ieee-std-80-2000交流变电站接地安全指南(完整版)

1版权©2000IEEE.版权所有IEEE交流变电站接地安全导则1.概述1.1范围本导则主要涉及室外交流变电站，包括传统交流变电站、气体绝缘变电站。也包括配电变电站、输电变电站和电厂变电站。在适当情况下，该导则中介绍的方法也可用于设计室内变电站或变电站的室内部分1。该导则不涉及直流变电站接地问题。也不涉及雷电冲击效应的定量分析。1.2目的该导则旨在为交流变电站接地的安全实施提供指导和相关信息。该导则的具体目的包括a)确定变电站故障时人体和接触点之间的电位差安全限值，并将其作为设计依据。b)回顾变电站接地安全做法，并制定变电站安全设计标准。c)依据这些标准提供实用接地系统设计规程。d)确定分析方法，帮助理解和解决典型梯度问题。1很显然，变电站场区内存在的相同的接地梯度问题不会出现在建筑物内。如果地板表面可以保证与地面电位的有效绝缘，或者有效等同于通常具有变电站接地电位（包括建筑物结构和装置）的一个导电板或者密孔网。因此，即使是在完全的室内变电站，比较关键的做法是考虑周边梯度（建筑物入口处）和传递电位（第8条中有说明）可能会产生的危害。此外，对于玻璃绝缘的室内设施，需要关注外壳上循环的电流，第10条中进行了探讨。2版权©2000IEEE.版权所有IEEEStd80-2000IEEE安全导则第1条至第8条介绍了安全标准的概念和使用，第9条至第13条介绍了实际设计接地系统时的考虑要素，第14条至第20条介绍了接地系统评估程序及方法（依据安全标准）。其他辅助资料参见附录A至附录G。该导则主要涉及50-60Hz电源的安全接地操作。不涉及直流变电站及雷电冲击效应相关问题。按照该导则设计的接地系统可提供一定程度的保护，防止陡波阵面冲击进入变电站并通过接地电极传到大地。2更多关于这些问题的信息，可查阅其他参考资料。1.3其他相关标准下列标准中包含了更多关于接地的详细信息：—IEEEStd81-19833和IEEEStd81.2-1991提供了大地电阻率、连接的接地系统阻抗和地表电位以及电网导体连续性测量规程。—IEEEStd142-1991（也称IEEE绿皮书）介绍了一些实际接地问题，包括设备接地、可避免地面感应电流的电缆布线、电缆护套接地、静电和雷电保护、室内装置等。—IEEEStd367-1996详细介绍了不对称电流现象以及故障分流，很大程度上与本导则中相当。同时，读者还可以了解到，相比本导则中使用的地电位升值，通信保护和继电保护应用中使用的则是根据不同的最大电网电流假设集得出的。—IEEEStd665-1995详细介绍了发电厂接地操作。—IEEEStd837-1989为接地系统连接的测试和标准规范，可满足第11条要求。2.参考文献该导则应与下列其他导则结合使用。一旦下列标准被批准版本所取代，批准的版本将适用：可信任标准委员会C2-1997，全国用电安全规程®(NESC®)。4IEEEStd81-1983，IEEE大地电阻率、接地阻抗和地表电位测量导则（第1部分）。5IEEEStd81.2-1992，IEEE大型接接地网、扩展接地网或互连接地网接地阻抗与安全性测量导则（第2部分）。2激增电涌所得到的更大阻抗可以在某种程度上增加接地引线对于接地网系统的电压降，并降低接地网更远部分的有效性。在很大程度上抵消这种情况的原因是人体在雷击电涌情况下显然能仍受的电流强度远大于50Hz或者60Hz电流的情况。3第2条中含有有关参考文件的信息4电气与电子工程师协会可以提供NESC。地址为美国新泽西州08855-1331皮斯卡塔韦Hoes巷445号，邮箱1331（）5电气与电子工程师协会可以提供IEEE的出版物；地址为美国新泽西州08855-1331皮斯卡塔韦Hoes巷445号，邮箱1331（）3版权©2000IEEE.版权所有IEEEStd80-2000交流变电站接地IEEEStd142-1991，IEEE工业和商业电力系统接地的推荐规程（IEEE绿皮书）。