电力系统接地方式.ppt

电力系统接地方式华中科技大学刘浔 CEEE HUST 电气与电子工程学院 一 概述二 电力系统的中性点接地三 低压配电系统的接地四 低压系统的接地与接零保护五 防雷接地六 接地电极 电气与电子工程学院 CEEE HUST 1 电气安全基本概念 1 电气事故 指由电流 电磁场 雷电 静电和某些电路故障等直接造成建筑设施 电气设备毁坏 人或动物伤亡 以及引起火灾和爆炸等后果的事件 2 触电电流 指通过人体或动物体并具有可能引起病理 生理效应特征的电流 3 故障电流 指由绝缘损坏或绝缘被短路而造成的电流 CEEE HUST 电气与电子工程学院 一 概述 4 绝缘 1 指导体绝缘后所获得的全部性能 2 指所有用于使器件绝缘的材料 5 绝缘电阻 指用绝缘材料隔开的两个导体之间 在规定条件下的电阻 6 人体总阻抗 指人的体内电阻与皮肤阻抗的矢量和 CEEE HUST 电气与电子工程学院 7 电气间隙 指两导电部分之间的最短直线距离 8 保护间隙 指带电部分与地之间用以限制可能发生最大过电压的间隙 9 隔离 1 使一个器件或电路与另外的器件或电路完全断开 2 用隔开的办法提供一种规定的防护等级以隔开任何带电的电路 10 安全距离 指为防止人体触及或接近带电体 防止车辆或其它的物体碰撞或接近带电体等造成的危险 在其间所需保持的一定空间距离 CEEE HUST 电气与电子工程学院 11 触电 人体接触设备的带电体 导致电流通过人体 造成各种伤害人体的感觉 并危及生命 触电形式有三种 1 单线触电 人站在地面或其他接地体上 身体其他部分触及某一相带电体所形成的触电 其危害程度与电网的中性点是否接地有直接关系 2 双线触电 人体两处同时触及两相带电体所形成的 危害程度大于单线触电 3 跨步电压触电 多发生在输电线断线 且断线带电下坠与大地接触构成短路 或某接地电阻偏大 在发生雷击或接地故障时 有大量电流流入大地 因而在接地点周围大地上产生了电压降 当人接近接地点时 两脚之间承受了跨步电压而形成触电 CEEE HUST 电气与电子工程学院 12 接地 将电气设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接起来 接地可分为正常接地和非人为的故障接地两类 13 接零 将电气设备的金属外壳等与中性点直接接地系统中的零线相连 零线是指与变压器直接接地的中性点连接的中性线 14 重复接地 将零线上的一处或多处 通过接地装置与大地再次可靠地接地 15 接地体 埋入地中并直接与大地接触的金属导体 CEEE HUST 电气与电子工程学院 16 接地线 电气设备 电力线路杆塔的接地螺栓与接地零线连接用导体 17 接地装置 接地体与接地线的总和 18 接地电阻 接地体对地电阻和接地线电阻的总和 称为接地装置的接地电阻 其值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值 该电流为工频电流 若为雷电流则此时的接地电阻称为冲击接地电阻 19 安全电压 不危及人身安全的电压称为安全电压 通常 安全电压取决于人体允许安全电流和人体电阻 20 安全电流 不致引起人体发生心室颤动的最大电流 从确保人身安全的观点出发 工频电流流经人体电流的大小和持续时间 应小于引起心室纤维性颤动的电流值和持续时间 21 接触电压 指人体同时触及接地电流回路两点时承受的电位差 22 跨步电压 当人在接地电流流散的区域内行走时 由于地面各点电位不同 因此在两脚之间 一般按0 8m考虑 存在电位差 在跨步电压作用下 人也会触电 2 接地定义接地 把设备的某一部分通过接地电极与大地紧密连接起来 3 接地作用防止人身遭受电击防止设备和线路遭受损坏预防火灾和防止雷击防止静电损害保障电力系统正常运行 电气与电子工程学院 CEEE HUST 4 接地分类工作接地 电力系统中的某一点 直接或经特殊设备与大地作电气上的连接 以保证系统正常稳定运行 保护接地 将一切在正常时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分 例如 各种电气设备的外壳 配电装置的金属构架等 接地 以保证工作人员的安全 防雷接地 为了避免雷电危害人身及设备 将强大的雷电流导入大地所实施的接地 电气与电子工程学院 CEEE HUST 