第九章 接地装置幻灯片.ppt

第九章接地装置 第一节概述 第二节保护接地的基本概念 第三节接地电阻 第四节接地装置和布置 接地 将电力系统或建筑物中电气装置 设施应该接地的部分 经接地装置与大地作良好的电气连接 分类 1 工作 或系统 接地 在电力系统电气装置中 为运行需要所设的接地 2 保护接地 为保护人身和设备的安全 将电气装置正常不带电而由于绝缘损坏有可能带电的金属部分接地 3 防雷接地 为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地 4 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 第一节概述 2 接地装置由接地体和接地线两部分组成 1 接地体 埋入地中并直接与大地接触的金属导体 1 自然接地体 兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件 非可燃液体及气体的金属管道 建筑物或构筑物基础中的钢筋 电缆外皮 电杆的基础及其上的架空避雷线或中性线等 2 人工接地体 为满足接地装置接地电阻的要求而专门埋设的接地体 包括垂直埋入地中的钢管 角钢 槽钢 水平敷设的圆钢 扁钢 铜带等 2 接地线 将应该接地的部分与接地体连接的金属导体 接地网 由垂直和水平接地体组成的供发电厂 变电所使用的兼有泄放电流和均压作用的较大型的水平网状接地装置 3 接地装置的对地电压 或电位 接地装置与大地零电位点之间的电位差 4 接地装置的接地电阻 接地线电阻与接地体的对地电阻 又称散流电阻或扩散电阻 之和 接地电阻的数值等于接地装置的对地电压与通过接地体流入地中电流的比值 工频接地电阻 按通过接地体流入地中工频交流电流求得的电阻 冲击接地电阻 按通过接地体流入地中冲击电流求得的电阻 第二节保护接地的基本概念 一 人体触电人体触电 指人体触及或靠近带电体时 造成电流对人体的危害 1 触电对人体的伤害形式 电伤 电击电伤 电流的热效应等对人体外部造成的伤害 电击 电流通过人体 对人体内部器官造成的伤害 2 影响触电伤害程度的因素因素 通过人体电流的大小 电流通过的持续时间 电流通过的路径 电流的频率和人体的状况等因素相关 我国规定的人身安全电流值为30mA 我国规定的安全电压为 36V 24V 12V 3 触电的几种形式 1 人体直接接触或过分靠近电气设备的带电部分 2 人体接触到平时不处在电压下 但由于绝缘损坏而呈现电压的设备的金属外壳或构架 3 靠近电气设备带电部分的接地短路处 遭到较高电位所引起的伤害 二 保护接地1 保护接地的作用 1 无保护接地 当人触及绝缘损坏的外壳时 流过人体的电流为单相接地电流 会造成人身触电事故 图9 1说明保护接地作用的示意图 2 有保护接地 当人触及绝缘损坏的外壳时 人体电阻 Rm及人与地面接触电阻 Rc与接地装置的接地电阻 Ru并联 此时流过人体的Im为 9 1 2 接触电压和跨步电压当电气设备绝缘损坏发生接地时 接地电流的散流场和地面电位分布如图9 2所示 1 接触电压 Uc 人站在地面上离设备水平距离为0 8 m处 手触到设备外壳 构架离地面垂直距离为1 8 m处时 加于人手与脚之间的电压 图9 2接地电流的散流场和地面电位分布 9 2 2 跨步电压Ust 人沿地中电流的散流方向行走 步距为0 8 m时 两脚之间所受到的电压 9 3 3 接触电压和跨步电压的允许值与通过人体的电流数值 持续时间 地面土壤电阻率及电流通过人体的路径有关 1 110kV及以上有效接地系统和6 35kV低电阻接地系统 发生单相接地或同一地点的两相接地时 接触电压和跨步电压的允许值按下式计算 9 4 2 3 63kV不接地 经消弧线圈接地和高电阻接地系统 发生单相接地且不迅速切除故障时 接触电压和跨步电压的允许值按下式计算 9 5 三 低压系统的保护措施在380 220V三相四线制低压系统中 广泛采用中性点直接接地的运行方式 