发电厂电气装置第六讲过电压与接地

杭州电子科技大学自动化学院电气工程与自动化章坚民

发电厂电气装置第六讲(书本第九章)过电压防护、接地

及电气安全知识过电压概念正常运行的电力系统，由于雷击、倒闸操作、故障或电力系统参数配合不当等原因，会使电力系统中某些部分的电压突然升高，成倍超过其额定电压。这种电压升高的现象称为“电力系统过电压”。大气过电压或称外过电压由于直击雷或雷电感应面引起的过电压称为大气过电压或称外过电压。这种过电压持续时间很短，具有脉冲特性，雷电冲击电流和冲击电压的幅值都很大，所以破坏性大。内过电压由于电力系统内部操作或故障而引起的过电压称为内过电压。内过电压持续时间较长，过电压的幅值和瞬时功率比外部过电压来得小，但它同样具有极大的破坏性。外过电压和内过电压由于产生的原因不同，变化的特性不同，因而所采用的防护方法也不完全相同。雷云：潮湿热气流上升进入稀薄大气层冷凝而形成。带不同电荷雷云之间形成强大电场，临近地面的雷云在大地或建筑物感应出电荷而形成电场。1）先导放电。当电场强度达到使空气绝缘破坏（约25～30kV/cm）,空气游离，导电通道形成，由雷云逐步向地面发展。2）主放电。到达异性电荷中心，开始主放电阶段，电流可达几十万安，电压可达几百万伏，温度可达二万摄氏度。3）余辉放电。雷云中剩余电荷沿着雷电通道继续流向大地。雷电放电速度很快，雷电流的幅值很大，陡度很高，且其电流的大小与土壤电阻率、雷击点的散流电阻有关。

雷电过电压的形成,及特性6.4过电压防护、接地

及电气安全知识

（1）直击雷——雷直接击在建筑物和设备上而发生的机械效应和热效应。变电所采用避雷针和避雷线作为直击雷保护。（2）感应过电压——雷电流产生的电磁效应和静电效应。发生雷击后，电气设备感应的电压。雷电流的分类：直雷电过电压和感应过电压（三）防雷设备1、避雷针与避雷线避雷针的保护范围。常采用“滚球法”来确定防雷设备滚球法半径为45米的滚球球在建筑筑物上的的移动轨轨迹接闪器的的保护范范围滚球半径径的确定定（表10－1）单支避雷雷针双支避雷雷针避雷线避雷线1）110kV及以上的的架空输输电线路路，一般般全线装装设避雷雷线；2）35kV架空线只只在进变变电所的的1-2km线路上装装设避雷雷线；3）10kV一般不设设避雷线线。线路与避避雷线选选择避雷网当建筑物物较高。。屋顶面面积较大大但坡度度不大时时，可采采用避雷雷网作为为屋面保保护的接接闪装置置。避雷网（（带）分分明装和和暗装两种。。明装避避雷网（（带）一一般可用直直径8mm的圆钢或或截面12x4mm2的扁钢做做成。为为避免接闪闪部位的的振动力力，宜将将网（带））支起10～20cm，支持点点间距取取1~1.5m，应注意意美观和和伸缩问问题。暗暗装时可可利用建建筑内不不小于3mm的钢筋。。2、保护间间隙和避避雷器保护电气气设备免免遭入侵侵雷电波波损坏。。1保护间隙隙保护间隙隙和避雷雷器：第第2道防线2、保护间间隙和避避雷器保护电气气设备免免遭入侵侵雷电波波损坏。。2管型避雷雷器6.4过电压防防护、接接地及及电气安安全知识识管型避雷雷器技术术管型避雷雷器技术术是利用用一种具具有喷气气熄弧功功能的间隙装置置，此装装置有内内外两个个间隙，，外间隙隙类似保护间隙隙，两极极均固定定在绝缘缘件上，，内间隙隙置于避雷器管管内，当当雷电过过电压内内外间隙隙击穿时时，雷电流和和工频短短路电流流经管内内壁接地地，管壁物质质受热气气化，有较大压压力气体体经内间间隙喷出出管外，，强制间间隙熄弧弧。管型避雷雷器技术术也存在在很多的的缺点：：此装置的的选选用受安安装地点点的限制制，其次次还受线线路最大大、最小短路路电流的的制约，，最大短短路电流流大于避避雷器的的断流上限限时避雷雷器会爆爆炸；短短路电流流小于避避雷器的断流下下限时就就不能熄熄弧，避避雷器可可能烧坏坏。另外管型型避雷器器多次动动作后，，管内径会会逐渐增增大，熄弧能力力会下降降甚致消消失。3阀型避雷雷器6.4过电压防防护、接接地及及电气安安全知识识阀型避雷雷器的工工作原理理：当系统正正常时，，火花间间隙将阀阀片电阻阻和工作作母线隔隔离，以免由工工作电压压在阀片片电阻中中产生的的电流使使阀片电电阻烧坏坏。一旦工作母母线上的电电压超过其其击穿电压压值时，火火花间隙将将被击穿并引引导雷电流流通过阀片片电阻泄入入大地，此此时阀片电电阻的阻值将自动动变小以降降低在其两两端形成的的残压。雷电流消逝逝后，作用用在阀片电电阻上的电电压即为工工频电压，，此时阀片电电阻的阻值值将自动变变大，限制制了工频续续流以促使使电弧快速可可靠熄灭。。（2）阀型避雷雷器由多个个火花间隙隙和阀片电电阻串联构构成。火花间隙极极间距离小小，电场近近似与均匀匀电场，伏伏秒特性比较平坦坦，易于实实现绝缘配配合。且多多个间隙使使工频续流流时电弧分段，，短弧相对对长弧而言言，更易于于切断，提提高了间隙隙绝缘强度的的恢复能力力。阀片电阻的的存在避免免出现对绝绝缘不利的的截波。它它的非线性性使通过雷电电流时呈现现低电阻，，以限制避避雷器的残残压，提高了保护护性能；通通过工频续续流时呈现现高电阻，，电压一定定，以限制工频频续流，提提高了灭弧弧性能。氧化锌避雷雷器氧化锌避雷雷器，其阀阀片以氧化化锌为主要要材料，附附以少量精精选过的金金属氧化物物，在高温温下烧结而而成。氧化化锌具有很很理想的非非线性伏安安特性。如如图所示：：（1）氧化锌避避雷器的工工作原理：：

