电力系统接地技术
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1、电力系统中性点的接地方式分类(1)中性点直接接地中性点的直接接地包括中性点直接接地和中性点经小电阻接地两种形式。
中性点非有效接地又称为中性点非直接接地,包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经大电阻接地三种形式.(2)大接地短路电路系统与小接地短路电流系统额定电压1KV及以上,单相接地电流或同点两相接地时入地电流大于500A的系统,统称为大接地短路电流系统;上述电流小于500A的,统称为小接地短路电路系统。
2、人体对于电流反应的四个等级(1)感知电流。
能引起人的感觉的最小电流称为感知电流。
(2)反应电流.能引起人体产生预料不到的不自主反应的最小电流。
(3)摆脱电流。
人触电后,在不需要任何外来帮助的情况下能够自行摆脱带电体的最大电流称为摆脱电流,又称安全电流。
(4)致命电流。
在较短的时间内,能引起心室颤动或窒息,危及生命的最小电流称为致命电流。
3、人体触电的原因(1)人体与带电体直接接触导致触电。
其中又分为单相触电、两相间触电和相线与中性线间触电。
单相触电时,触电者所承受的为相电压,电流为电容电流。
两相间触电时触电者所承受电压为线电压,触电电流一般很大。
相线与中性线间,触电电流与负载电流同质,电流较大,比较危险。
(2)与带电体过分接近造成弧光放点。
由人体接近裸露的高压设备引起,是一种比较严重的频发事故。
(3)接触电压触电。
人体由于接触带电设备的外壳等原因而承受接触电压触电,一般由与绝缘损坏的电气设备接触和与接地的相线接触引起。
(4)较大故障电流由接地极向大地扩散时会在地表形成电位分布曲线。
人在其内走动时,会造成电流由一脚经胯部流向另一脚,形成跨步电压触电。
(5)感应电压触电。
由于带电体的电磁感应和静电感应作用,会造成附近金属物体或停电设备带电,从而造成人体触电。
(6)剩余电荷触电。
是指电气设备由于其相间和对地之间存在电容,在断电之后仍保留一定的电荷,人体接触未充分放电设备导致触电。
(7)静电危害。
第八章电力系统中性点接地方式8-1 概述电力系统三相交流发电机、变压器接成星形绕组的公共点,称为电力系统中性点。
电力系统中性点与大地间的电气连接方式,称为电力系统中性点接地方式。
我国电力系统广泛采用的中性点接地方式主要有三种,即:不接地,经消弧线圈接地和直接接地。
根据主要运行特征,可将电力系统按中性点接地方式归纳为两大类:(1)非有效接地系统或小接地电流系统。
含中性点不接地、经消弧线圈接地及经高阻抗接地的系统。
通常这类系统有X0X1>3,R0X1>1。
当发生单相接地故障时,接地电流被限制到较小数值,非故障相的对地稳态电压可能达到线电压。
(2)有效接地系统或大接地电流系统。
含中性点直接接地及经低阻抗接地的系统。
通常这类系统有X0X1≤3,R0X1≤1。
当发生单相接地故障时,接地电流有较大数值,非故障相的对地稳态电压不超过线电压的80%。
电力系统的中性点接地方式是一个涉及到多方面的综合性技术问题。
包括:短路电流大小、供电可靠性、过电压大小及绝缘配合、继电保护合自动装置的配置及动作状态、系统稳定、通信干扰等等。
8-2 中性点非有效接地系统一、中性点不接地系统中性点不接地又叫做中性点绝缘。
在这种系统中,中性点对地的电位是不固定的,在不同的情况下,它可能具有不同的数值。
中性点对地的电位偏移称为中性点位移。
中性点位移的程度,对系统绝缘的运行条件来说是至为重要的。
1.中性点不接地系统的正常运行中性点不接地系统正常运行时,中性点的对地电位,称为不对称电压,用U no表示。
