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1、第5章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,第一节 供电系统的保护接地,一、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。,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
2、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,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,3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 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
3、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,供电系统和设备接地的方式有以下几种：（1）工作接地 在正常和事故情况下，为保证电气设备可靠地运行，将电气设备的某一部分进行接地，称为工作接地。如变压器、发电机、电压互感器的中性点接地等，都属于该类接地。（2）保护接地 为防止设备外壳带电危及人身安全进行的接地，称为保护接地。根据供电系统的中性点及电气设备的接地方式，保护接地可分为三种不同类型，即：
4、IT型、TN型及TT型。,二、接地的种类,1、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,电气设备的保护接地（IT系统）,当电气设备外壳带电时,接地电容电流分别经接地体和人体两条支路通过。只要接地装置的接地电阻在一定范围内，就会使流经人体的电流被限制在安全范围内。,2、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,3、TN系统,TN系统,当供电系统是大电流接地系统时，接在系统中的设备进行保护接地，称为TN系统。,根据电气设备不同的接地方法，TN系统又分为以下三种形式：,四、共同接地与重复接地,1、共同接
5、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,2、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。,在中性点直接接
6、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，危险程度大大降低，,第二节 供电系统的防雷保护,过电压,（雷电过电压）,一、过电压与雷电的有关概念,（一）过电压的形式,（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。,雷电现象是一种自然现象，雷电产生原因的学说很多，现象比较复杂，至今尚无定论。它与
7、当地地质结构、地物地貌、大气气流、地球纬度等都有关系。由雷电产生的过电压，其电压幅值可达上亿伏，电流幅值可高达几十万安培。对供电系统、构筑物、生产设备都会造成很大的危害。必须根据地区的地物、地貌、地质条件，以及雷电活动的频繁程度，对工厂的各种设施加以防雷保护。,雷电对供电系统、构筑物、生产设备造成的危害，有直接和间接两种方式，主要是通过直击雷和感应雷来实现的。,直击雷：又称直接雷击，它是指雷电直接击在地面建筑物、供配电网络及设备上，产生的热效应和力效应造成的破坏。雷电击在输电线路上，不仅会危害线路本身，而且雷电沿导线传输至配电所将危及变配电所设备的安全。,二、直击雷及防直击雷装置,雷云,大地,
8、直击雷示意图,大地,雷云,雷电先导,迎电先导,放电,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。,雷云对地或架空线路的放电就会造成雷电流。,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,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。,避雷针的保
9、护范围用“滚球法”来确定。当避雷针高度为h时，如hhr，地面上的保护半径r0为,单支避雷针的保护范围,高度为hx的平面xx上的保护半径rx为,避雷针接地必须良好，接地电阻不宜超过10；35kV及以下变配电所的避雷针应单独装设支架，避雷针与被保护设备之间的空气距离不小于5m；独立避雷针应有自己专用的接地装置，接地装置与变配电所接地网间的地中距离不应小于3m；避雷针及接地装置与道路入口等的距离不小于3m。,“折线法”,现行电力行业标准DL/T6201997规定，用于变配电所和电力线路的防雷保护时，避雷针、线的保护范围按“折线法”来确定。,2.避雷线,避雷线的接闪原理与避雷针类似。,感应雷：指雷电对
10、设备、线路或其它物体的静电感应所引起的过电压现象。如在户外输电线路上空若存在雷云，带电荷的雷云将对导线产生静电感应，相当于在导线上充以大量与雷云相异的电荷并建立起相应的雷电感应过电压。当雷云对附近地面或另一雷云放电后，导线上感应电荷将失去束缚而成为自由电荷，它在雷电感应过电压的推动下，以电磁波的速度向导线两侧冲击流动。从而形成感应过电压冲击波，该感应过电压可以达到300500KV会给110KV以下设备造成危害,三、感应雷及防雷装置,雷云,雷云,放电,线路,线路,架空线上的感应过电压,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，