引出有中性线 N 保护线 PE 中性线 N 与低压系统电源中性点 接地点 连接用来传输电能的导线 保护线 PE 与电源接地点 设备的金属外壳等部分作电气连接的导线 这种将系统的一点直接接地 而将设备的外露可导电部分用保护线与该接地点连接的系统 称为TN系统 1 低压系统接地的几种型式 1 TN系统有如下三种型式1 TN C系统 中性线N与保护线PE是合一的 用PEN表示 图9 3 a TN C系统 2 TN S系统 中性线N与保护线PE是分开的 图9 3 b TN S系统 3 TN C S系统 有一部分中性线N与保护线PE是合一的 而另一部分是分开的 图9 3 c TN C S系统 2 TT系统 电气设备的外露导电部分接至电气上与系统电源接地点无关的接地装置 图9 3 d TT系统 2 重复接地在中性点直接接地的三相四线制低压供电系统中 当采用保护接零时 在某些情况下 要求将PEN或PE进行重复接地 即将这些保护线在不同地点分别接地 PEN线无重复接地的情况 当PEN线断线时 如果断线处之后的某台电动机的一相绝缘损坏碰到外壳 断线处之后的电气设备的外壳上将长期存在着近于相电压的电压 容易引起触电事故 PEN线有重复接地的情况 这时将形成经后段PEN线 接地装置 电源中性点接地装置的单相短路 设备外壳上的电压比前一种情况低得多 如果故障电动机的容量较小 则其熔断器或断路器的动作电流也较小 事故可能自动切除 因此 重复接地提高了安全性 图9 4保护中性线PEN 或保护线PE 重复接地 四 保护接地范围1应当接地或接零的部分 1 电机 变压器 电器 携带式及移动式用电器具的金属底座和外壳 2 电气设备传动装置 3 互感器的二次绕组 4 发电机中性点柜外壳 发电机出线柜和封闭母线的外壳等 5 气体绝缘全封闭组合电器 GIS 的接地端子 6 配电 控制 保护用的屏 柜 箱 及操作台等的金属框架 7 铠装控制电缆的外皮 8 屋内外配电装置的金属架构和钢筋混凝土架构以及靠近带电部分的金属围栏和金属门 9 电力电缆接线盒 终端盒的外壳 电缆的外皮 穿线的钢管和电缆桥架等 10 装有避雷线的架空线路杆塔 11 除沥青地面的居民区外 其他居民区内 不接地 消弧线圈接地和高电阻接地系统中无避雷线架空线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔 12 装在配电线路杆塔上的开关设备 电容器等电气设备 13 箱式变电站的金属箱体 2不需接地或接零的部分 1 在木质 沥青等不良导电地面的干燥房间内 交流标称电压380V及以下 直流标称电压220V及以下的电气设备外壳 但当维护人员可能同时触及电气设备外壳和接地物件时除外 2 安装在配电屏 控制屏和配电装置上的电测量仪表 继电器和其他低压电器等的外壳 以及当发生绝缘损坏时在支持物上不会引起危险电压的绝缘子金属底座等 3 安装在已接地的金属架构上的设备 应保证电气接触良好 如套管等 4 标称电压220V及以下的蓄电池室内的支架 5 除另有规定外由发电厂 变电所区域内引出的铁路轨道 第三节接地电阻 一 工频接地电阻允许值保护接地的接地电阻 Ru的数值可由 9 6 确定 9 6 1 有效接地系统的 Ru允许值在有效接地系统中 单相接地时保护动作将迅速切除故障 即故障存在时间短 人员在此期间触电的可能性很小 所以 Uu的规定值高些 不超过2000V 但因I较大 其 Ru允许值仍然较小 1 一般情况下 应符合下式 2 I 4000A时 要求 Ru 0 5 3 高土壤电阻率 大于500 m 地区 Ru不得大于5 并应采取措施使接地网电位合理分布 接触电压 Uu和跨步电压 Ust在允许值内 9 7 2 非有效接地系统的 Ru允许值在非有效接地系统中 单相接地时允许继续运行1 2h 因此 接地装置上较长时间存在电压 人员在此期间触电的可能性较大 所以 Uu的规定值较低 但因I较小 其 Ru允许值较大 1 高 低压电气设备共用的接地装置 