U nO =−UU Y U +U V Y V +U W Y W Y U +Y V +Y W(8−2) 取UU 为参考量,即 UU =U U =U ph , U V =a 2U ph , U W =aU ph (8−3) 其中:a =e j120°=1+j 3, a 2=e −j120°=−1−j 3,1+a +a 2=0 考虑到三相泄漏电导g U 、g V 、g W 大致相同,以g 表示: U nO =−U ph ρ1(8−4) ρ=C U +a 2C V +aC W U V W (8−5) d =3g U V W(8−6) ρ近似地代表中性点不接地系统正常运行时不对称电压UnO 与相电压U ph 的比值(因d ≪1),称为系统的不对称度。
电力系统防雷接地及电气设备保护技术摘要:电力系统在运行过程中会受到外界因素的影响,其中雷击是对系统影响最大的一种方式。
因此必须针对电力系统的运行环境,选择合理的技术降低雷击的影响,降低雷击对电力系统正常工作的破坏,为电力系统的正常运行创造保证。
基于此,本文对电力系统防雷接地及电气设备保护技术应用的必要性,接地形式,以及具体策略展开研究,以期提供参考。
关键词:电力系统;防雷接地;电气设备保护各种电气设备的应用越来越频繁,对此也带来了一系列工程安全问题,为了有效解决该问题就需要灵活采用接地技术,根据现场实际情况采用接地保护设备,确保工程的安全进行。
1 电气设备接地保护技术应用的必要性随着电气设备施工水平的不断提高,以及施工作业人员专业素养的不断增强,确保电力系统供电安全性与可靠性的相关技术也得到了进一步的完善与发展。
然而,随着电压等级越来越高,供电情况越来越复杂,用电需求量越来越大,电气设备发生故障的原因逐渐增多。
因此,对电气设备接地保护相关技术进行研究,最大程度的避免安全事故的发生,对于避免火灾等安全事故的发生具有十分重要的研究价值。
1.1 提高安全性电气设备作为人们生产和生活中不可缺少的部分,随着近年来我国电气化程度的不断提高,其需求量也有着大幅度增长,政府及相关部门也在不断加强对于施工企业的监管力度,一定程度上减小了安全事故发生的概率。
接地保护技术的高质量应用与不断的发展对于确保电气设备的安全运行,避免出现重大人员伤亡事故具有十分重要的研究意义与价值。
1.2 提高规范性对于电气设备安装调试过程来说,良好的接地保护装置是必不可少的因素,此外还需对其相关技术的安全应用进行规范化管理。
通过对相关技术进行推广,在一定程度上也可以提高相关施工人员的用电安全意识,从而更好的提高用电安全性。
因此,在当前背景下,相关企业不仅应引进最先进的电气设备,还应加强接地保护技术的研究,尽可能提高相关人员的专业技术水平,保障电气设备的安全运行。
电力系统电气接地技术宁夏电建送变电分公司变电处毕银峰【文摘】电气接地是电气安全技术工作之一。
接地是否合理,不仅影响电力系统的正常运行,而且关系到国家财产和人身的安全。
因此,正确地选择接地方式和安装方法,也是电气工作地任务。
本文对电力系统常用的接地技术的原理进行了讨论和比较。
【关键词】电气接地工作接地保护接地接地是最古老的电气安全措施,所谓接地,就是把设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接起来。
到目前为止,接地仍然是应用于最广泛的电气安全措施之一。
不论是强电设备还是弱电设备,不论是交流设备还是直流设备,不论是高压设备还是低压设备,不论是固定式设备还是移动式设备,不论是生产设备还是生活设备,都采用了不同方式,不同用途的接地措施。
接地装置:电气设备的任何部分与土壤间作良好的电气连接,称为接地。
与土壤直接接触的金属体或金属体组,称为接地体或接地极。
连接于接地体与电气设备之间的金属导线,称为接地线。
接地线和接地体合称接地装置。
接地和接零电力系统和电气设备按其不同的作用,分为工作接地、保护接地、重复接地和接零。
(一)工作接地:在正常或事故情况下,为了保证电气设备可靠运行而必须在电力系统中某一点进行接地,称为工作接地。
