǎn)直接接地的三相四線制的配電系統(tǒng)，將電氣設(shè)備的金屬外殼經(jīng)公共的保護(hù)線(PE)或保護(hù)中性線(PEN)與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連。(2)接零保護(hù)的原理：當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生一相碰殼時，短路電流經(jīng)外殼和零線構(gòu)成回路，回路中相線、零線和設(shè)備外殼阻抗很小，短路電流很大，令線路上的熔斷器迅速熔斷，切除故障，從而將漏電設(shè)備與電源斷開，消除觸電危險，并使配電系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常工作，從而起到保護(hù)作用。圖7?12aTN系統(tǒng)示意圖第31頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月TN-C系統(tǒng)：保護(hù)接零，整個系統(tǒng)中的中性線N與保護(hù)線PE是合一的。通常適用于三相負(fù)荷比較平衡且單相負(fù)荷容量較小的場所。PENbTN—S系統(tǒng)PENaTN—C系統(tǒng)(3)TN系統(tǒng)分類：TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)：在TN-C系統(tǒng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，另增加一條專用保護(hù)線(PE)，該條保護(hù)線是變壓器或配電盤的保護(hù)中性線(PEN)上引出，與原來的三相四線制或單相二線制一同進(jìn)行配線連接，就形成了TN-S系統(tǒng)。整個系統(tǒng)中的中性線N與保護(hù)線PE是分開的，保護(hù)線上沒有電流流過，設(shè)備外殼不帶電。第32頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月PENPENcTN—C—S系統(tǒng)TN-C-S系統(tǒng)：整個系統(tǒng)中的中性線N與保護(hù)線PE部分是合一的，局部采用專設(shè)的保護(hù)線。在TN系統(tǒng)中，還必須在以下地點(diǎn)重復(fù)接地：(1)架空線路末端及沿線每隔1km處；(2)電纜和架空線引入車間和大型建筑物處。2.1.3TT系統(tǒng)

APENCB圖7?12bTT系統(tǒng)示意圖(1)TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)適用于中性點(diǎn)直接接地的三相四線制系統(tǒng)，電氣設(shè)備的金屬外殼均各自單獨(dú)接地，接地點(diǎn)與系統(tǒng)接地點(diǎn)無關(guān)。TT系統(tǒng)中應(yīng)該裝設(shè)漏電保護(hù)裝置。第33頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月TT系統(tǒng)和TN-C系統(tǒng)是兩個具有各自獨(dú)立特性的系統(tǒng)，它們之間不僅不能相互替代，而且在保護(hù)措施上的要求又是截然的不同。(2)TT系統(tǒng)和TN-C系統(tǒng)的區(qū)別：APENCB圖7?12bTT系統(tǒng)示意圖PENaTN—C系統(tǒng)注意：同一配電系統(tǒng)只能采用同一種保護(hù)方式，兩種保護(hù)方式不得混用。第34頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2應(yīng)保護(hù)接地的電氣設(shè)備為防止其危及人身和設(shè)備的安全，發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備中下列部位應(yīng)保護(hù)接地。1)電機(jī)、變壓器和高壓電器等的底座和外殼；2)電氣設(shè)備傳動裝置；3)互感器的二次繞組；4)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)柜外殼、發(fā)電機(jī)出線柜和封閉母線的外殼等；5)氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)的接地端子；6)配電、控制、保護(hù)用的屏(柜、箱)及操作臺等的金屬框架；7)鎧裝控制電纜的外皮；8)屋內(nèi)外配電裝置的金屬架構(gòu)和鋼筋混凝土架構(gòu)以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門；第35頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月9)電力電纜接線盒、終端盒的外殼，電纜的外皮，穿線的鋼管和電纜橋架等；10)裝有避雷線的架空線路桿塔；11)除瀝青地面的居民區(qū)外，其他居民區(qū)內(nèi)，不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)中無避雷線架空線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔；12)裝在配電線路桿塔上的開關(guān)設(shè)備、電容器等電氣設(shè)備；13)箱式變電站的金屬箱體。第36頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月3.防雷接地

