供电技术-第5章-供电系统的保护接地与防雷课件

1、现代供电技术第五章 供电系统的保护接地与防雷安全用电（设备安全+人身安全）保护接地 保障人身安全、防止触电事故的 电气安全措施之一。过电压防护雷击或开关操作 过电压和 浪涌电流 危害设备安全。 序2/48 5-1 供电系统的保护接地 5-2 供电系统的防雷保护内容提要3/484/48一、电流对人体的危害触电人体直接接触电气设备的带电部分或人体不同部位同时接触不同电位时发生的电流通过人体的现象。图5-1 人体触电时间与通过人体电流对人身机体反应的曲线安全电流（中国） 30mA(50Hz)5-1 供电系统的保护接地5/48二、 接地和接地装置接地将供电系统中电气设备的外露可导电部分与大地土壤间作良

2、好的电气连接。目的保证电气设备正常工作，保障人身安全、防止间接触电。 接地电流同时沿电气设备的接地装置和人体两条通路流过，流过每一条通路的电流值与其电阻大小成反比。5-1 供电系统的保护接地接地装置接地极 +接地线 。接地网若干接地极在大地中相互连接而组成的总体。6/481. 接地装置构成 2. 接地装置的散流效应 散流效应电气设备发生接地故障时，电流经接地装置以半球状向大地散开。此电流为接地电流，所形成的电阻叫散流电阻。5-1 供电系统的保护接地“地”电位距离接地体20m处称为电气上的“地”电位。 7/48接触电压utou接地回路中，人站在地面上触及到绝缘损坏的电气装置时所承受的电压。 跨步

3、电压Ustep人双脚站在不同电位的地面上时两脚间的电位差。 对地电压、接触电压和跨步电压示意图5-1 供电系统的保护接地8/483. 接地电阻的组成及电力系统对接地电阻的要求接地电阻接地装置的对地电压与电流之比（主要为接地体的散流电阻）。（工频接地电阻、冲击接地电阻）组成：土壤电阻：以土壤电阻率表示，受土质温度、湿度、化学成分、物理性质、季节等影响。 1 cm3的正立方体土壤的电阻值。接地线 ：首选自然导体，若其不满足要求时，增设人工或辅助接地线。接地极： 自然接地极:各类金属水管道。 人工接地极：钢管、角钢、扁钢、圆钢。可选用直径50mm、长度2.5m的钢管作为人工接地极。5-1 供电系统的

4、保护接地9/48三 保护接地概念：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（安全接地）。分类：IT系统、TT系统和TN系统（TN-C、TN-S、TN-C-S系统）。5-1 供电系统的保护接地10/485-1 供电系统的保护接地11/485-1 供电系统的保护接地12/485-1 供电系统的保护接地13/48式中：IE、RE沿接地极流过的电流及电阻； Itou、Rtou沿人体流过的电流及电阻；满足：RE Rb安全安全电流：交流30mA；直流50mA。 1. IT系统 含义：在中性点不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

5、金属连接。 当绝缘损坏，设备外壳带电时流经人体电流与流经接地装置电流满足： 在IT系统中，绝缘损坏时故障电流通路5-1 供电系统的保护接地分析： 是危险电压。因此，这种接法无论电阻如何变化，接触到电动机外壳上都是危险的。怎么办 ？不合理接地方式如图14/48在IT系统中，各用电设备应当采用共同接地，防止双碰壳条件下的危险电压式中： u 相电压。当电动机a的A相发生碰壳短路,电动机b的B相上发生碰壳短路:双碰壳条件下的分别接地5-1 供电系统的保护接地15/48共同接地作用：将两相分别接地短路变成相间短路,迅速使保护装置动作。 解决方法共同接地5-1 供电系统的保护接地TT系统原理 如发生设备绝

6、缘损坏，则设备外壳上的电压为uE=IE RE ,只要限制 RE的大小,就能保证 在安全电压范围内。 在中性点直接接地的1000V以下供电系统中很少采用。 2.TT系统含义：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。TT系统16/485-1 供电系统的保护接地TT系统原理 如发生设备绝缘损坏，则设备外壳上的电压为uE=IE RE ,只要限制 RE的大小,就能保证 在安全电压范围内。 在中性点直接接地的1000V以下供电系统中很少采用。 2.TT系统含义：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。17/485-1 供电系统的保护接地18/48

7、3、TN系统含义：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部分用保护线或者中性线与系统中性点相连接。 TN系统原理设备单相碰壳接地故障时故障电流 电源相线故障设备外壳保护线电源中性点 过电流保护动作。5-1 供电系统的保护接地19/481) TN-C系统 系统中性线N与保护线PE合一（PEN） (保护接零)。 工作原理：设备外壳接到保护中性线PEN上，当一相绝缘损坏与外壳相连，则由该相线，设备外壳，保护中性线形成闭合回路。电流大，引起保护电器动作使故障设备脱离电源适用于三相负荷平衡且单相设备容量较小的场合。注意：中性线不能断线； 中性线上不允许安装保护电器；TN-C系统5-1 供