11、必须设置避雷器等防雷保护措施。,变电所常采用一段100200m的进线电缆，以达到降低行波陡度的效果。,阀电阻特性,避雷器,避雷器的作用是防止雷电过电压沿输电线路侵入变电所或其它建筑物，危害电气设备的绝缘。,在工频电压下，金属氧化物避雷器呈现极高电阻，能迅速有效地阻断工频续流，无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；而当雷电过电压的作用下，其电阻变为很小，能较好地泄放雷电流。,避雷器是用来防止线路的感应雷及沿线路侵入的过电压波对变电所内的电气设备造成的损害。它一般接于各段母线与架空线的进出口处，装在被保护设备的电源侧，与被保护设备并联,避雷器的连接,管型避雷器,管型避雷器主要用于变配电所的进线保
12、护和线路绝缘弱点的保护，保护性能较好的管型避雷器可用于保护配电变压器。,管型避雷器结构示意图1产气管；2胶木管；3棒形电极；4环形电极；5动作指示器；s1内间隙；s2外间隙,阀型避雷器,由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。阀型避雷器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容易通过阀性电阻而引入大地，释放过电压负荷，阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。,金属氧
13、化物避雷器,金属氧化物避雷器又称压敏避雷器。它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器。压敏电阻片是氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工频电压下，它具有极大的电阻，能迅速有效地阻断工频电流，因此不需要火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；在雷电过电压作用下，其电阻变得很小，能很好地泄放雷电流。,四、供电系统的防雷措施,户外变配电所中，一般采用避雷针作为直击雷的防护装置，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内。,变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进行雷电侵入波的防护。,避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线
14、应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。,避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。,（1）架空线的防雷措施,用户供电系统是电力系统的负荷末端，具有以下特点：1)一般架空线路都在35kV以下，是中性点不接地系统，当雷击杆顶对一相导线放电时，工频接地电流很小，不会引起线路的跳闸。2)配电网路一般不长，同时架空线路多受建筑物和树木的屏蔽，遭受雷击的机会比较少。3)对于有重要负荷的供电系统，采用双电源供电或自动重合闸装置，可以减轻雷害事故的影响。,用户供电系统35kV架空线路的防雷一般可采用以下措施：1)增加架空线绝缘子个
15、数，采用较高等级的绝缘子，或顶相用针式而下面两相改用悬式绝缘子，提高反击电压水平。2)部分架空线装设避雷线。3)改进杆塔结构，譬如当应力允许时，可以采用瓷横担等。4)减小接地电阻以及采用拉线减少杆塔电感。5)采用电缆供电。对于610kV架空线，一般比35kV线路高度低，不需装设避雷线，防雷方式可利用钢筋混凝土杆的自然接地，必要时也可采用双电源供电和自动重合闸。,（2）变电所的防雷,用户变电所主要是利用装设避雷针和避雷器对直击雷和线路侵入冲击波进行防护,图5-27 独立避雷针与附近设施的最小距离,避雷器 对线路侵入雷电冲击波的防护,a)示意图 b)电压变化图,(3)变电所防雷的进线段保护,对于全
16、线无避雷线的35kV变电所进线，当雷击于附近的架空线时，冲击波的陡度必然会超过变电所电气设备绝缘所能允许的程度，流过避雷器的电流也会超过5kA，当然这是不能允许的。所以，这种线路靠近变电所的一段进线(12km)上必须装设避雷装置。,图5-30 35110kV全线无避雷线线路变电所进线段标准防雷保护方式,对于容量较小的用户供电系统变电所，还可以根据其重要性和雷曝日数采取简化的进线段保护，例如对容量为31505600kVA的变电所，可以考虑采用避雷线长仅为500600m的进线保护段,图5-31 简化进线段保护（电压35kV，容量31505600kVA）F1阀式避雷器 F2、F3管式避雷器或保护间隙,对负荷不很重要，容量在3150kVA以下的变电所，可采用图5-32a的保护方式，对1000kVA以下的变电所。还可按图5-32b的保护方式，应当注意的是，不论怎样简化，阀式避雷器距变压器和电压互感器的最大电气距离不宜大于10m。,图5-32 简化进线保护方式a)35kV，3150kVA以下,图5-32 简化进线保护方式b)35kV，1000kVA以下,
