农村66kV变电所接地装置的设计

0 农村 66kV 变电所接地装置的设计 摘要 近几年各地经济快速发展 一些地区的变电所已经满足不了负荷发展的需 要 各地新建和改造了许多 66kV 变电所 为规范和统一 66kV 变电所的建设工 作 一些省市制定了 66kV 变电所设计的指导性意见和范本 但是对变电所的 接地装置部分设计深度不够 使部分建设单位在施工设计中没有引起足够地重 视 致使在实际施工中凭经验来敷设接地装置 给今后电气设备的安装留下了 事故隐患 由于接地装置是保证变电所内人身和设备安全的重要设施 因此必 须重视对接地装置的设计工作 关 键 词 变电所 接地装置 设计 接地电阻 短路电流 避雷器 1 前言 发电厂和变电所中的接地装置按工作性质可分为工作接地和保护接地 工 作接地是指为保证电力系统正常情况和事故情况下能可靠工作 而将电力系统 中的某一点 通常是中性点 直接或经特殊设备与地作金属连接 保护接地是 为了保护人身安全 防止触电 而将正常情况下不带电的电气设备外壳或金属 结构与接地体之间作良好的金属连接 2 农村 66kV 变电所接地装置的设计 发电厂和变电所中的接地装置按工作性质可分为工作接地和保护接地 工 作接地是指为保证电力系统正常情况和事故情况下能可靠工作 而将电力系统 中的某一点 通常是中性点 直接或经特殊设备与地作金属连接 保护接地是 为了保护人身安全 防止触电 而将正常情况下不带电的电气设备外壳或金属 结构与接地体之间作良好的金属连接 接地的类型 1 工作接地为满足电力系统或电气设备的运行要求 而将电力系统的某一 点进行接地 称为工作接地 如电力系统的中性点接地 2 防雷接地为防止雷电过电压对人身或设备产生危害 而设置的过电压保 护设备的接地 称为防雷接地 如避雷针 避雷器的接地 3 保护接地为防止电气设备的绝缘损坏 将其金属外壳对地电压限制在安 全电压内 避免造成人身电击事故 将电气设备的外露可接近导体部分接地 称为保护接地 如 电机 变压器 照明器具 手持式或移动式用电器具和其他电器的 金属底座和外壳 电气设备的传动装置 配电 控制和保护用的盘 台 箱 的框架 交直流电力电缆的构架 接线盒和终端盒的金属外壳 电缆的金属 护层和穿线的钢管 室内 外配电装置的金属构架或钢筋混凝土构架的钢筋及靠近带电 部分的金属遮拦和金属门 架空线路的金属杆塔或钢筋混凝土杆塔的钢筋以及杆塔上的架空地 线 装在杆塔上的设备的外壳及支架 3 变 配 电所各种电气设备的底座或支架 民用电器的金属外壳 如洗衣机 电冰箱等 接地的要求 1 一般要求 为保证人身安全 所有的电气设备 都应装设接地装置 并将电气设备 外壳接地 设计中首先应利用各类自然接地体 一般应将各种不同用途和不同电压的电气设备使用一个总的接地装置 接地装置的接地电阻 应满足其中接地电阻最小的电气设备要求 电气设备的人工接地体应尽可能在电气设备所在地点附近对地电压分布 均匀 一般应采用环形接地体 设计接地装置时 应考虑到一年 4 季中 均能保证接地电阻的要求值 2 接地范围 变电所中电气设备的上列金属部分均需接地 变压器 电器 电机和照明器具等的底座和外壳 设备的传动装置 互感器的二次绕组 配电屏 保护屏 计量屏 电源屏与按制屏的框架 配电装置的金属构架和钢筋混凝土架构以及靠近带电部分的金属围栏 电力电缆的电缆接头 电缆终端的外壳以及电缆的外皮和钢管电缆的钢 管等 电缆的外皮 避雷器 保护间隙和避雷针的接地端 3 接地装置的布置 在布置变电所接地装置时 首先应保证无论施工或运行 在一年中的任何 季节 接地电阻都应不大于允许值 同时保证工作区域内电位分布较均匀 以 使接触电压和跨步电压在安全值以下 其次 应充分利用自然接地体 以便降 4 低工程造价 全国大部分的地区变电所的接地网 无特殊情况 一般均可采用棒形和带 形接地体联合组成的接地装置 对于不同的土壤电阻率 可分别采用不同的接 地装置 一般的要求及布置方式为 土壤电阻率 3 104 cm 时 因电位分布衰减较快 