发电厂电气部分 第9章 接地装置

第九章接地装置 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 工作接地 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 第二节保护接地的基本概念 1 地和对地电压2 零线3 接地装置 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 在交流电路中 与发电机 变压器直接接地的中性点连接的导线 或直流回路中的接地中性线 三相五线制系统中将零线分 保护零线和工作零线 接地体和接地线统称为接地装置 埋入地中并直接与大地接触的金属导体 称为接地体 电气设备接地部分与接地体相连接的金属导体 正常情况下不通过电流 称为接地线 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2 触电的几种形式 1 直接或过分靠近带电部分 2 接触绝缘损坏的带电设备 3 靠近带电部分的接地短路处 第二节保护接地的基本概念 二 保护接地1 保护接地的作用将电气装置正常情况下不带电的金属部分与接地装置连接起来 以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害 2 接触电压和跨步电压 1 接触电压 人站在地面上离设备水平距离为0 8m处 手触到设备外壳 构架离地面垂直距离为1 8m处时 加于人手与脚之间的电压 2 跨步电压 人在分布电位区域内沿地中电流的散流方向行走 步距为0 8m时 两脚之间所受到的电压 第二节保护接地的基本概念 在中性点不接地系统中 如果电气设备的外壳不接地 当电气设备绝缘损坏 发生一相碰壳时 设备外壳电位将上升为较高的电压 大于相电压的一半 人接触设备时 故障电流IE将全部通过人体流入地中 这显然是很危险的 当有保护接地 而人体触及电机外壳时 电流将同时沿着接地装置和人体流过 第二节保护接地的基本概念 保护接地是通过限制带电外壳对地电压或减小通过人体的电流来达到保证人身安全的目的 适当选择接地装置的接地电阻RE 就可以保证人身的安全 适用范围 1 1000V及以上高压配电装置中的设备均采用保护接地 2 1000V以下低压配电装置中的设备 在中性点不接地电网中采用保护接地 三相四线制系统 没有中性线的情况下采用保护接地 三相三线制系统 3 在供电系统中 凡由于绝缘破坏或其他原因而可能带有危险电压的金属部分 均应采用保护接地 vs 保护接零 定义 将电气装置正常情况下不带电的金属部分与系统零线连接起来 以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害 1 工作原理若没有采用保护接零措施 在电气设备的某一相绝缘损坏以后 运行人员接触设备的金属的结构或外壳时形成电流流过人体回路 导致触电 采用保护接零后 当某一相绝缘损坏时 单相接地短路电流IK则通过该相和零线构成回路 使线路上的保护装置迅速动作 从而将漏电设备与电源断开 消除了触电危险 并使低压系统迅速恢复正常工作 从而起到保护作用 2 适用范围及要求 1 额定电压1000V以下的低压配电装置中 在三相四线制中性点直接接地的380 200V电网中 电气设备外壳广泛采用保护接零 2 严禁在保护零线上安装熔断器或单独的断流开关 vs 保护接零 3 保护接零和保护接地方式混用的危险性 1 系统并存保护接地和保护接零时 当部分设备实行保护接零 则另一某台接地设备发生某相碰壳对地短路 该设备的容量较大 熔体的熔断电流也较大时 碰壳所产生的短路电流将不足以使熔断器熔断 导致电源不能切断 2 接地短路电流产生的压降 将使电网中性线的对地电压升高到电源相电压的一半或更高 从而所有接零电气设备的外壳均带有该升高的电压 此时 人体接触运行中的接零电气设备的外壳 便会发生触电事故 vs 重复接地 重复接地 零线的一处或多处通过接地体与地作良好的金属连接 1 作用采用保护接零时 零线重复接地可以减轻零线意外断线或接触不良时 接零设备上电击的危害性 减轻零线断线时负载中性点 漂移 还能降低故障持续时间内意外带电设备的对地电压 缩短漏电故障持续时间 改善架空线路的防雷性能 2 设置原则 1 零线重复接地 架空线路的干线和分支线的首终端 无分支的架空线路的沿线每1km处 电缆和架空线在引入屋内的进线处 车间内零干线的终端处 零干线很长时其中间的适当部位处 2 屋内设备接地时 将零线与所有低压开关等设备及控制屏的接地装置连接 