Ru应符合下式 但不应大于4 2 高压电气设备单独用的接地装置 Ru应符合下式 但不宜大于10 9 8 9 9 3 高土壤电阻率地区 Ru不得大于30 且接触电压 Uu和跨步电压 Ust在允许值内 4 计算用I的取值如下 1 中性点不接地系统中 采用全系统Ic 并按式 8 19 计算 2 经消弧线圈接地系统中 对装有消弧线圈的发电厂 变电所电气设备的接地装置 I等于接在同一接地装置中同一系统各消弧线圈额定电流总和的1 25倍 对不装消弧线圈的发电厂 变电所电气设备的接地装置 I等于断开系统中最大一台消弧线圈或最长线路时的最大可能残余电流值 3 在经高电阻接地系统中 采用单相接地时全系统接地电流 3 低压电气设备的 Ru允许值 1 对低压电气设备 要求 Ru 4 对于使用同一接地装置的并列运行的发电机 变压器等电气设备 当其总容量不超过100kVA时 要求 Ru 10 在采用保护接零的低压系统中 上述 是指变压器的接地电阻 2 采用保护接零并进行重复接地时 要求 Ru 10 在电气设备接地装置的 Ru允许达到10 的电力网中 要求每一重复接地装置的 30 但重复接地点不应少于3处 二 工频接地电阻的计算1 土壤电阻率 工程设计中以实测的土壤电阻率 0为依据 设计中采用的计算值为 9 10 2 自然接地体接地电阻R1的计算 1 架空避雷线 9 11 9 12 2 埋地管道 长度 2 km的管道系统 9 13 4 建筑物 构筑物 的基础 3 电缆外皮 及长度 2 km的管道系统 9 15 9 14 3 人工接地体工频接地电阻 R2的计算 1 单根垂直接地体的接地电阻 l d 9 19 2 不同形状水平接地体的接地电阻 9 20 4 人工接地体工频接地电阻的简易计算 可采用表9 7所列公式 3 以水平接地体为主 边缘闭合的复合接地体 接地网 的接地电阻 9 21 一 接地装置布置的一般原则 1 各种不同用途和各种不同电压的电气没备 一般使用一个总的接地装置 2 发电厂 变电所的接地装置 除充分利用自然接地体外 一般还应敷设人工接地体 3 在高土壤电阻率地区可据具体情况采用相应降低接地电阻的措施 4 对发电厂和变电所 应敷设以水平接地体为主的人工接地网 5 人工接地网应围绕设备区域连成闭合形状 并在其中敷设若干水平均压带 接地网边角处应做成圆弧形 在35kV及以上变电所接地网边缘上经常有人出入的走道处 应在该走道下不同深度敷设两条与接地网相连的 帽檐式 均压带 接地网的埋深不宜小于0 6 在冻土地区应敷设在冻土层以下 第四节接地装置的布置 6 屋内接地网由敷设在房屋每一层内的接地干线组成 各层接地干线用几条上下联系的导线相互连接 而后在几个地点与主接地网连接 二 人工接地体的选择1 规格垂直接地体可采用钢管 角钢 单根长度一般为2 5m 水平接地体可采用扁钢 圆钢 按机械强度要求的接地装置导体 接地体和接地线 的最小尺寸应符合表9 8所列规格 接地装置的导体尚应满足热稳定与均压要求 还应考虑腐蚀的影响 实际采用的接地体一般规格为 钢管直径40 50 角钢40 40 4 50 50 5 扁钢40 4 圆钢直径16 敷设在大气和土壤中有腐蚀性场所的接地体和接地线 应根据腐蚀的性质经技术经济比较采取热镀锡 热镀锌等防腐措施 敷设在大气和土壤中有腐蚀性场所的接地体和接地线 应根据腐蚀的性质经技术经济比较采取热镀锡 热镀锌等防腐措施 2 热稳定校验未考虑腐蚀时 接地线的最小截面 Smin mm2 应符合下式要求 9 22 有效接地系统 te的取值如下 1 发电厂 变电所的继电保护配置有2套速动主保护 近接地后备保护 断路器失灵保护和自动重合闸时 取 9 23 2 配置有1套速动主保护 近或远 或远近结合的 后备保护和自动重合闸 有或无断路器失灵保护时 取 9 24 未考虑腐蚀时 接地装置接地体的截面不宜小于连接至该接地装置的接地线截面的75 三 接地装置的敷设 1 垂直接地体间距不宜小于其长度的2倍 水平接地体间距不宜小于5 2 接