应采用以棒形 垂直接地体为主的棒带接地置 3 10 4 5 104 cm 时 因电位分布衰减较慢 应采用以水平 接地体为主的带棒接地装置 所有的接地装置应埋设于冻土层以下 一般埋设深度不小于 0 6m 尽量 利用固定电缆支 吊架用的预埋铁件作为屋内接地干线 接地装置的敷设方式 围绕屋外配电装置 屋内配电装置 按制室及其 它需要装设接地网的建筑物敷设环形接地网 各接地网之间的相互连线不应少 于 2 根 接地网外缘的各角应做成圆弧形 接地体 一般选用 50 5 镀锌角钢 120 镀锌圆钢和 40 5 镀锌扁 钢 角钢长度为 25m 水平敷设的接地体采用圆钢或扁钢 重直敷设的接地体 可采用角钢和圆钢 为减少接地体间的屏蔽作用 接地体之间的距离不应小于 3m 4 接地电阻 见表 1 表 1 接地电阻呈览表 大接地电流系统仅用于该系统接地 rjd 0 5 1kV 以上设备接地 rjd 250 Ijd 10 小接电电流系统与 1kV 以下设备共用时的接 地 rjd 120 Ijd 10 注 Ijd为接地短路电流的计算值 A rjd为接地电阻值 5 接地短路电流的计算值 在计算小接地电流系统的接地电阻时 其接地短路电流 Ijd 用以下方法确 5 定 在中性点经消弧线圈接地的电网中 计算电流应采取以下数值 当变电所有消弧圈时 计算电流等于消弧线圈额定电流的 125 当变电所不接消弧线圈时 计算电流按切断系统最大一台消弧线圈时 在此电网中可能发生的剩余接地短路电流来计算 但不得小于 30A 在中性点不接地的网络中计算电流采用单项接地电容电流 可按下式计 算 Ijd U 350 L1 Lj 350 A 式中 U 网络线电压 Kv L1 电缆线路长度 km Lj 架空线路长度 km 计算接地短路电流 应按运行中可能发生最大接地短路电流的接线方式 确定 6 避雷针和避雷器的接地 一般应采用垂直接地体做避雷针和避雷器的集中接地 以加强散泄雷电 流的作用 独立避雷针的接地装置与接地网的地中距离要求不小于 3m 配电装置构 架上的避雷针与接地网相连 并在其附近装设集中接地装置 独立避雷针及其接地装置与道路或建筑物出入口的距离应大于 3m 从避 雷针与接地网连接处到变压器或 35kV 及以下设备与接地网连接处的接地体长 度不能小于 15m 7 接地装置的计算 对于大多数以接地棒为主的接地装置 在计算中可以不单独计算水平接地 体的接地电阻 考虑到它的作用 一般接地棒可减少 10 左右 因此可以从接 地电阻直接求出接地棒的数量 n 0 9 Rc R c Rc K 6 式中 R 接地电阻要求值 Rc 垂直接地体的扩散电阻 土壤电阻率 cm c 接地体利用系统 一般为 0 65 0 75 K 系数 对于 50 5 角钢为 34 85 10 4 8 热稳定校验 在一般情况下 由于接地体的面积较大 所以不必进行热稳定的校验 但 对于 1000V 以上的大接地短路电流系统 单相接地电流值比较大 有产生的热 理超过允许发热范围的可能性 所以在选择接地线时 还必须进行热稳定性校 验 对于钢导体 可用下列公式校验其热稳定性 S Id 70 t mm2 式中 S 接地线的最小截面 mm2 Id 流过接地线的短路电流值 5 10 年发展规划 按系统最大运行方式 确定 A t 短路的切除时间 S 9 实例分析 原始数据 我们新城子农电局所属的清水变电所 由于地方经济发展 负荷增长较快 原变电所的容量已经不能满足需求 所以近期对其进行增容改造 其自然条件 和原始数据如下 清水变电所地势平坦 海拔 220m 交通便利 最高气温 40 最低气温 38 年平均气温 25 最大风速 25m s 覆冰厚度 10mm 土壤电阻率为黄粘 土 60 m 雷电日 30d 周围附近无污染区 冻土深度为 1m 主导风向夏南风 冬西北风 接地电阻的确定 7 66kV 为中性点不接地系统 其接地电阻要求值可根据单本接地电容电流来 确定 其架空线长度 L 111km Ijd U 35L1 Lj 350 