在工作作电压作用用下，流经经ZnO阀片的电流流远小于1mA（主要成分分为电容电电流），相当于绝缘缘体，不会会使阀片烧烧坏，所以以可以不用用串联间隙隙来隔离工工作电压。。当作用在ZnO阀片上的电电压超过某某一值（起起始动作电电压U1mA）时，将发生“导导通”，““导通”后后ZnO阀片的电阻阻很小，残残压与流过过它的电流大小基基本无关。。当作用电压压降到动作作电压以下下时，ZnO阀片“导通通”终止，，又相当于于绝缘体，，因此不存在在工频续流流。这就是MOA可以做到无无间而又无无续流的原原因。（雷雷电流过去去即变为绝绝缘体，故只有雷电电流通过ZnO阀片）与与碳化硅SiC阀片相比，，ZnO阀片具有很很理想的非非线性伏安安特性。（2）与由SiC阀片和串联联间隙构成成的传统避避雷器相比比，氧化锌锌无间隙避避雷器具有下述优优点：①①结构简单单，适合大大规模自动动化生产，，尺寸小，，重量轻，，造价低廉廉。

②保保护性能优优越。由于于ZnO阀片具有优优异的伏安安特性，残残压更低；；在整个过电压作用用期间均能能释放能量量，没有火火花，所所以不存在在放电时延延，具有很很好的陡波响应应特性，特特别适用于于GIS气体绝缘变变电站、直直流系统的的保护。③③耐重复复动作能力力强，只吸吸收过电压压能量，不不需吸收续续流能量。。