5 系统接地方式中性点直接接地中性点有效接地系统中性点经消弧线圈接地中性点非有效接地系统中性点经电阻接地谐振接地系统中性点不接地 6 影响接地方式选择的因素供电可靠性安全因素过电压继电保护的选择性和灵活性通信干扰 7 接地与接零的技术要求 1 根据 电力设备接地设计技术规程 规定 由同一台发电机 同一台变压器或同一段母线供电的低压线路 不宜同时采用接零和接地两种保护方式 因为 如果将某些设备采用保护接地 另一些设备采用保护接零 则当采用保护接地的设备漏电时 保护接零的设备外壳也将同时带电 建筑电气设计技术规程 JGJ16 1983对电气设备的接地有如下规定 在中性点直接接地的低压电力网中 电力装置宜采用低压接零保护 在中性点非直接接地的低压电力网中 电力装置宜采用低压接地保护 由同一台发电机 同一台变压器或同一段母线供电的低压电力网 不宜同时采用上述两种保护方式 在中性点直接接地的低压电力电网中 当全部采用低压接零保护确有困难时 也可以同时采用上述两种方式 但不接零的电力装置或线段 应装设能自动切除接地故障的装置 如漏电保护装置等 CEEE HUST 电气与电子工程学院 2 在中性点直接接地的低压电网中 所有设备的外壳宜作接零保护 接在保护地线 PE线 上 N线 中性线 与外壳绝缘 3 在中性点不直接接地的电网中 所有设备的外壳宜作接地保护 4 禁止在保护地线 PE线 或保护中线 PEN 上装设熔断器或单独的断流开关 5 保护地线PE或保护中线PEN必须有足够的截面 以保证故障时短路电流的通过 并满足机械强度对最小尺寸的要求 CEEE HUST 电气与电子工程学院 8单独接地 共同接地和重复接地单独接地是指将电器装置和金属外壳各自分别就近进行接地 或将同一性质的装置集中连组再单独接地 共同接地是指不同性质的接地采用共同接地装置 或将不同性质的接地装置用等电位连结成共同接地装置 重复接地是指零线上工作接地以外其它点的再次接地 重复接地是提高TN方式安全性能的重要措施 重复接地的保护作用如下 1 降低漏电设备对地电压 2 减轻零线断线的危险 3 缩短故障持续时间 4 改善防雷性能 一 中性点不接地1 正常运行 二 电力系统的中性点接地 电气与电子工程学院 CEEE HUST 2 单相接地故障 电气与电子工程学院 CEEE HUST 单相接地时的电容电流 3 中性点不接地方式的适用范围 电气与电子工程学院 CEEE HUST 1 电压小于500伏的装置 380 220伏的照明装置除外 2 3 10千伏电力网 当单相接地电流小于30安时 如要求发电机能带单相接地故障运行 则当与发电机有电气连接的3 10千伏电网的接地电流小于5安时 3 35 60千伏电力网中 单相接地电流小于10安时 二 中性点经消弧线圈接地 电气与电子工程学院 CEEE HUST 电气与电子工程学院 CEEE HUST 单相接地时的电容电流 当IL IC时 电气与电子工程学院 CEEE HUST 补偿度 脱谐度 完全补偿欠补偿过补偿 电气与电子工程学院 CEEE HUST 补偿方式 IL IC IL IC IL IC 适用范围 电气与电子工程学院 CEEE HUST 广泛应用于3 60千伏电压等级的电力网 存在的问题 三 中性点直接接地 电气与电子工程学院 CEEE HUST 适用范围 我国 110KV及以上系统国外 220KV及以上系统 四 电力系统中性点经电阻器接地 电气与电子工程学院 CEEE HUST 中性点经电阻接地优缺点 五 电力系统中性点经电抗器接地 电气与电子工程学院 CEEE HUST 中性点经高阻抗接地方式 高电阻接地方式的优点 缺点 高阻抗接地方式的优点 六 接地方式的比较 电气设备和线路的绝缘水平继电保护工作的可靠性供电的可靠性与故障范围对通信和信号系统的干扰 CEEE HUST 电气与电子工程学院 考虑下列因素 接地方式综合评价 中性点不接地方式谐振接地方式电阻接地方式中性点直接接地方式 CEEE HUST 电气与电子工程学院 方式选择 220千伏及以上电压的电力网110 154千伏的电力网20 60千伏电力网3 10千伏电力网1000伏以下的电力网 CEEE HUST 电气与电子工程学院 三 低压配电系统的接地 一 接地制式的基本组成1 电气设备接地系统的组成部分 CEEE HUST 电气与电子工程学院 2 配电系统接地系统的组成部分 