66 111 350 20 93A 故接地电阻 R 要求 Ijd 120 20 93 3 15 10kV 为性点不接地系统 其线路长度 L 63km Ijd U 35 L1 Lj 350 10 63 350 1 8A 故接地电阻 R 要求 120 Ijd 120 1 8 66 67 所用电 380 220 中性点接地 接地电阻要求为 4 共用接地电阻应为 4 接地装置计算 根据土壤电阻率 60 m 接地装置以采用棒形地体为主 采用直径为 48 的钢管 长为 2 5m 其间以 20 4 的扁钢连接成环形 钢管上端埋入土 中深度为 1m 为了简化计算不单独计算连接扁钢的电阻值 采用近似计算直接 求出接地管的数目如下 n 0 9RC RY C 单根垂直接地体的接地电阻为 RC ln41 d 2 L 6000 2 3 14 250 ln 4 250 4 8 20 4 假定管距 a 7 5m 则 a L 7 5 2 5 3 又假设 n 30 由于册查得 C0 68 则 n 0 9 RC RY C 0 9 20 4 4 0 68 6 75 根 决定采用 20 根钢管 再次验算接地电阻 RY 0 9 20 20 0 68 1 35 4 围绕配电装置接地回路总长度为 190m 则 a 190 20 9 5 则 a L 9 5 2 5 3 8 3 由手册查得 C 0 82 0 68 8 故选 20 根是满足要求的 防雷接地装置的计算 一般雷电流设为 100kA 又根据已经条件 为 60 m 确定雷电流接地装 置由两根 20 4 扁钢 600 长的水平接地体和三根直径为 60 钢管 300 长的垂 直直接地体组成 水平接地体埋设深度为 0 5m 雷雨季节土壤中含有水分 故应考虑水分对土壤电阻率的影响 对水平接 地体 S S 0 1 4 6 103 0 84 104 cm 对垂直接地体 S S 0 1 2 6 103 0 72 104 cm 单根垂直接地体的电阻为 Rch ln41 d c 2 L 0 72 104 2 3 14 300 ln 4 300 6 20 3 单根水平接地体的电阻为 Rsh ln 2a2 bh c 2 a ln 2 6002 2 50 0 84 104 2 3 14 600 19 8 为 Rch Rsh 故可认为由水平与由垂直接地体流向大地的电流相同 其值 I 100 5 20kA 接地装置运行 接地装置运行中 接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂 接 地电阻也会随土壤变化而发生变化 因此 必须对接地装置定期进行检查和试 验 1 检查周期 变 配 电所的接地装置一般每年检查一次 9 根据车间或建筑物的具体情况 对接地线的运行情况一般每年检查 1 2 次 各种防雷装置的接地装置每年在雷雨季前检查一次 对有腐蚀性土壤的接地装置 应根据运行情况一般每 3 5 年对地面下 接地体检查一次 手持式 移动式电气设备的接地线应在每次使用前进行检查 接地装置的接地电阻一般 1 3 年测量一次 2 检查项目 检查接地装置的各连接点的接触是否良好 有无损伤 折断和腐蚀现象 对含有重酸 碱 盐等化学成分的土壤地带 一般可能为化工生产企业 药品生产企业及部分食品工业企业 应检查地面下 500mm 以上部位的接地体 的腐蚀程度 在土壤电阻率最大时 一般为雨季前 测量接地装置的接地电阻 并对 测量结果进行分析比较 电气设备检修后 应检查接地线连接情况 是否牢固可靠 检查电气设备与接地线连接 接地线与接地网连接 接地线与接地干线 连接是否完好 结论 诚然 变电所接地装置的腐蚀以至接地电阻的变化是不可避免的 大部分 变电所接地网的改造 可以通过采用更换土壤 深挖槽沟 提高接地网焊质量 10 等措施 从根本上解决了接地电阻不合格的问题 跟踪检测 分析研究土壤电 化学性能和腐蚀状况 采取相应的对策措施是行之效的 今后 66kV 变电所接 地网的改造 应编入地网改造施工控制点 形成制度化