这种接地可直接接地或经特殊装置接地。
(二)保护接地:为防止因绝缘损坏而遭受触电的危险,将与电气设备带电部分相绝缘的金属外壳或构架同接地体之间作良好的连接,称为保护接地。
(三)重复接地:将零线上的一点或多点与地再次作金属的连接,称为重复接地。
(四)接零:将与带电部分相绝缘的电气设备的金属外壳或构架与中性点直接接地的系统中的零线相连接,称为接零。
电气接地的作用接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏,预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行,现分别说明如下:(一)防止人身遭受电击将电气设备在正常情况不带电的金属部分与接地极之间作良好的金属连接,以保护人体的安全,防止人身遭受电击。
电力系统接地技术现状及展望摘要:电力行业的发展关系到我国其它行业的发展速度。
接地是确保电力系统可靠运行和人身安全的基础。
接地技术的研究涉及到地质、土壤、化学、材料、电气等多个学科及其交叉,相关研究工作点多面广,不仅具有很强的工程应用价值,同时也具有十分重要的理论意义。
关键词:电力系统;接地技术;现状及展望一、电力相关系统技术现状在电力相关系统的设计、安装、运行、维护阶段不能没有接地设备,所以在整个电力相关系统的所有阶段的地面操作的研讨,包括仿真分析,接地工频接地设备的安全指标,测试与评估,减少接地电阻的措施4个方面,专家与接地电力行业技术人员的综合研讨,并取得了一定的成果,一些概念与技术已成功地使用于实际问题,下面介绍了电力相关系统接地技术的向前发展现状。
1.1接地仿真分析方法设计内容应以并网相关系统的设计为基础:最严重的接触电位差、跨步电位与地网最大电位。
事实上,仔细合理地设计接地相关系统,可以大大降低电力相关系统的风险。
近年来,伴随电力相关系统技术的使用,主要是在对国内外接地相关系统的研讨设计的基础是安装所在地地质结构,基于多层土壤结构模型的接地电阻与接地电位升高的分析计算,接地电位差与接触电势差与电位差,确保接地相关系统的建设的安全指标。
此外,该相关系统可以根据地质构造的实际情况设计,尽可能地降低接地电阻、电位差,使得相关系统能更安全有效地工作,并能达到较好的节能效果。
上世纪九十年代开始,通过大量的研讨工作,为接地相关系统提供完整、土-结构体系的计算方法。
利用这种方法,国内外对接地相关系统的优化设计施行了大量的研讨,提出了均匀土不均匀性与季节性因素对相关系统优化设计的影响。
在当前,中国也取得了一些成就,如基于电路模型的短路电流分流系数的理论与应用,并理论施行了验证。
1.2接地工频的安全指标虽然接地电位的电位差上升到满足要求,但如果没有合理的接地设备设计,接地设备故障,则可能对维修人员的人身安全造成威胁。
电力系统的接地与保护电力系统是现代社会中不可或缺的重要基础设施之一。
而电力系统的接地与保护对于系统的安全运行以及人身安全起着至关重要的作用。
本文将就电力系统的接地与保护进行探讨,并提出相关的解决方案。
1. 接地的概念与作用接地是指将电力系统与地面形成一个低阻抗的连接,主要目的是为了确保系统的安全运行。
接地可以有效地防止电力系统中产生的电压升高、电流泄漏等问题,同时还能提供电压稳定、电流可靠的参考标准。
通过接地,能够使得电力系统与地面之间形成自然界中的静电平衡状态。
2. 电力系统的接地方式目前常见的电力系统接地方式主要包括三种:星形接地、铁塔接地和混合接地。
星形接地是指将电力系统中性点接地,适用于中型、小型的系统;铁塔接地是指通过地线将电力塔连接到地面,适用于高压输电线路;混合接地是星形接地和铁塔接地的结合,能够兼顾不同系统的需求。
3. 电力系统的保护装置为了确保电力系统的正常运行,需要对系统进行保护。
常见的电力系统保护装置包括接地故障保护装置、过电压保护装置以及过流保护装置等。