8、电系统的保护接地20/482) TN-S系统 中性线N和保护线PE分开,电气设备外壳接在保护线上。正常情况下，保护线上没有电流流过，所以设备外壳不带电。TN-S系统5-1 供电系统的保护接地21/483) TN-C-S系统 一部分中性线与保护线合一，局部采用专设的保护线。TN-C-S系统5-1 供电系统的保护接地22/48中性点直接接地的低压电网中，由同一台发电机、变压器或同一段母线供电的线路，不应采取两种不同的接地方式。不合理的接地方式，如图电动机b上B相发生碰壳接地时，凡是与中性线连接的设备外壳都可能带上危险电压。 怎么办？不合理的接地方式5-1 供电系统的保护接地23/48当保护中性线断

9、线且断线处之后有设备碰壳漏电：断线点ua0；断线点后ub u 。图a 无重复接地时中性线断线时的情况解决方法重复接地5-1 供电系统的保护接地24/48图b 有重复接地时中性线断线时的情况电压降低，危险程度降低注意：重复接地只能平衡中性线的电位，不能完全解决中性线上电位的存在。TN系统中：中性线的断裂是应当避免的；三相负荷应尽量对称，以减少中性线上的电流。5-1 供电系统的保护接地25/48四、漏电保护漏电保护（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。漏电保护原理 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

10、脉冲型和直流动作型等。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。5-1 供电系统的保护接地26/48干线回路漏电保护工作原理 正常情况下，当漏电保护装置所控制的电路中没有人体触电及漏电等接地故障时各相电流在电流互感器铁心中所产生的磁通的相量和也等于零，即零序电流互感器的二次线圈没有感应电压输出，漏电保护器不动作。当被保护支路发生绝缘损坏或其他接地漏电故障时，感应电压 E2 感应电流 I2 主开关动作切断电源。5-1 供电系统的保护接地27/482. 漏电保护器的应用 (1) 漏电保护用于TN系统 漏电保护装置在T

11、N系统中的接线方式 从使用漏电保护装置的地点起，TNC系统应改用TNS系统，整体成为TNCS系统。 在TN系统中，通常在中性线上间隔一定的距离设置重复接地，以确保接地装置的可靠。 采用漏电保护装置后，应注意中性线不可重复接地。 中性线上设置重复接地，不平衡电流 重复接地点、大地、电源中性点 闭合通路 漏电保护误动作。 中性线重复接地示意图5-1 供电系统的保护接地28/482. 漏电保护器的应用 (2)漏电保护应用于TT系统 可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。 M1绝缘损坏时 电动机M2的外壳上出现对地电压。 接触电动机M2的外壳，漏电电流

12、 A1、M1外壳、M2外壳、触电者、大地 电源中性点。 漏电电流未经过M2所装设的漏电保护器。漏电保护装置不动作。 正确的接法：M1，M2各用各自的接地装置且使两接地体间相距较远。 M1、M2共同接地时I0路径示意图5-1 供电系统的保护接地5-1 供电系统的保护接地5-2 供电系统的防雷保护内容提要29/4830/48过电压：电气设备或线路中出现的超出正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。过电压使绝缘破坏是造成系统故障的主要原因之一。5-2供电系统的防雷保护31/48一、 雷电冲击波的基本特性 波头雷电流由零增长至最大幅值的部分。波尾电流值下降的部分。半余弦波陡度1、 雷电流波形雷电流波形5

13、-2供电系统的防雷保护行波雷电冲击波以一定的速度沿输电线路传播。32/48 2、 雷电波的传播输电线路分布参数示意图 假设输电线路无损，冲击波在传播时，沿导线单位长空间中储存的磁能恰好等于单位长空间储存的电能，即雷电波能量的一半用来在分布电感上建立磁场，另一半用来在分布电容上建立电场。5-2供电系统的防雷保护 当冲击波沿线路传播遇到结点（譬如，架空线转入电缆、电抗器、变压器或接地装置），由于分布参数的变化，冲击波会发生折射和反射，导致雷电流和雷电压发生变化。33/48几种特殊情况： 雷电冲击波继续沿均匀线路传播，雷电冲击波仍按原来幅值前行。 雷电冲击波遇到无限大阻抗（如架空线接入变压器），雷电

14、压波发生全反射，使该点电压增大到行波电压的2倍。 雷电冲击波遇到零阻抗（如架空线接入接地体），相当于导线在此点接地，此时雷电流波形成正的全反射，而电压波形成负的全反射，该点电压降低到零。5-2供电系统的防雷保护 结构 接闪器（引导雷云放电并先导向其自身）+引下线+接地极（将雷电流安全导入地中）。34/48二、防雷装置1、 避雷针（线）拦截雷击将雷电引向自身并泻入大地，使被保护物免遭直接雷击的防雷装置。 避雷针（线） 防直击雷装置 避雷器 防线路侵入波装置 低压电涌保护器 过电压引起的电磁脉冲 或电磁干扰的防护（1）避雷针 5-2供电系统的防雷保护单支避雷针的保护范围，按下列方法确定（设避雷针高

