供电系统的保护接地与防雷

©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X内容提要：概述供电系统的保护接地与防雷保护。供电系统的保护接地与防雷©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X供电系统的保护接地与防雷第一节供电系统的保护接地第二节供电系统的防雷保护©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X第一节供电系统的保护接地©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X一、电流对人体的危害电流对人体的伤害程度与通过人体电流的强度、持续时间、频率、路径及人体健康状况等因素有关。电流大小不同，引起人体的生理、病理效应不同。我国规定触电时间不超过1s的安全电流为30mA(50Hz)。一般情况下通过人体的工频电流超过50mA时，心脏就会停止跳动，发生昏迷，并出现致命的电烧伤。工频100mA电流通过人体时，很快使人致命。图5-1是人体触电时间与通过人体电流对人身机体反应的曲线©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X二、接地和接地装置1．接地的基本概念电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地装置是由接地体和接地线两部分组成的。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称为接地电流－IE。试验表明，在距单根接地体或接地故障点20m左右的地方，实际上散流电阻已趋近于零，电位为零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。电气设备的接地部分与零电位的“地”（大地）之间的电位差，就称为接地部分的对地电压，如图中的UE。2．接地装置的散流效应©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X跨步电压和接触电压示意图接触电压是指设备的绝缘损坏时，在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差。跨步电压是指在故障点附近行走，两脚之间出现的电位差©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X3．接地电阻的组成及电力系统对接地电阻的要求a)土壤电阻:土壤电阻的大小用土壤电阻率表示。土壤电阻率就是体积为一立方厘米的正立方体土壤的电阻值。b)接地线:自然接地线包括建筑物的金属结构，生产用的金属构架如吊车轨道、配电装置外壳，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。c)接地极:自然接地极主要有：地下水管道，非可燃、非爆炸性液、气金属管道；建筑物和构筑物的金属结构和电缆外皮。（2）电力系统对接地电阻的要求电力系统在不同情况下对接地电阻的要求是不同的。具体内容见表5-3（1）决定接地电阻的因素©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X4．工频接地电阻的计算不同类型的单个接地极的接地电阻计算公式，在设计手册中均有介绍，读者可根据需要参考有关设计手册。在实际的供电系统设计中，往往单个接地极的接地电阻不能满足某些系统对接地电阻的要求，因此，必须将数根接地极进行并联成组。gEgEgnRREgR——人工接地极(以钢管为例)单根电阻（Ω）n——接地极的根数g——接地极组的利用系数，根据接地极布置情况，根数及其间距而定；设计时可查阅相关设计手册EgR——人工接地极组的总电阻值（Ω）©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X组合接地极是用扁钢连接的bEbEbRREbREbRb——长度为z的扁钢考虑利用系数时的电阻值（Ω）——长度为z的扁钢，未考虑利用系数影响前的电阻值（Ω）——扁钢的利用系数。设计时可查阅相关设计手册。人工接地网的总接地电阻EbEgEbEgEMRRRRR人工接地极组的总电阻为EMEbEbEMEgRRRRRgEgEgRRn钢管数扁钢gEgEg9.0RRn©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X5.冲击接地电阻的计算冲击接地电阻EshshRRshRshER——冲击接地电阻（Ω）——接地体的冲击系数——工频接地电阻（Ω）©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X三、保护接地为保证人体触及意外带电的电气设备时的人身安全，而将电气设备的金属外壳进行接地即为保护接地（又称安全接地）。工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地等。依据低压配电系统的对地关系、电气设备（或装置）的外露可导电部分的对地关系以及整个系统的中性线（neutralwire，简写N线）与保护线（protectivewire，简写PE线）的组合情况，低压配电系统接地型式有IT系统、TT系统和TN系统（包括TN-C、TN-S、TN-C-S系统）共5种。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X第1个字母表示系统电源端与地的关系；T－表示电源端有一点直接接地；I－表示电源端所有带电部分不接地或经消弧线圈(或阻抗)接地。第2个字母表示系统中的电气设备(或装置)外露可导电部分与地的关系；T－表示电气设备(或装置)外露可导电部分与大地有直接的电气连接；N－表示电气设备(或装置)外露可导电部分与配电系统的中性点有直接的电气连接。第2个字母后的字母：表示系统的中性线和保护线的组合关系；C－表示整个系统中性线与保护线共用；S－表示整个系统中性线与保护线是分开的；CS－表示系统中有一部分中性线与保护线是共用的。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X1、IT系统电源小电流接地系统的保护接地方式，电气设备的不带电金属部分直接经接地体接地。10KV供电线路及煤矿井下660V,380V配电线路均为IT系统。煤安规程规定井下严禁中性点直接接地变压器供电。电气设备的保护接地（IT系统）以井下660/380系统为例，不采取接地保护时人体接触漏电设备时通过人体的漏电流约为154ma，采取接地保护后人体接触漏电设备通过的漏电流约0.8ma，因此应采取接地保护及漏电保护来保证人身安全。