IEEEStd367-1996，IEEE短路电流所引起的变电站地电位升和感应电压确定的推荐规程。IEEEStd487-1992，IEEE服务于变电站的通信线和设施保护的推荐规程。IEEEStd525-1992(Reaff1999)，IEEE变电站内电缆系统设计与施工导则。IEEEStd665-1995，IEEE发电厂接地导则。IEEEStd837-1989(Reaff1996)，IEEE用于变电站内的永久性连接标准。IEEEStd1100-1999，IEEE电子设备供电与接地推荐规程（IEEE绿宝石书）。IEEEStdC37.122-1993，IEEEGIS变电站标准。IEEEStdC37.122.1-1993，IEEEGIS变电站导则。3.定义下列大多数定义仅适用于本导则。除非有明确说明，否则下列定义不适用于其他用途。所有定义均须在一定的条款背景下释读。更多定义请参见“IEEE电气和电子术语标准词典”[B86]。63.1辅助接地地极有某种设计或操作限制的接地电极。其主要作用不是可以不是将故障电流引导入地。3.2连续式外壳：沿着同相导体的外壳连续部分连接在一起为整个封闭长度上提供连续流路径的母线外壳。与其他相位外壳交叉互连只能在安装端部和几个选定的中间点处。3.3直流偏差：电力系统瞬变工况下对称电流波与有效电流波之间的偏差。准确来说，有效故障电流可分为两部分：一个是对称交流分量，一个是单向直流分量。单向分量可以是极性，但不会改变极性，而且会以一定的预定比值下降。3.4衰减系数：在安全导向接地计算中结合对称接地故障电流参数使用的调整系数。该系数确定了规定的故障持续时间内（tf）非对称电流波的均方根值，解释了初始直流偏差的影响以及故障时的衰减。3.5有效非对称故障电流：故障持续时间间隔内非对称电流波均方根值（见图1）。IF=Df×If（1）其中，IF为有效非对称故障电流，单位AIf为对称故障电流均方根值，单位ADf为衰减系数6括号中的数字与附录A中的参考文献相匹配。4版权©2000IEEE.版权所有IEEEStd80-2000IEEE安全导则图1-故障持续时间内实际故障电流值与IF、If和Df之间的关系5版权©2000IEEE.版权所有IEEEStd80-2000交流变电站接地3.6外壳电流：金属外壳中由流经封闭式导体的电流引起的电压所产生的电流。3.7故障电流分流系数：该系数表示对称故障电流与流经接地网和周围大地之间的电流成反比。(2)其中，Sf为故障电流分流系数Ig为对称栅极电流均方根值，单位AIo为零序故障电流，单位A注：实际上，电流分流系数在故障持续时间内会随着故障贡献衰减率的变化和中断装置的操作顺序而变化。但为了根据对称栅极电流和最大栅极电流定义计算设计值，假设整个故障持续时间内该比值保持不变。3.8气体绝缘变电站：一种封闭在接地金属外壳中的紧凑型多部件装置，其主要绝缘介质为气体，通常由母线、开关设备和辅助设备（组件）组成。3.9接地：一种导电连接方式，可以是有意的也可以是非故意的。采用该连接方式可将电路或设备与大地或相对较大程度上取代大地的导电体相连。3.10可接地：一种带有接地端的系统、电路或装置，用于建立接地回路并保持其电位在地电位。3.11地电流：流入或流出大地或等效地面的电流。3.12接地电极：埋入地下用以收集地电流或把地电流消散入地的导体。3.13接地垫：一块实心的金属板或一个密集的裸导体系统，它们与接地网相连并放置在接地网上、地面下不深之处或放在地面上的其他地方，目的是获得额外的保护措施，以便在危险操作区域或人们频繁出现的地方，使暴露于高跨步电压或接触电压的危险降至最小。接地垫的常见形式包括放置在地表或地表上方的接地金属栅栏，或直接放置地面材料下方的线网。3.14地电位升（GPR）：假定在远地电位时变电站接地网相对于远接地点可能达到的最大电位值。该电压值GPR等于最大栅极电流与栅极电阻的乘积。