3 低压线路零线每一重复接地装置的接地电阻不应大于10 4 在电力设备接地装置的接地电阻允许达到10 的电力网中 每一重复接地装置的接地电阻不应超过30 重复接地不应少于三处 vs 重复接地 有重复接地时 如图 b 所示 在断线处前电动机外壳上的电压接近于零值 断线处后的电动机其保护方式变成保护接地 其外壳上的电压降低 所以提高了保护接零的安全性 无重复接地时 如 a 所示 当零线发生断线的同时 电动机一相绝缘损坏碰壳 这时 在断线处前面的电动机外壳上的电压接近于零值 而在断线处后面的电动机失去保护 外壳上的电压接近于相电压值 无重复接地 有重复接地 第二节保护接地的基本概念 接触电压 人站在距设备0 8m处 人触及外壳 人手与脚之间的电压 跨步电压 人在地面行走 两脚接触该两点 人的跨步一般按0 8m计算 大牲畜的跨步可按1 0 1 4m计算 所承受的电压 人工接地装置的布置 应使接地装置附近的电位分布尽可能地均匀 尽量降低接触电压和跨步电压 以保证人身安全 提高接触电压和跨步电压的的措施 1 在电气设备周围加装局部的接地回路 在被保护地区的人员出入口处加装一些均压带 2 在设备周围 隔离开关操作地点及常有行人的处所 地表回填电阻率较高的卵石或水泥层等 三 低压系统的保护措施IT系统 TT系统和TN系统 TN系统分为 TN C系统 TN S系统 TN C S系统TN TT IT的字母含义 第一个字母表示电力系统的对地关系 T 中性点直接接地 I 中性点不接地或经阻抗接地 第二个字母表示电气装置外壳的对地关系 T 独立于电力系统接地点而直接接地 N 与电力系统接地点进行电气连接 配电系统导线代号 电源的中性线 代号 N 保护线 代号 PE 保护中性线 代号 PEN 第二节保护接地的基本概念 第二节保护接地的基本概念 1 IT系统在中性点不接地系统或经阻抗 1000 接地系统中将电气设备正常情况下不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接 第二节保护接地的基本概念 2 TN系统在中性点直接接地系统中电气设备在正常情况下不带电的金属外壳用保护线通过中性线与系统中性点相连接 TN C系统 保护接零 整个系统中的中性线N与保护线PE是合一的 通常适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的场所 第二节保护接地的基本概念 TN S系统 整个系统中的中性线N与保护线PE是分开的 保护线上没有电流流过 设备外壳不带电 广泛用于中小企业以及民用生活中 第二节保护接地的基本概念 TN C S系统 整个系统中的中性线N与保护线PE部分是合一的 局部采用专设的保护线 第二节保护接地的基本概念 3 TT系统在中性点接地系统中 将电气设备外壳 通过与系统接地无关的接地体直接接地 第二节保护接地的基本概念 一 保护接地方式的选择接地方式应根据电网的结构特点 运行方式 工作条件 安全要求等方面的情况 从安全 经济 可靠等要求出发 进行合理选择 保护接地适用于高压电力系统和中性点不接地的低压电力系统 在中性点直接接地的低压电力系统中 宜采用保护接零 且应装设能迅速自动切除接地短路电流的保护装置 如果用电设备较少 分散 采用接零保护确有困难 且土壤电阻率较低 可采用保护接地 并装设漏电保护器来切除故障 第二节保护接地的基本概念 必须接地或接零的部分 1 电机 变压器 开关电器 耦合电容器 电抗器和照明器具以及工器具等的底座及外壳 2 金属封闭气体绝缘开关设备 GIS 的接地端子 3 发电机中性点柜外壳 发电机出线柜和大电流封闭母线外壳等 4 电气设备的传动装置 5 互感器的二次绕组 6 配电 控制 保护用的屏 箱 柜 及操作台等的金属柜架 7 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 8 交 直流电力电缆接线盒 终端盒的外壳和电缆的外皮 穿线的钢管等 9 装有避雷线的电力线路的杆塔 10 在非沥青地面的居民区内 无避雷线的小接地短路电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔 11 装在配电线路上的开关设备 电容器等电力设备的底座及外壳 12 铠装控制电缆的外皮 非铠装或非金属护套电缆的1 2根屏蔽芯线 第二节保护接地的基本概念 2 不需接地或接零的部分 1 在木质 沥青等不良导体地面的于燥房间内 交流额定电压380V及以下 