粗线 L 中性线 N 保护中性线 PEN 电源接地点人工接地点 二 接地制式的分类 接地制式按配电系统和电气设备不同的接地组合来分类 按照IEC 国际电工委员会 规定 接地制式一般由两个字母组成 必要时可加后续字母 CEEE HUST 电气与电子工程学院 第一个字母表示电源接地点对地的关系 T 法文Terre的首字母 表示直接接地 I 法文Isolant的首字母 表示不接地 包括所有带电部分与地隔离 或通过阻抗与大地相连 第二个字母表示电气设备的外露导电部分与地的关系 T 表示独立于电源接地点的直接接地 N 法文Neutre的首字母 表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连接 CEEE HUST 电气与电子工程学院 CEEE HUST 电气与电子工程学院 后续字母表示中性线与保护之间的关系 C 法文Combinaison的首字母 表示中性线N与保护线PE合并为PEN线 S 法文Separateur的首字母 表示中性线与保护线分开 C S表示在电源侧为PEN线 从某点分开为N及PE线 按接地制式划分的配电系统有TN S TN C TN C S TT IT等 三 各类系统的组成和特点 CEEE HUST 电气与电子工程学院 TN系统所有电气设备的外露导电部分接到保护线上 与配电系统的接地点相连 1 TN C系统在TN C系统中 保护线PE与中性线N合并为PEN线 在三相负荷不平衡时 PEN线上有电流 因此所采用的保护装置要合适 当单相短路电流大于其整定电流的1 5倍时 即能迅速动作 为了保证在发生事故时有足够的单相短路电流 PEN线要有足够大的导线截面 2 TN S系统 在TN S系统中 保护线和中性线分开用电设备外露可导电部分接到PE上 在正常工作时PE线上没有电流 因此设备的外露可导电部分不呈现对地电压 一旦发生一相带电部分与设备的外露可导电部分短接事故 由于PE线的电阻很小 将产生很大的短路电流使保护装置迅速切断电源 该方式比较安全 但费用高 应用场所 环境条件比较差的场所 也适用于数据处理 精密检测装置的供电系统 CEEE HUST 电气与电子工程学院 CEEE HUST 电气与电子工程学院 3 TN C S系统 在TN C S系统中 PEN线自某点起分为保护线和中性线 共用部分截面铜芯不得小于10mm2 铝芯不得小于16mm2 如系电缆芯线 则不得小于4mm2 应用场所 环境较差的场所 要求PE线与N线分开后 不得再合并 CEEE HUST 电气与电子工程学院 2 TT系统的组成和特点 TT系统必须有一个直接接地点 一般是变压器或发电机的中性点 如果没有中性点 必须有一根相线接地 特点 1 由于电源中性点是接地的 如发生一相接地故障 设备金属外壳与相线短接 这时故障电流主要经设备接地装置的接地电阻和电源中性点接地装置的接地电阻构成回路 漏电设备对地电压和零线对地电压分别为 此种接地方式导致了零线产生对地电压 而且和都可能远远超过安全电压 当人体触及漏电设备或触及零线都可能发生致命的触电危险 CEEE HUST 电气与电子工程学院 2 由于故障电流主要经电源接地点和设备外壳构成回路 其大小可简化为由于R0和Rb都是欧姆级的数值 因此故障电流Id不可能太大 假若R0 Rb均为4 时 Id也只有27 5安 一般的过电流保护装置不能自动跳闸起保护作用 故一般情况下不采用TT接地方式 应用场所 某些小负荷供电系统 此时用电设备的外露可导电部分采用各自的PE接地线 系统中要有快速切除接地故障的自动装置及其他措施 并保证零线没有触电的危险 CEEE HUST 电气与电子工程学院 3 IT系统的组成和特点 IT系统的电源不接地或通过阻抗接地 电气设备的外露导电部分可直接接地或通过保护线接到接地体上 CEEE HUST 电气与电子工程学院 特点 1 这种保护方式的实质是限制故障设备的对地电压 属故障电压保护 由于接地装置接地电阻Rb与人体电阻Rr并联 则一般情况下的对地电压为 Ud 式中 U 电网相电压 Z 电网每相对地绝缘的复数阻抗 因为Rb远小于Z 所以设备对地电压大大降低 只要控制Rb小于4 即可在发生单相接地故障时 将漏电设备对地电压限制在安全范围之内 触电危险得以消除 CEEE HUST 电气与电子工程学院 2 由于单相接地电流较小 发生单相接地后 