獨(dú)立避雷針(線)一般設(shè)置獨(dú)立的接地裝置，獨(dú)立避雷針(線)的接地裝置與接地網(wǎng)在地中的距離不應(yīng)小于3m。自避雷針(線)與接地網(wǎng)的連接點(diǎn)至變壓器或35kV及以下設(shè)備與接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)止，沿接地極的長度不得小于15m。與道路或建筑物的出、入口等的距離應(yīng)大于3m，否則應(yīng)采取均壓措施，如鋪設(shè)礫石、卵石和瀝青混凝土路面。構(gòu)架上的避雷針(線)應(yīng)與接地網(wǎng)連接，并應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。由連接點(diǎn)至變壓器接地點(diǎn)沿接地極的長度不應(yīng)小于15m。線路的避雷線應(yīng)與發(fā)電廠變電站的接地裝置相連，且有便于分開的連接點(diǎn)。當(dāng)不允許避雷線直接和發(fā)電廠變電站配電裝置架構(gòu)相連時，發(fā)電廠變電站接地網(wǎng)應(yīng)在地下與避雷線的接地裝置相連接，連接線埋在地中的長度不應(yīng)小于15m。第37頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月避雷器應(yīng)以最短的接地線與主接地網(wǎng)連接，且避雷器附近應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置。4.防靜電接地

發(fā)電廠易燃油、可燃油、天然氣和氫氣等貯罐，裝卸油臺、鐵路軌道、管道、鶴管、套筒及油槽車等應(yīng)做好防靜電接地。第38頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)接地裝置設(shè)計接地線和接地極合起來稱為接地裝置。1.對接地裝置的要求發(fā)電廠變電站的接地裝置應(yīng)充分利用自然接地極接地。在利用了自然接地極后，接地電阻尚不能滿足要求時，應(yīng)設(shè)置人工接地極。對于大接地短路電流系統(tǒng)的發(fā)電廠和變電站則不論自然接地極的情況如何，仍應(yīng)裝設(shè)人工接地極接地裝置的導(dǎo)體，應(yīng)符合熱穩(wěn)定與均壓的要求，還應(yīng)考慮腐蝕的影響。對發(fā)電廠和變電站，不論采用何種形式的人工接地極，都應(yīng)敷設(shè)以水平接地極為主的人工接地網(wǎng)，接地網(wǎng)的埋設(shè)深度不宜小于0.6m。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣各角應(yīng)做成圓弧形，圓弧的半徑不宜小于均壓帶間距的一半。第39頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月

設(shè)計接地網(wǎng)時，應(yīng)驗(yàn)算接觸電位差和跨步電位差。當(dāng)人工接地網(wǎng)局部地帶的接觸電位差、跨步電位差超過規(guī)定值，可采取局部增設(shè)水平均壓帶或垂直接地極鋪設(shè)礫石地面或?yàn)r青地面的措施。發(fā)電廠變電站內(nèi)，不同用途和不同電壓的電氣設(shè)備、設(shè)施，應(yīng)使用一個總的接地裝置，接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。為了便于分別測量接地電阻，可在合適地點(diǎn)設(shè)接地井。按70℃的允許載流量曲線選定接地線的截面對于敷設(shè)在地上的接地線，應(yīng)采用流過接地線的計算用單相接地故障電流的60%；對于敷設(shè)在地下的接地線，應(yīng)采用流過接地線的計算用單相接地故障電流的75%。第40頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月有效接地系統(tǒng)及低電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)電廠變電站電氣裝置中電氣設(shè)備接地線的截面，應(yīng)按接地短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

鋼接地線的短時溫度不應(yīng)超過400℃，銅接地線不應(yīng)超過450℃，鋁接地線不應(yīng)超過300℃。校驗(yàn)不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備接地線的熱穩(wěn)定時，敷設(shè)在地上的接地線長時間溫度不應(yīng)大于150℃，敷設(shè)在地下的接地線長時間溫度不應(yīng)大于100℃。第41頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2.接地指標(biāo)2.1接地電阻(1)接地電阻接地電阻：人工接地極或自然接地極的對地電阻和接地線電阻的總和。其數(shù)值等于接地裝置對地電壓與通過接地極流入地中電流的比值。R=Ugr/Igr

工頻接地電阻：按通過接地極流入地中工頻電流求得的電阻。沖擊接地電阻：按通過接地極流入地中沖擊電流求得的接地電阻。第42頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月接地電阻應(yīng)符合下式：(7?6)式中：R—考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻，Ω；