15、度为h）从针的顶点向下作45的斜线，构成锥形保护空间的上部；从距针底各方向1.5h处向避雷针0.75h高处作连接线，与45斜线相交，交点以下的斜线构成保护空间的下半部。35/48 避雷针在被保护物高度hx水平面上的保护半径rx，按下式计算：避雷针的保护范围注意： p为高度影响系数5-2供电系统的防雷保护36/48 避雷线（架空地线） 保护对象：架空输电线路、屋外配电装置和建筑与构筑物。 其接闪器是架设在被保护物上方水平方向的金属线或金属带。 单根避雷线的保护范围是一个屋脊式保护空间(=25) 避雷线在被保护物高度hx水平面上的保护半径rx，按下式计算：注意： p为高度影响系数单根避雷线的保护范

16、围5-2供电系统的防雷保护 避雷器的作用： 限制由线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成的过电压 。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。37/48 避雷器 基本要求： 由于电气设备的冲击绝缘强度都是由伏秒特性曲线表示的，所以避雷器与被保护电气设备的伏秒特性之间应有合理的配合。 绝缘强度要有自恢复能力。（冲击电压下放电 接地短路，工频电压下自行切除工频续流）。避雷器与被保护电气设备伏秒特性的配合 1被保护电气设备的伏秒特性 2避雷器的伏秒特性3被保护电气设备上可能出现的最大工频电压5-2供电系统的防雷保护 避雷器分类 管式避雷器 产气管+内部间隙+外部间隙 优点：简单、经济、残压

17、小。 缺点：伏秒特性较陡，不易与变压器的绝缘相配合 阀型避雷器 火花间隙组+阀片（非线性电阻特性） 阀片由金刚砂（SiC）和结合剂在高温下烧结而成，具有非线性电阻特性。 雷电冲击波作用：火花间隙被击穿后，呈低阻的阀片使雷电流迅速地泻入大地； 工频电网电压作用：呈高阻，火花间隙电弧熄灭、绝缘恢复而切断工频续流。 火花间隙组由若干单间隙（黄铜电极+云母垫圈）叠合而成。电场均匀，放电伏秒特性平缓。 38/485-2供电系统的防雷保护 氧化锌避雷器： 阀片以氧化锌为主要材料，具有良好的伏安特性。 工频电压：高电阻，可迅速有效地抑制工频续流； 雷电压： 低电阻，可很好地泄放雷电流。 优点：无间隙、无续流

18、、残压低、体积小。3. 低压电涌保护器（SPD） 限制瞬态过电压并泄放电涌能量的非线性保护元件， 对雷电过电压和其他过电压产生的电磁脉冲或电磁干扰的防护。 工作原理：当系统电压正常时，SPD呈高阻抗， 产生过电压时，SPD迅速导通，使浪涌电流 迅速泄放到大地中。39/485-2供电系统的防雷保护 基本元件： 放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管等，至少含有一个非线性电压限制元件。 选择电气参数：（1）电压保护水平Up ：在SPD上泄放标称放电电流时，SPD两端的最大电压。（2）最大持续运行电压Uc：持续加在SPD上而不导致SPD动作的最大交流电压有效值或直流电压。（3）标称放电电流In：

19、 SPD能多次通过8/20s电流波的峰值电流。（4）最大放电电流Imax：SPD可单次通过8/20s电流波的峰值电流，显然ImaxIn。（5）冲击电流Iimp： SPD能单次通过10350s雷电冲击电流波的峰值电流，反映了SPD耐直击雷的能力。40/485-2供电系统的防雷保护目的：尽量保护导线不受雷击，即使遭受雷击，也不致发展成为稳定电弧而中断供电。用户供电系统特点：架空线路35kV以下，中性点不接地，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。线路不长，且多受建筑物和树木屏蔽，受雷击机会少。含重要负荷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。 4

20、1/48三、供电系统的防雷1、供电系统架空线路的防雷5-2供电系统的防雷保护用户供电系统35kV架空线路防雷措施：增加架空线绝缘子个数，采用较高等级的绝缘子。部分架空线装设避雷线。改进杆塔结构。减小接地电阻，以及采用拉线减少杆塔电感。采用电缆供电。 610kV架空线不须装设避雷线。 42/485-2供电系统的防雷保护43/482、变电所的防雷 装设避雷针或避雷线对直击雷进行防护。 装设避雷器对线路侵入波进行防护。（1）避雷针防护直击雷措施独立避雷针与附近设施的最小距离独立避雷针的防“反击”独立避雷针受雷击时，在接闪器、引下线和接地体上都将产生很高的电位。与近距离的空间产生放电现象，称为“反击”。“反击” 电气设备的绝缘破坏。防“反击”措施：使避雷针和附近金属导体间有一定的距离，从而使绝缘介质的闪络电压大于反击电压。5-2供电系统的防雷保护44/48感应过电压原理图 雷击避雷针会产生感应过电压：雷电流击中避雷针 电磁场， 金属导体感应出电动势， 间隙ab