系统还可继续运行 应用场所 煤矿等井下作业以及工厂等希望尽量少停电的系统 IT系统可采用如下保护器 绝缘监视器过电流动作保护器剩余电流动作保护器 又称漏电断路器 CEEE HUST 电气与电子工程学院 四 低压系统的接地与接零保护 一 接地保护接地保护是将电器正常运行中不带电的金属外壳与接地装置间作良好的金属连接 防止当电器的绝缘损坏时 外壳带电 发生人身触电事故 电器经接地保护后 当人再触及带电的电器金属外壳时 因有良好的接地并联电器存在 使通过人体的电流大为减少 CEEE HUST 电气与电子工程学院 电气设备的外壳没有接地保护当人体触及这个外壳时 就会有电流流过人体 CEEE HUST 电气与电子工程学院 电气设备的外壳采用保护接地 CEEE HUST 电气与电子工程学院 CEEE HUST 电气与电子工程学院 二 接零保护 将电气设备的外壳直接接到系统的零线上 此时设备的相线接壳 就相当于单相短路 短路电流以零线为闭合回路 不受接地电阻的限制 因此流过保护设备的电流会比保护接地时大 使保护设备能很快动作 切除故障 CEEE HUST 电气与电子工程学院 三 零线重复接地保护接零的三相四线系统中 当零线断线并发生一相碰壳故障时 接在断线后的所有电器的外壳上 都将出现接近相电压的对地电压 是非常危险的 因此对三相四线制低压系统的零线 除了在电源中性点进行工作接地外 还必须对零线的其他地方进行多点的重复接地 对人身安全可以起到一定保护作用 CEEE HUST 电气与电子工程学院 CEEE HUST 电气与电子工程学院 a TN C系统重复接地b TN S系统重复接地c TN C S系统重复接地d TT系统重复接地 同一系统中只能采用一种保护方式 若同一系统中有的电器保护接地 有的电器保护接零 则当接地的电器发生一相碰壳故障时 零线电压升高 而使所有接零电器的外壳都带上危险的电压 是不允许的 1 不允许在TN方式的三相四线低压电网中混用TT方式 若特殊需要采用TT方式时 则要求线路上必须装有快速切除接地故障的自动保护装置 2 在三相四线制低压电网中 应采取接零保护 3 工厂厂房或其它建筑物内 如有接地电网和不接地电网的两种供电方式 则应分别采取保护接零措施和保护接地措施 考虑到二者的接地装置总是通过各种金属构件 管道等多次连接起来的 因此允许二种方式共用一套接地装置 接地电阻应符合其中最小值的要求 CEEE HUST 电气与电子工程学院 保护方式选择 4 电力设备的下列金属部分 除另有规定者外 均应接地或接零 1 电机 变压器及其他电器的金属底座和外壳 互感器的二次绕组 2 电力设备的传动装置 3 配电屏和控制屏 以及保护屏的框架 4 交 直流电力电缆的接线盒 终端盒的金属外壳和电缆的金属护层 穿线的钢管 5 装有避雷线的电力线路杆塔 6 在非沥青地面的居民区内 无避雷线的小接地电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔 7 装在配电线路杆上的开关设备 电容器等电力设备 CEEE HUST 电气与电子工程学院 5 电力设备的下列金属部分 除另有规定者外 可不接地或不接零 1 在木质 沥青等不良导电地面的干燥房间内 交流额定电压为380V及以下 直流额定电压为440V以及以下的电气设备的外壳 但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其它物体时 则仍应接地 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 但爆炸危险场所除外 3 安装在配电屏 控制盘和配电装置上的电气测量仪表 继电器和其它低压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 CEEE HUST 电气与电子工程学院 4 安装在已接地的金属框架上的设备如套管等 应保证电气接触良好 但爆炸危险场所除外 5 额定电压为220V及以下的蓄电池室内的金属框架 6 与已接地的机床底座之间有可靠电气接触的电动机的电器的外壳 7 由发电厂 变电站和工业 企业区域内引出的铁路轨道 CEEE HUST 电气与电子工程学院 常用名词术语 1 直击雷 雷电直接击在建筑物 包括电气装置 和构筑物上 产生电效应 热效应和机械效应 