接地故障保护装置是指通过监测接地故障来对系统进行保护,防止电压和电流超出安全范围;过电压保护装置能够监测系统中的过电压现象,对系统进行及时干预和保护;过流保护装置则用于检测系统中的过流情况,以防止电流超负荷引起的故障。
4. 接地与保护的问题与挑战在电力系统的接地与保护过程中,常常面临一些问题和挑战。
首先是接地电阻的选择与降低,接地电阻过高会导致接地失效,接地电阻过低则容易引起接地电流过大导致其他问题。
其次是对于故障的快速定位和定位准确性的要求,需要采用先进的故障诊断技术和装置。
此外,对于抗干扰能力强的保护装置以及接地装置的研发也是一个重要课题。
5. 解决方案与展望为了解决电力系统接地与保护所面临的问题,可以采取一些相应的解决方案。
首先,采用合适的接地电阻材料和结构,降低接地电阻;其次,发展高精度、高灵敏度的故障检测和定位装置,提高故障处理的效率;再次,加强对于保护装置的研发与改进,提升抗干扰能力和可靠性。
1.1 研究变电站接地网的重要意义接地网是变电站安全运行的重要保证,它不仅为变电站内各种电气设备提供一个公共的参考地,在系统故障时还能迅速排泄故障电流并降低变电站的地电位升,因而接地网接地性能的优劣直接关系到变电站内工作人员的人身安全和各种电气设备的安全及正常运行,变电站接地网的接地性能一直受到设计和生产运行部门的重视。
电力系统接地可分为工作接地、防雷接地和保护接地。
工作接地是为了满足电力系统运行需要的接地,例如为了降低电力设备的绝缘水平,我国在110kV 及以上的电力系统中采用中性点接地的运行方式。
在交流系统中,正常情况下流过工作接地极的电流是几安至几十安的不平衡电流,但在系统发生接地故障时,则会有高达数十千安的短路电流流过接地极,短路电流的持续时间不长,一般为几十微秒左右。
防雷接地是为了消除雷电过电压危险影响的接地,例如避雷针、避雷线和避雷器的接地。
防雷接地只是在雷电冲击的作用下才会有电流流过接地装置,雷电流值可达数十至数百千安,持续时间为几十微秒。
保护接地是为了防止设备因绝缘损坏带电危害人身安全的接地,例如设备外壳接地。
保护接地只是在设备绝缘损坏的情况下才会有电流流过。
最初的变电站接地系统采用埋设接地网的技术,地网接地体一般采用废钢,但发现废钢腐蚀过快,接地网一般几年后就失去作用。
后来欧美国家采用金属铜作为埋设的接地体,但是接地引线与地网接地体的连接处腐蚀较快,与采用钢铁作为接地体的使用寿命等同,现在世界上统一采用镀锌钢材作为接地体,在钢材的选用上都留有腐蚀余量。
接地体的设计也经历了从等间距布置到不等间距,从水平地网到加入垂直极的复合三维地网的过程。
影响变电站接地网安全问题的因素是多方面的,既有站内的因素也有站外的因素。
这些安全问题不仅包括传统的接地阻抗、地表电位分布、跨步电压和接触电压等老问题,更有不断出现的更加复杂的新问题。
近年来,随着超高压输电线路的建设以及城市电网改造的大规模进行,在我国变电站设计和运行中,接地网的安全问题越来越突出。
首先,超高压大容量的现代变电站越来越多,这些变电站的电气设备多且占地面积大,因而其接地网的占地面积远大于普通变电站接地网的占地面积,故障时接地网上的电位分布不均匀。
接地网的接地材料普遍选用扁钢,加剧了故障时接地网上电位分布的不均匀现象,与设计所期望的等电位分布产生了明显的差别,致使变电站接地网存在较大的安全隐患。
这些隐患不仅包括传统的跨步电压和接触电压的升高,而且包括设备的安全及正常运行。
其次,随着我国城市的发展,其用电量也在日益增长,需要建设大容量的市内变电站来满足这些集中的用电需求。
由于城市的地价比较昂贵,这些变电站通常容量较大但占地面积较小,而且周围存在很多建筑物、金属管线和公共活动空间。
由于接地网占地面积较小,其接地阻抗及地电位升有可能很高,这不仅对站内电气设备不利,而且由于变电站附近的跨步电压较高,有可能危及站外的人身安全。