④通流流容量大。。ZnO阀片单位面面积的通流流能力为SiC阀片的4~5倍。可作为为内部过电压的后后备保护。。

⑤耐污污性能好。。由于没有有串联间隙隙，因而可可避免因瓷瓷套表面不不均匀污染染使串联火花间隙放放电电压不不稳定的问问题，易于于制造防污污型和带电电清洗型避避雷器。（不受表面面污染影响响）金属氧化物物避雷器（（MOA）金属氧化物物避雷器又又称为压敏敏电阻避雷雷器。这是是一种没有有火花间隙隙，只有压压敏电阻片片的新型避避雷器。输电线路的的防雷1、架设避雷雷线2、降低杆塔塔接地电阻阻3、架设耦合合地线4、装设自动动重合闸5、采用消弧弧线圈接地地方式6、装设管型型避雷器7、加强绝缘缘变电所防雷雷保护变电所遭受受雷害可能能来自两个个方面：(1)雷直击于变变电所；(2)雷击线路，，沿线路向向变电所入入侵的雷电电波。1、对直击雷雷的保护，，一般采用用避雷针或或避雷线。。（建筑物物及电气、、电子设备备等）2、由于线路路落雷频繁繁，所以沿沿线路入侵侵的雷电波波是变电所所遭受雷害害的主要原原因。其主主要防护措措施是在变变电所内装装设阀型避避雷器，在在线路进口口及沿线布布置，以限限制入侵雷雷电波的幅幅值。2、变电所的的直击雷保保护为了防止雷雷直击于发发电厂、变变电所，可可以装设避避雷针，应应该使所有有设备都处处于避雷针针保护范围围之内，此此外，还应应采取措施施，防止雷雷击避雷针针时的反击击事故。3、变电所内内阀型避雷雷器的保护护作用变电所内必必须装设阀阀型避雷器器以限制雷雷电波入侵侵时的过电电压，这是是变电所防防雷保护的的基本措施施之一。4、三相绕组组变压器的的防雷保护护当变压器高高压侧有雷雷电波入侵侵时，通过过绕组间的的静电和电电磁耦合，，在其低压压侧也将出出现过电压压。为了限限制这种过过电压，只只要在任一一相低压绕绕组直接出出口处对地地加装一个个避雷器即即可，中压压绕组虽也也有开路的的可能，但但其绝缘水水平较高，，一般不装装。内部过电压压产生的3大原因：1.操作过电压压：1）切断空载载线路或并并联电容器器组时：可可能出现LC震荡，从而产生过过电压。2）切断空载载变压器时时；可能出出现磁能转转化为电能能。2.电弧接地过过电压。3.谐振过电压压：LC参数，出现现LC谐振，从而而引起过电电压。内部过电压压的三大原原因内部过电压压与电力网网的结构、、参数、中中性点接地地方式、断断路器的性性能、操作作方式等因因素有关。。防护措施1.阀型避雷器器2、压敏电阻阻3、调节电路路参数4、装设电容容器—破坏谐振。。内部过电压压的防范一、接地，既将电气气设备的某某些部分用用导线（接接地线）与与埋在土壤壤中或水中中的金属导导体（接地地体）相连连接。按照照接地的作作用，电气气设备的接接地主要有有三种形式式：⑴工作作接接地地。工工作作接接地地是是为为了了使使电气气装装置置正常常工工作作而将将电电气气回回路路中中的的某某一一特特定定点点接接地地，，使使之之与与地地基基本本保保持持同同电电位位。如如三三相相系系统统中中性性点点直直接接接接地地，，或或经经小小电电阻阻或或消消弧弧线线圈圈接接地地。。⑵保护护接接地地。保保护护接接地地是是将将主要要电电气气设设备备可可能能带带电电的的金金属属部部分分进进行行接接地地，防防备备由由于于绝绝缘缘损损坏坏使使外外壳壳带带危危险险电电压压，，以以保护护人人身身的的安安全全。⑶防雷雷接接地地。其其作作用用是是将将雷雷电电流流安安全全地地泄泄入入地地中中，，消消除除过过电电压压的的危危险险影影响响。。二、、接零零，与与系系统统中中性性点点（（零零））连连接接在在一一起起。。接地地与与接接零零接地地电电阻阻和和地地中中电电位位的的分分布布接地地电电流流流流入入地地下下以以后后，，就就通通过过接接地地体体向向大大地地作作半半球球形形散散开开，，这这一一接接地地电电流流就就叫叫做做流流散散电电流流。。流流散散电电流流在在土土壤壤中中遇遇到到的的全全部部电电阻阻叫叫叫叫做做流流散散电电阻阻。。接地地电电阻阻是是接接地地体体的的流流散散电电阻阻与与接接地地线线的的电电阻阻之之和和。。