I—計算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，A。計算用流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，采用在接地裝置內(nèi)、外短路時，經(jīng)接地裝置流入地中的最大短路電流對稱分量最大值，該電流應(yīng)按5～10年發(fā)展后的系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定，并應(yīng)考慮系統(tǒng)中各接地中性點(diǎn)間的短路電流分配，以及避雷線中分走的接地短路電流。工頻接地電阻允許值如表7?1所示。(2)工頻接地電阻第43頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)沖擊接地電阻沖擊接地電阻值可能低于工頻接地電阻值，又可能大于工頻接地電阻值。沖擊接地電阻(7?7)式中R—單獨(dú)接地極的工頻接地電阻(Ω)；

α—單獨(dú)接地極的沖擊系數(shù)。2.2接觸電位差和跨步電位差在發(fā)生接地故障(如電力設(shè)備主絕緣損壞致使金屬外殼等與帶電部分相連通)時，位于分布電位場內(nèi)的人體所受到的電壓有接觸電位差和跨步電位差。圖7?14

接觸電位差和跨步電位差第44頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)概念接觸電位差：接地短路(故障)電流流過接地裝置時，大地表面形成分布電位，在地面上離設(shè)備的水平距離為0.8m處與設(shè)備外殼、架構(gòu)或墻壁離地面的垂直距離1.8m處兩點(diǎn)間的電位差；跨步電位差：接地短路(故障)電流流過接地裝置時，地面上水平距離為0.8m的兩點(diǎn)間的電位差。最大接觸電位差：接地網(wǎng)孔中心對接地網(wǎng)接地極的最大電位差。最大跨步電位差：接地網(wǎng)外的地面上水平距離0.8m處對接地網(wǎng)邊緣接地極的電位差。第45頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)對接觸電位差和跨步電位差的要求1)在110kV及以上有效接地系統(tǒng)和6～35kV低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地或同點(diǎn)兩相接地時，發(fā)電廠變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過式(7?8)和(7?9)數(shù)值。(7?8)(7?9)式中：Ut—接觸電位差，V；

Us—跨步電位差，V；

ρf—人腳站立處地表面的土壤電阻率，Ω·m；

t—接地短路(故障)電流的持續(xù)時間，s。第46頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2)3～66kV不接地、經(jīng)消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障后，當(dāng)不迅速切除故障時，此時發(fā)電廠變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過式(7?10)和(7?11)數(shù)值Ut=50+0.05ρf(7?10)Us=50+0.2ρf(7?11)3.接地裝置的選擇由于裸鋁導(dǎo)體易腐蝕，地下接地極、接地線一般采用鋼質(zhì)的。水平敷設(shè)的接地極可采用圓鋼、扁鋼；垂直敷設(shè)的接地極可采用鋼管、角鋼、槽鋼等。接地裝置的導(dǎo)體截面應(yīng)符合熱穩(wěn)定要求，且不小于表7?2所列規(guī)格。第47頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月種類規(guī)格及單位地上地下屋內(nèi)屋外圓鋼直徑mm688/10扁鋼截面mm２244848

厚度mm344角鋼厚度mm22.54鋼管管壁厚度mm2.52.53.5/2.5注1地下部分圓鋼的直徑，其分子、分母數(shù)據(jù)分別對應(yīng)于架空線路和發(fā)電廠變電站的接地裝置；2地下部分鋼管的壁厚，其分子、分母數(shù)據(jù)分別對應(yīng)于埋于土壤和埋于室內(nèi)混凝土地坪中；3架空線路桿塔的接地極引出線，其截面不應(yīng)小于50mm２，并應(yīng)熱鍍鋅。表7?2接地裝置導(dǎo)體的最小尺寸第48頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月4.人工接地極工頻接地電阻的計算4.1垂直接地極的接地電阻垂直接地極(圖7?15)的接地電阻可利用式(7?12)計算，當(dāng)l和d已知時，(7?12)式中：RV—垂直接地極的接地電阻，Ω；ρ—土壤電阻率，Ω·m；l—垂直接地極的長度，m；d—接地極用圓鋼時，圓鋼的直徑，m；圖7?15垂直接地極的示意圖第49頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2水平接地極的接地電阻可利用式(7?13)計算(7?13)式中：Rh—水平接地極的接地電阻，Ω；