国内己经发生多起接地装置故障引起的特大事故,例如古竹变电站曾因中性点接地引下线机械损伤及锈蚀严重,雷击造成接地引下线烧断,变压器主绝缘遭受严重破坏需返厂大修,经济损失近千万元。
四川华莹山发电厂因未能及时检测出主变中性点接地引下线的严重腐蚀,年在雷电击中线路反击造成系统接地故障时,由于接地装置隐患继而发生重大接地故障及事故扩大,仅直接设备造成了多台发电机损坏、站主变损坏、控制室多面主屏烧毁,经济损失达数千万之巨。
接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。
从本质上讲,它的目的就是为了在正常和事故以及雷击的情况下,利用大地作为接地电流回路的一个元件从而将设备接地处固定为所允许的接地电位。
综上可见,我国变电站接地网不仅存在的安全问题多,而且复杂。
因此,在设计接地网时应当尽可能多地将可能影响接地网安全性能的因素考虑进来,这无论是对我国电力工业的进一步发展还是对其它行业的正常运行均有重大意义。
1.2 电力系统接地装置的分类接地就是将电气设备的某些部件、电力系统的某点与大地相连,提供故障电流及雷电流的泄流通道,稳定电位,提供零电位参考点,以确保电力系统、电气设备的安全运行,同时确保电力系统运行人员的人身安全。
接地功能是通过接地装置或接地系统来实现的。
电力系统的接地装置可以分为两类,一类为输电线路杆塔或微波塔的比较简单的接地装置,如水平接地体、垂直接地体、环形接地体等,另一类为发变电站的接地网。
简单而言,接地装置就是包括引线在内的埋设在地中的一个或一组金属体包括金属水平埋设或垂直埋设的接地极、金属构件、金属管道、钢筋混凝土构筑物基础、金属设备等,或有金属导体组成的金属网,其功能是用来泄放故障电流、雷电或其他冲击电流,稳定电位。
而接地系统则是指包括发变电站接而接地系统则是指包括发变电站接地装置、电气设备及电缆接地、架空地线及中性线接地、低压及二次系统接地在内的系统。
表征接地装置电气性能的参数为接地电阻。
接地电阻的数值等于接地装置相对无穷远处零电位点的电压与通过接地装置流入地中的电流的比值。
如果通过的电流为工频电流,则对应的接地电阻为工频接地电阻如果流入的电流为冲击电流,接地电阻为冲击接地电阻。
冲击接地电阻是时变暂态电阻,一般用接地装置的冲击电压幅值与通过其流入地中的冲击电流幅值的比值作为接地装置的冲击接地电阻。
接地电阻的大小,反映了接地装置流散电流和稳定电位能力的高低及保护性能的好坏。
接地电阻越小,保护性能就越好。
电力系统交流电气装置的接地按其功能可分为基本的三类工作接地、防雷接地和保护接地。
1.3 接地电阻测量的目的及意义接地装置接地电阻的测量一般基于如下几个方面的目的来测量接地装置的真实接地电阻,检查新接地网的接地电阻是否达到设计要求,检查旧接地网的接地电阻是否发生了变化。
对计算值进行校核,以检验计算方法的正确性,为新的计算方法或软件的推广应用提供依据。
确定由于电力系统接地故障电流引起的地电位升高及在整个阶段内的电位变化,确定防雷保护接地装置的合适性。
取得建筑物防雷保护,建筑物内设备防雷保护及有关人身安全所必需的设计数据。
电力系统接地电阻的变化范围很大,从输电线路杆塔接地装置的几欧至几十欧,到发变电站接地系统的零点几欧。
对于大型地网,接地装置的电抗分量起到很重要的作用。
变电站是电力系统的枢纽,一旦发生雷击损坏设备事故,将造成大面积停电,而且变压器等高压电气设备的内绝缘大都没有自恢复性能,设备被雷击损坏后,修复起来十分困难,造成长时间停电,造成设备损坏和供电的直接损失,构筑物基础、金属设备等,或有金属导体组成的金属网,其功能是用来泄放故障电流、雷电或其他冲击电流,稳定电位。
由于保护设备及措施,刁一能避免电气设备发生雷害事故。
因此对变电站的地网电阻进行分析和研究,使其防护措施更为可靠,这将具有深远的意义。