接接地地线线电电阻阻一一般般很很小小，，可可以以忽忽略略不不计计。。因因此此，，可可以以认认为为流流散散电电阻阻就就是是接接地地电电阻阻。。▉接触触电电压压接地地体体电电压压UE=IE*RE最大大其中中IE为接接地地电电流流，，RE为接接地地体体电阻阻书本本上上有有详细细的的电电压压曲曲线线计计算算公公式式电气气设设备备外外壳壳是是接接地地的的，，即即与与接接地地体体同同电电位位该点点为为接接地地体体电电压压此人人手手的的电电位位为为UE，脚脚的的电电位位为为所所在在地地的的电电压压U1，故故其其手手脚脚之之间间的的电电压压达达到到UC，是是很很高高的的此人人手手的的电电位位为为UE，脚脚的的电电位位为为所所在在地地的的电电压压U1，故故其其手手脚脚之之间间的的电电压压达达到到UC，是是很很高高的的▉跨步步电电压压中心心区区跨跨步步电电压压大大非中中心心区区跨跨步步电电压压小小书本本上上有有详细细的的电电压压曲曲线线计计算算公公式式跨步步电电压压触触电电绝缘缘损损坏坏或或线线路路一一相相断断线线落落地地。。离离导导线线落落地地点点20m外，，地地面面电电位位近近似似为为零零。。人人走走近近导导线线落落地地点点，，在在两两脚脚之之间间出出现现电电位位差差，，即即跨步步电电压压。离离电电流流入入地地点点越越近近，，跨跨步步电电压压越越大大；；在在20m外，，跨跨步步电电压压很很小小，，可可看看作作为为零零。。当当发发现现跨跨步步电电压压威威胁胁时时应应赶赶快快把双双脚脚并并在在一一起起，或或赶赶快快用一一条条腿腿跳跳着着离离开开危危险险区区。导线线落落地地后后，，还还会会产产生生接接触触电电压压触触电电；；或或由由于于接接地地装装置置布布置置不不合合理理，，接接地地设设备备发发生生碰碰壳壳时时造造成成电电位位分分布布不不均均匀匀而而形形成成一一个个电电位位分分布布区区域域。。在在人人体体与与带带电电设设备备外外壳壳相相接接触触时时，，便便会会发发生生接接触触电电压压触触电电。。接触触电电压压触触电电▉保护护接地地与与接接地地方方式式(1)所谓谓工作作接接地地，在在低低压压交交流流电电网网中中就就是是将将三三相相电电源源中中的的中中性性点点直直接接接接地地。。(2)所谓谓保护护接接地地，就就是是将将受受电电设设备备在在正正常常情情况况下下与与带带电电部部分分绝绝缘缘的的金金属属外外壳壳部部分分与与接接地地装装置置作作良良好好的的电电气气连连接接。。在低低压压交交流流电电网网中中就就是是将将三三相相电电源源中中的的中中性性点点直直接接接接地地。。目的的：：(1)降低低触触电电电电压压(2)迅速速切切断断故故障障在中中性性点点接接地地的的系系统统中中，，一相相接接地地后后的的电电流流较较大大，保保护护装装置置迅迅速速动动作作，，断断开开故故障障点点。。(3)降低低电电气气设设备备对对地地的的绝绝缘缘水水平平工作作接接地地保护护接接地地当电电气气设设备备内内部部绝绝缘缘损损坏坏发发生生一一相相碰碰壳壳时时：：由由于于外外壳壳带带电电,当人人触触及及外外壳壳,接地地电电流流Ie将经过人人体入地地后,再经其它它两相对对地绝缘缘电阻R及分布电电容C回到电源源。当R值较低、、C较大时，，Ib将达到或或超过危危险值。。电气设备备外壳未未装保护护接地时时R'C'IbIe对地绝缘电阻分布电容R'C'对地绝缘电阻电气设备备外壳有有保护接接地时通过人人体的的电流流：Rb与Ro并联，，且Rb>>Ro通过人人体的的电流流可减减小到到安全全值以以内。。利用接接地装装置的的分流流作用用来减减少通通过人人体的的电流流。保护接接地：：将电气气设备备的金金属外外壳(正常情情况下下是不带电电的)接地。。用用于中中性点点不接接地的的低压压系统统分布电电容R0IbIeI0(a)R0保护接接零（（用于于380V/220V三相四四线制制系统统）将电气气设备备的外外壳可可靠地地接到到零线线上。。当电气气设备备绝缘缘损坏坏造成成一相相碰壳壳，该该相电电源短短路，，其短短路电电流使使保护护设备备动作作，将将故障障设备备从电电源切切除，，防止止人身身触电电。