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X2、TT系统配电系统的中性线N引出，但电气设备的不带电金属部分经各自的接地装置直接接地TT系统以380/220V系统为例，TT系统中设备外壳不采取接地保护发生人体触电时流过人体的电流约120ma，采取接地保护后通过人体的触电电流约为65ma，因此TT系统设备接地只是降低了人体触及带电设备的危险程度，也不足以将人体触及带电设备通过人体的电流降低到30ma的安全值以下，因此采用TT系统必须在电源开关处加装漏电保护或者使设备接地电阻降至0.5欧以下。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X3.TN系统©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X四、共同接地与重复接地1、共同接地要想用简单可靠的方法保证安全，就应当采取共同接地的方式(见图5-9)。这样就可以将两相分别接地短路变成相间短路，迅速使保护装置动作。图5-9共同接地©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X2、重复接地同一低压系统中，不能有的采取保护接地，有的又采取保护接零，否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压。中性点不接地系统中的设备不允许采用保护接零。因为任一设备发生碰壳时都将使所有设备外壳上出现近于相电压的对地电压，这是十分危险的。在中性线上不允许安装熔断器和开关，以防中性线断线，失去保护接零的作用，为安全起见，中性线还必须实行重复接地，以保证接零保护的可靠性。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，称为重复接地。重复接地可在系统中发生碰壳短路时降低零线的对地电压，减轻触电的危险。当采用保护接零而零线断裂时，如果在断线后的电力设备有一相碰壳，则后面的零线会带上相电压，造成危险。采用了重复接地后，接在断裂处后面的所有电气设备外壳上的对地电压UE＜U，危险程度降低。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X五、漏电保护器的应用漏电保护（又称剩余电流保护）是从泄漏电流，人体触电等非金属性单相接地故障考虑，用来保护人身及设备安全的一种保护方式。漏电保护器的类型按其工作原理可分为电压动作型、电流动作型、电压电流动作型、交流脉冲型和直流动作型等。由于电流动作型的检测特性较好，既可作全系统的总保护，也可作各干线、支线的分级保护，所以是目前应用较为普遍的一种。电流动作型漏电保护器主要由零序电流互感器、脱扣机构及主开关组成。零序电流互感器是一个检测元件，可以安装在变压器中性点与接地板之间，构成全网总保护，也可安装在干线或分支线上，构成干线或分支线保护。如图5-13所示。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X图5-13电流动作型漏电保护器工作原理图a)全网总保护b)支干线保护©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X干线或分支线回路的漏电保护工作原理可用图5-14来说明。图5-14干线回路漏电保护工作原理©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X(1)漏电保护用于TN系统中，从使用漏电保护装置的地点起，TN－C系统应改用TN－S系统，即保护线不再用作中性线，使整体成为TN－C－S系统。(2)漏电保护应用于TT系统中，可以降低对设备接地电阻值的要求。但是装设漏电保护和不装漏电保护的设备不能共用一个接地装置。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X第二节供电系统的防雷保护过电压内部过电压外部过电压（雷电过电压）直击雷击感应雷击雷电波侵入一、过电压与雷电的有关概念（一）过电压的形式操作过电压谐振过电压等（二）雷电流的产生、幅值与陡度异性带电雷云间的放电就是通常所说的闪电。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X0波尾波头1～4μst/I/kAImIm/2μs雷电流是一个陡度很高、幅值很大的冲击波电流。对电力系统的电气设备来说，雷电流的陡度越大，在负载电感L上产生的过电压也越大，对绝缘的破坏性也就越严重。LddiuLt雷云对地或架空线路的放电就会造成雷电流。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X雷电冲击波具有波的传导特性。输电线路受到雷击后，产生的雷电冲击波会向输电线路两侧流动传播，雷电波在传导过程中到达结点后，还会发生折射和反射现象。00d1dxvtLC传播速度雷电波沿架空线传播的速度与光速（3×108m/s）相同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/2～1/3。00CLiuZ波阻抗波阻抗表征的是沿导线传播的电压冲击波和电流冲击波之间的动态关系，与线路长度无关。（三）雷电冲击波的基本特性©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X反射波入射波折射波Z1Z2雷电入射波到达线路末端结点处会发生全反射，线路的开路末端电压将增大至雷电行波电压的2倍，严重威胁线路的绝缘安全，必须设置避雷器等防雷保护措施。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X二、防雷装置防雷设备由接闪器、引下线、接地装置等组成。接闪器是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪器包括金属杆状的避雷针，金属线状的避雷线，金属带状或网状的避雷带、避雷网等。避雷针的作用是引雷。1.避雷针©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的避雷针（线）下面，有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受雷击。我们把这个安全区域叫做避雷针的保护范围。©中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术电子课件X避雷针的保护范围用“滚球法”来确定。当避雷针高度为h时，如h≤hr，地面上的保护半径r0为单支避雷针的保护范围)2(r0hhhr高度为hx的平面xx’上的保护半径rx为)2