1.4 国内外研究的背景及现状用于现场测量接地电阻的方法主要有电流—电压表法即三极法,比率计法,异频法,电桥法等。
这几种方法除了所采用的电源形式、仪表类型不同外,就其测量回路和电极布置而言,归纳起来,都是以“导线—大地”为回路,用补偿法作为电极布置的要求进行测量。
各种方法都有其优点,也存在着不足及局限性,应根据实际的测量目的及测量对象选择适当的测量方法和仪器。
采用三极法测量接地电阻的方法,按采用电源的性质分为直流和交流两种,按采用测量仪表的类型可分为电压—电流表法、电流—功率表法、比率计法和电桥法等。
以上的各种方法主要是为测量工频接地电阻而采用的,测得的数值是工频下的接地电阻。
然而,在对各地电厂、站的地网长期的研究发现,地网接收最多的是雷电流,而雷电流是波头很陡,含频率特别是高频及其丰富的瞬时单脉冲冲击波,从它进入地网一直到向土壤泄放过程,都是与传统测量中注入的信号在地网呈现的过程完全不同的。
在冲击电流的情况下,地网的电阻作用仍然是有的,但是此时的电抗分量将不可忽视,甚至是起主要作用的。
所以,工频接地电阻概念在此情况下意义不大,取而代之的应该着重讨论接地阻抗的概念。
在吸取了以往的测量方法优点的基础上,将冲击电流发生器作为试验电源来对地网进行测试,用优化后的算法精确的得出在冲击电流作用下的地网的电阻和电抗分量,并能测出其他方法不能测出的冲击接地阻抗。
经过实验室模拟试验和现场实验数据的比较分析,证明该方法确有实际工程意义,值得推广。
1.5 接地电阻的测量大电流工频测量法和冲击电流法测量接地电阻都使用三极法布线方式,所不同的只是试验在电源上。
而接地系统则是指包括发变电站接地电阻为接地体的电位与通过接地体流入地中电流的比值。
它与土壤特性及接地体的几何尺寸有关。
接地体的接地电阻也可以通过求解电流场得到。
电流流经接地体向地中散流时所遇到的土壤电阻为散流电阻,通常所说的接地体电阻包括接地引线的电阻、接地引线与接地装置的接触电阻、接地体本身的电阻、接地体和土壤间的接触电阻及土壤的散流电阻。
因为散流电阻比其他四种电阻大得多,因此可以近似地认为接地电阻等于土壤的散流电阻。
通常通过求解恒定电流场分析得到的接地装置的电阻为土壤的散流电阻,即一般计算公式计算得到的接地电阻只是接地装置周围土壤的散流电阻。
但实际测量得到的接地电阻一般比计算结果大,这是因为实际的接地装置与土壤的接触毕竟不是面接触,而是点接触,二者之间存在一定的接触电阻,特别是在岩石地区,接触电阻有时是比较大的。
接触电阻是一个不定值,它与施工时的压紧程度、土壤的颗粒状况及潮湿程度有关,但接触电阻在计算公式中是很难反映的。
变电站接接地电阻与接地阻抗变电站接地装置结构一般情况下变电站的接地装置是以外缘闭合、中间敷设若干均压导体为主的水平接地网,埋深一般为,有时加些垂直接地极。
对于防雷接地只需在避雷针、避雷线及避雷器附近埋设一组垂直接地体,并将它们与水平接地网相连。
普通接地网的结构对变电站接地系统接地电阻的要求是为了达到电力系统安全稳定运行的目的,就必须使接地装置的接地电阻达到较低的值,确保短路电流及雷电流的安全散流。
对于变电站接地装置,在工频对地短路时,要保证流过接地网的电流在设备上造成的电位升高不致太大,还应保证变电站人员的跨步电压取跨距和接触电压以取人手触摸设备的1.8米高处,而人脚离设备的水平距离不超过0.8米处。
从保证安全出发,在中性点有效接地的系统中,要求接地装置的工频接地电阻值应满足接地体的电位为式中时对应的电位值确的得出在冲击电流作用下地网的电阻和电抗分量,并能测出其他方法不能测出的冲击接地阻抗。
1.6 接地网的计算方法1 传统接地计算方法我国的接地网设计是依靠中华人民共和国电力行业标准《交流电气装置的接地》的经验公式再结合设计者自身的经验完成的。
其中给出了接地电阻、接触电压和跨步电压等接地参数的经验公式,这些经验公式是基于国内科研工作者近十多年的研究成果。