直流额定电压440V及以下的电力设备外壳 但当维护人员可能触及电力设备外壳和其他接地物体时除外 有爆炸危险的场所也除外 2 在干燥场所 交流额定电压127V及以下 直流额定电压110V及以下的电力设备外壳 但有爆炸危险的场所除外 3 安装在配电盘 控制台和配电装置间隔墙壁上的电气测量仪表 继电器和其他低压电器的外壳 以及当发生绝缘损坏时 在支持物上下会引起危险电压的绝缘子金属底座等 4 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 但有爆炸危险的场所除外 5 额定电压220V及以下的蓄电池室内支架 6 与已接地的机床底座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳 但有爆炸危险的场所除外 7 由发电厂 变电站和工业企业区域内引出的铁路轨道 但运送易燃易爆物者除外 第三节接地电阻 1 接地电阻的概念接地电阻 接地装置的电阻与接地体的流散电阻的总和 其包括接地体和接地线的电阻 接地电阻主要是指流散电阻 其数值等于接地装置对地电压与接地电流之比 工频接地电阻 通过接地体流入地中的电流是工频交流电流时求得的电阻 冲击接地电阻 有冲击电流通过接地体流入地中时 土壤被电离呈现的接地电阻 2 接地电阻的允许值在电力系统中 由于接地性质和接地方式不同 所要求的接地电阻值也不同 一般以允许对地电压值和单相接地短路电流来确定 第三节接地电阻 接地电阻值的规定 1 低压电力系统电气装置的接地电阻 1 配电变压器低压侧中性点的工作接地电阻 一般不应大于4 但当变压器容量不大于100kVA时 工作接地可不大于10 非电能计量的电流互感器的工作接地电阻 一般可不大于10 2 保护接地电阻值一般不应大于4 但当配电变压器容量不超过100kVA时 保护接地电阻可不大于10 在高土壤组电阻率地区的接地电阻不大于30 3 中性点直接接地的低压电力网中 采用保护接零时应将零线重复接地 接地电阻值不应大于10 但当变压器容量不大于100kVA且重复接地点不少于三处时 允许接地电阻不大于30 第三节接地电阻 2 高压电力系统电气装置的接地电阻1 在小接地短路电流系统中 高压与低压设备共用接地装置 要求接地电阻RE 120 I 但不应大于4 当变压器容量不超过100kVA时 接地电阻不宜大于10 2 在小接地短路电流系统中 高压设备采用独立的接地装置 要求接地电阻RE 250 I 但不宜大于10 3 在大接地短路电流系统中 一般地 当I 4000A时 接地装置的接地电阻应符合RE 2000 I 当I 4000A时 接地电阻应不大于0 5 3 独立避雷针的接地电阻 在土壤电阻率不大于500 m的地区不应大于10 4 防雷电感应的接地电阻不应大于30 5 发电厂的易燃油和天然气设施防静电接地的接地电阻不应大于30 第三节接地电阻 降低接地电阻的措施接地电阻的大小与接地体结构 组成和土壤的性质等因素有关 为了降低接地电阻 往往用多根的单一接地体以金属体并联连接而组成复合接地极或接地体组 屏蔽作用 电流流入各单一接地极时 将受到相互的限制 而妨碍电流的流散 这种影响电流流散的现象 对土壤电阻率较高的地区可以采取下列措施 1 附近有土壤电阻率较低的地方 可装设外引式接地体 2 如地下层土壤电阻率较小 例有地下水等 可用深井式接地 3 扩大接地网的面积 4 极特殊情况下可在土壤中加食盐或在接地坑内填入化学降阻剂 5 利用低土壤电阻率土壤置换接地体周围土壤 或用导电性混凝土 如果采取措施后仍然不能满足接地电阻的要求 只能采取加强等电位和铺设碎石地面以保证人身和设备的安全 第四节接地装置的布置 1 接地线接地线 自然接地线和人工接地线 自然接地线 工厂内部建筑物的金属结构 如梁 柱 构架等 生产用的金属结构如吊车轨道 配电装置外壳 起重升降机的构架 布线的钢管 电缆外皮以及非可燃和爆炸危险的工业管道等 人工接地线 一般情况下应以水平接地线为主 可采用直径6mm以上的圆钢或厚度为3mm以上的扁钢 其截面不小于60mm 2 接地体 第四节接地装置的布置 1 定期巡视和检查 1 要经常观察人工接地体周围的环境情况 2 对于接地装置与公路 铁道或管道等交叉的地方 应检查保护措施是否完好 接地线有无碰伤损坏 3 接地装置在接地线引进建筑物的入口处的标志是否完好明显 4 电气设备在每次大修后 应着重检查其接地线连接是否牢固 5 明敷的接地线表面所涂的标志漆应完好 6 当发现运行中接地装置的接地电阻不符合要求时 可采用降低接地电阻的措施 第四节