2 雷电流 雷电直接击于低接地电阻物体时流过该物体至地下的电流 通常雷电流的最大值为150kA 3 雷电流陡度 雷电流的上升速度 通常雷电流陡度为30kA S 4 雷电感应 雷电放电时 在附近导体上产生的静电感应和电磁感应 它可能使金属部件间产生火花 CEEE HUST 电气与电子工程学院 五 防雷接地 雷电与过电压的有关概念 5 雷电波浸入 由于雷电对架空线路或金属管道的作用 雷电波可能沿着这些管线侵入屋内 危及人身安全或损坏设备 6 电磁感应 雷击后巨大的雷电流在周围空间产生瞬变的强磁场 该强磁场能在邻近导体上感应出很高的电压 7 静电感应 当雷云接近地面 在架空线路或其它导电凸出物顶部感应出大量电荷 一旦主放电发生时 放电通道中的正 负电荷迅速中和 架空线路或导电凸物上的感应电荷将转换成强烈的高电压冲击波 CEEE HUST 电气与电子工程学院 雷电与过电压 当雷击地面电气设备时 雷电流通过电气设备泄入地中 高达几十千安甚至数百千安的雷电流通过设备时 必须在其电阻 设备的自身电阻和接地电阻 上产生压降 其值可高达数百万甚至数千万伏 这一压降称为 直击雷过电压 若雷电并没有直击设备 而是发生在设备附近的两块雷块雷云之间或雷云对地面的其他物体之间 由于电磁和静电感应的作用 也会在设备上产生很高的电压 这称为感应雷过电压 CEEE HUST 电气与电子工程学院 CEEE HUST 电气与电子工程学院 波头时间2 6 s 波尾时间为50 s 防雷在于接地 防雷接地是以防止雷害为目的的接地 防雷装置组成部分 接闪器 引下线 接地电极 CEEE HUST 电气与电子工程学院 接闪器 CEEE HUST 电气与电子工程学院 引下线引下线又称引流器 它的作用是将接闪器承受的雷电流引到接地装置 CEEE HUST 电气与电子工程学院 接地装置防雷的接地装置有将直击雷电流发用到大地中去的防直击雷接地 有将引下线引流过程中对周围大型金属物体产生感应电势的防感应雷接地 还有防止高电位沿架空线侵入的放电间隙或避雷器接地等 CEEE HUST 电气与电子工程学院 接地装置材料的选择 接地装置包括接地体和接地线 接地体有自然接地体和人工接地体 根据所要求的接地电阻值 应该充分利用现有的自然接地体 如敷设在地下的水管 其它非可燃液体 气体的金属管道 金属井管 与大地有可靠连接的建筑物及构筑物金属结构 水工构筑物的金属构件和金属桩等 当自然接地体还不能满足要求时 应装设人工接地体 人工接地体常用钢管 园钢 角钢 扁钢等制成 为了保证足够的机械强度 并要考虑到防腐蚀的要求 CEEE HUST 电气与电子工程学院 对安装的一般要求 1 接地体宜避开人行道和建筑物出入口附近 与建筑物的距离不应小于1 5m 与独立避雷针的接地体之间的距离不应小于3m 接地体的上端埋入深度不应小于0 6m 并应埋在冻土层以下的潮湿土壤中 2 电气设备及构架应该接地部分 都应直接与接地体或它的接地干线相连接 不允许把几个接地的部分用接地线串联起来 再与接地体连续 3 不论所需的接地电阻是多少 接地体都不能少于两根 其间距离不应小于2 5m 4 接地线位置应便于检查 并不妨碍设备的拆卸的检修 接地线的颜色标志一般为黑色 5 接地装置各接地体的连接 要用电焊或气焊 不允许用锡焊 且不得有虚焊 一便焊接时 可用螺钉 铆钉等连接 但必须防止锈蚀 CEEE HUST 电气与电子工程学院 接地装置的安装 垂直接地体通常采用钢管或角钢 埋设前应先挖一地沟 然后再将接地体打入地下 上端露出沟底10 20cm 以便于焊接 水平埋设的接地体 埋深0 5 1 0m 可采用环形 放射式等 其材料通常采用扁钢和园钢 2 接地体的埋设 常用防雷装置要求的接地电阻值 无避雷线的架空线 小接地短路电流系统中水泥杆 金属杆R小于30 低压线路水泥杆 金属杆R小于30 零线重复接地R小于10 低压进户线绝缘子铁脚R小于30 CEEE HUST 电气与电子工程学院 第一类防雷建筑物 防直击雷 R小于10 第一类防雷建筑物 防感应雷 R小于5 第二类防雷建筑物 防直击雷 R小于10 第三类防雷建筑物 防直击雷 R小于30 烟囱接地R小于30 建筑物 保护变电所的户外独立避雷针R小于25 装设在变电所架空进线上的避雷针R小于25 阀型避雷器R小于5 防雷设备 六 接地电极 CEEE HUST 电气与电子工程学院 谢谢