L—水平接地極的總長度，m；

h—水平接地極的埋設(shè)深度，m；

d—水平接地極的直徑或等效直徑，m；

A—水平接地極的形狀系數(shù)。4.3接地網(wǎng)的接地電阻水平接地極為主邊緣閉合的接地網(wǎng)(圖7?17)的接地電阻可利用式(7?14)計算第50頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7?17接地網(wǎng)的形狀長孔接地網(wǎng)L2L1n=6方孔接地網(wǎng)n=6Rn=α1Re(7?14)式中：Rn—任意形狀邊緣閉合接地網(wǎng)的接地電阻，Ω；

Re—等值(即等面積、等水平接地極總長度)方形接地網(wǎng)的接地電阻，Ω；

S—接地網(wǎng)的總面積，m2；

d—水平接地極的直徑或等效直徑，m；

h—水平接地極的埋設(shè)深度，m；

L0—接地網(wǎng)的外緣邊線總長度，m；

L—水平接地極的總長度，m。第51頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4簡易計算人工接地極工頻接地電阻的簡易計算，可采用表7?4所列公式接地極型式簡易計算式垂直式R≈0.3ρ單根水平式R≈0.03ρ接地網(wǎng)(復(fù)合式)或注1垂直式為長度3m左右的接地極；2單根水平式為長度60m左右的接地極；3復(fù)合式中，S為大于100m2的閉合接地網(wǎng)的面積；r為與接地網(wǎng)面積S等值圓的半徑，即等效半徑，m。表7?4人工接地極工頻接地電阻(Ω)簡易計算式第52頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5降低接地電阻的措施在高土壤電阻率地區(qū)，可采取下列降低接地電阻的措施：1)當(dāng)在發(fā)電廠變電站2000m以內(nèi)有較低電阻率的土壤時，可敷設(shè)引外接地極；2)當(dāng)?shù)叵螺^深處的土壤電阻率較低時，可采用井式或深鉆式接地極；3)填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑；4)敷設(shè)水下接地網(wǎng)。

第53頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月5.發(fā)電廠變電站經(jīng)接地裝置的入地短路電流及電位計算5.1入地短路電流的計算廠站內(nèi)或廠站外發(fā)生接地短路時，流經(jīng)接地裝置的電流可分別按式(7?15)、(7?16)計算I=(Imax-In)(1-Ke1)(7?15)I=In(1-Ke2)(7?16)式中：I—入地短路電流，A；

Imax—接地短路時的最大接地短路電流，A；In—發(fā)生最大接地短路電流時，流經(jīng)發(fā)電廠變電站接地中性點(diǎn)的最大接地短路電流，A；

Ke1、Ke2—分別為廠或站內(nèi)和廠或站外短路時，避雷線的工頻分流系數(shù)。計算用入地短路電流取兩式中較大的I值。第54頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2接地故障時，接地裝置的電位、接觸電位差和跨步電位差的計算(1)接地裝置的電位可按式(7?17)計算Ug=IR(7?17)式中：Ug—接地裝置的電位，V；

I—計算用入地短路電流，A；

R—接地裝置(包括人工接地網(wǎng)及與其連接的所有其他自然接地極)的接地電阻，Ω。(2)均壓帶等間距布置時接地網(wǎng)(見圖7?17接地網(wǎng)的形狀)地表面的最大接觸電位差、跨步電位差的計算：1)接地網(wǎng)地表面的最大接觸電位差，即網(wǎng)孔中心對接地網(wǎng)接地極的最大電位差，可按式(7?18)計算Utmax=KtmaxUg(7?18)第55頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：Utmax—最大接觸電位差，V；Ktmax—最大接觸電位差系數(shù)。當(dāng)接地極的埋設(shè)深度h=0.6～0.8m時，Ktmax可按式(7?19)計算Ktmax=KdKLKnKs(7?19)式中：Kd、KL、Kn和Ks——系數(shù)，對30×30m2≤S≤500×500m2的接地網(wǎng):Kd=0.841-0.225lgdKL=1.0方孔接地網(wǎng)=1.1長孔接地網(wǎng)Kn=0.076+0.776/nKs=0.234+0.414lg式中：n—均壓帶計算根數(shù)；d—均壓帶等效直徑，m；L1、L2—分別為接地網(wǎng)的長度和寬度。第56頁，課件共61頁，創(chuàng)作于2023年2月2)接地網(wǎng)外的地表面最大跨步電位差可按式(7?20)計算Usmax=KsmaxUg(7?20)式中：Usmax—最大跨步電位差，V；

Ksmax—最大跨步電位差系數(shù)。正方形接地網(wǎng)的最大跨步電位差系數(shù)可按式(7?21)計算