注：正常情况下，接地的电气设备可在地电位接近零时运转。也就是说，接地中性导体的电压几乎与远地电压相等。出现接地故障时，通过变电站接地网将故障电流部分导入大地会引起远地栅极电压上升。3.15接地回路：利用大地或等效导电体形成回路并实现与电源环流的回路。6版权©2000IEEE.版权所有IEEEStd80-2000IEEE安全导则3.16接地网：通常在一个指定的地点，由多个埋在地下互连裸导体组成的一个水平地极系统，可为电气设备或金属装置提供共用地。注：水平埋在地面附近的接地网，在控制地表电位梯度方面也是有效的。一个典型的接地网通常还包括多个地棒，并且可能与辅助电极进一步联接，以便降低它相对于远地的电阻。3.17接地系统：在一个指定的区域内由互连的所有接地装置组成的系统。3.18主接地线：用于将气体绝缘变电站（GIS）的所有指定金属元件连接到变电站接地系统的导体或导体系统。3.19最大栅极电流：最大栅极电流设计值定义如下：IG=Df×Ig(3)其中，IG为最大栅极电流，单位ADf为整个故障持续时间tf内的衰减系数，单位sIg为对称栅极电流均方根值，单位A3.20网电压：接接地网中一个网孔的最大接触电压。3.21金属间接触电压：变电站内可通过直接的手手接触或手脚接触连接的金属体或金属结构之间的电位差。注：传统变电站中，与接地网相连的金属体或金属结构之间的接触电压可忽略不计。但与接地网相连的金属体或金属结构之间的接触电压以及与变电站相连但与接地网不相连的金属体内部的接触电压可能会很大。如果是气体绝缘变电站（GIS），由于外壳内存在内部故障或感应电流，与接地网相连的金属体或金属结构之间的接触电压可能会很大。传统变电站中，最差的接触电压通常是最大可达距离处手脚之间的电位差。但如果是通过手手接触或手脚接触的电压，需要调查可能的最差接触情况。图12和图13为空气绝缘变电站的集中接触情况，图14为GIS中的接触情况。3.22不连续外壳：带有同相导体电气隔离（或互相隔离）连续外壳部分的母线外壳，这样电流不会流出外壳部分。3.23主接地极：按接地系统的设计要求（或不明确要求），专门为泄放（通常以一定的放电模式）故障电流入地而设计或调整的地极。3.24跨步电压：人体用脚连接1m距离且不接触接地物体时受到的表面电位差。3.25起始瞬态电抗：故障发生时发电机的电抗。该电抗值用于计算初始对称故障电流。电流连续减小，但首先第一步假设电流稳定保持在该值，故障后持续0.05s。7版权©2000IEEE.版权所有IEEEStd80-2000交流变电站接地3.26表层材料：土壤表面的材料，包括但不限于岩石或碎石、沥青、或人造材料。根据材料阻性的不同，表层材料可能会显著影响接触电压和跨步电压时的人体电流。3.27对称的栅极电流：流经接地网和周围大地之间的对称故障电流部分。可用公式表示为Ig=Sf×If(4)其中，Ig为对称栅极电流均方根值，单位AIf为对称故障电流均方根值，单位ASf为故障电流分流系数3.28对称接地故障电流：接地故障出现后对称故障电流的最大均方根值。同样地，它也可表示故障出现后在零点时间处前半个电流波中形成的对称分量均方根值。在相对地故障中，If(0+)=3I0″(5)其中，If(0+)为对称接地故障电流初始均方根值I0为故障出现之后立刻形成的零序对称电流均方根值，反映了引发故障的旋转电机次瞬态阻抗该对称故障电流均方根值可用符号If或3I0表示。采用后一种表示方法是因为在整个故障持续时间内，假设初始对称故障电流保持不变。3.29接触电压：一个人站立时用一只手接触接地结构引起的地电位升（GPR）与表面电位之间的电位差。3.30转移电压：接触电压的一种特殊情况，即从远地外部转移到变电站或从变电站转移到远地的电压。3.31瞬态外壳电压（TEV）：特快速瞬态现象，常见于GIS系统的接地外壳上。一般来说，如果接地引线太长（感应），则不能有效防止TEV的出现。这种现象也称为瞬态电位升高（TGR）或瞬态地电位升高（