把电源源碰壳壳，变变成单单相短短路，，使保保护设设备能能迅速速可靠靠地动动作，，切断断电源源。接地工作接地保护接地IT系统TT系统TN系统TN-S系统TN-C系统TN-C-S系统保护接接地方方式TN系统（我国国过去去称作作保护护接零零系统统）TT系统（我国国过去去称作作保护护接地地系统统）IT系统（仅负负荷则则接地地）第一个个字母母表示示电源源侧中中性点点接地地状态态，即即：T———表示直直接接接地；；I———表示不不接地地(或高电电阻接接地)。第二个个字母母表示示负载载侧接接地状状态，，即：：T———表示电电气设设备外外露导导体的的接地地与系系统接接地相相互独独立；；N———表示负负载侧侧接地地与系系统接接地直直接作作电气气连接接。TN系统的的三种种型式式①TN－C系统:它为三三相电电源中中性线线直接接接地地的系系统，，通常常称为为三相相四线线制电电源系系统，，其中中性线线与保保护线线是合合一的的。②TN－S系统:它为三三相五五线制制配电电系统统。(这是目目前通通信电电源交交流供供电系系统中中普遍遍采用用的低低压配配电网网中性性点直直接接接地系系统。。)优点:一旦中中性线线断线线，不不会像像TN－C系统中那那样，，使断断点后后的受受电设设备上上露导电电部分分可能能带上上危险险的相相电压压。③TN－C－S系统:它是TN－C和TN－S组合而而成,整个系系统中中有一一部分分中性性线和和保护护线是是合一一的系系统。。TT系统统：：所有有设设备备的的外外露露可可导导电电部部分分均均各各自自经经PE线单单独独接接地地，，如如图图所所示示。。低压压配配电电的的TT系统统IT系统统：：所有有设设备备的的外外露露可可导导电电部部分分也也都都各各自自经经PE线单单独独接接地地，，如如图图所所示示。。低压压配配电电的的IT系统统保护护接接地地和和保保护护接接零零同同时时使使用用时时当A相绝绝缘缘损损坏坏碰碰壳壳时时，，接接地地电电流流式中中:R0:保护护接接地地电电阻阻4R0:工作作接接地地电电阻阻4此电电流流不不足足以以使使大大容容量量的的保保护护装装置置动动作作，，而而使使设设备备外外壳壳长长期期带带电电,其对对地地电电压压为为110V。IeR0R0(b)图单单相相触触电电示示意意图图图图两两相相触触电电示示意意图图(a)中性性点点接接地地系系统统的的触触电电(b)中性性点点不不接接地地系系统统的的触触电电电气气安安全全知知识识使用用电电能能，，如如果果不不注注意意用用电电安安全全，，可可能能造造成成人人身身触触电电伤伤亡亡事事故故或或电电气气设设备备的的损损坏坏，，甚甚至至影影响响到到电电力力系系统统的的安安全全运运行行，，造造成成大大面面积积的的停停电电事事故故，，使使国国家家财财产产遭遭受受损损失失，，给给生生产产和和生生活活造造成成很很大大的的影影响响。。电流流对对人人体体的的作作用用触电电对人人体体的的伤伤害害有有两两种种：：#电击击：电电流流通通过过人人体体使使内内部部组组织织受受到到损损伤伤。。#电伤伤：指指在在电电弧弧作作用用下下或或熔熔断断丝丝熔熔断断时时，，对对人人体体外外部部的的伤伤害害。。电击击与哪哪些些因因素素有有关关：：#人体体电电阻阻的的大大小小#电流流通通过过时时间间的的长长短短#电流流的的大大小小1.人体体电电阻阻人体体电电阻阻因因人人而而异异，，通通常常为为104~105，当当角角质质外外层层破破坏坏时时，，则则降降到到800~1000。2.电流流强强度度对对人人的的伤伤害害人体体允允许许的的安全全工工频频电电流流:30mA工频频危危险险电电流流:50mA电流流频频率率在在40Hz~60Hz对人人体体的的伤伤害害最最大大。实践践证证明明，，直直流流电电对对血血液液有有分分解解作作用用，，而而高高频频电电流流不不仅仅没没有有危危害害还还可可以以用用于于医医疗疗保保健健等等。。3.电流流频频率率对对人人体体的的伤伤害害4.电流流持持续续时时间间与与路路径径对对人人体体的的伤伤害害电流流