城市轨道交通供电导论 教学课件 ppt 作者 李建民 第四章　接地系统与过电压保护

1、第四章 接地系统与过电压保护,主编,第一节 电 气 接 地,一、电气接地的基本知识与概念,1.接地装置、接地体与接地线 接地装置，是指人为设置的接地体与接地线的总称。埋入土壤内并与大地直接接触的金属导体或导体组，叫做接地体，也叫接地极。接地装置按结构可分为人工接地体与自然接地体两类；按具体形状可分为管形与带形等多种。连接接地体与电气设备应接地部分的金属导体，叫做接地线。它同样有自然接地线与人工接地线之分，且通常又可分为接地干线与接地支线。,一、电气接地的基本知识与概念,2.对地电压、接触电压与跨步电压 一般所说的对地电压，就是指带电体与大地之间的电位差。在这里，大地是指离带电体接地点20m以外的大地而言。也就是说，对地电压就是带电体与（零电位的）大地之间的电位差。它在数值上等于接地电流与接地电阻的乘积。当电流通过接地体流入大地时，接地体本来具有相对来讲最高的电位，也即具有最高对地电压。离开接地体后，各点的对地电压便逐渐下降，直至20m外，对地（零电位点）之间的电压便降为零。若用曲线来表示接地体及其周围各点的对地电压，这种曲线就叫做对地电压曲线，也称为接地电流电位分布曲线。,一、电气接地

2、的基本知识与概念,3.接地电流 凡从带电体流入地下的电流即为接地电流，有正常接地电流与故障接地电流之分。正常接地电流指正常工作时，通过接地装置流入地下、借用大地形成回路的电流；故障接地电流指系统发生故障时出现的接地电流。凡系统接地而导致系统发生短路时的故障接地电流，便叫接地短路电流。在系统中，接地短路电流可能会很大。因此规定：凡接地短路电流在500A及以下时，称小电流接地系统；大于500A时则称为大电流接地系统。可见，接地电流与接地短路电流是不同的两回事。它们各有其具体的含义，故不应混淆。,一、电气接地的基本知识与概念,4.流散电阻及接地电阻 在接地体上，电流自接地体向四周大地流散时所遇到的全部电阻，称为流散电阻（或散流电阻）。接地电阻是指整个接地装置的电阻值，它是接地体的流散电阻与接地线本身电阻之和。由于接地线的电阻（包括接地线与接地体间的连接电阻）一般都很小，故常可忽略不计。因此，可近似认为接地电阻就等于流散电阻。通常说的接地电阻值都是对工频电流而言的。当雷电流通过接地装置时，由于雷电流有着强烈的冲击性，这时接地电阻值便会发生很大的变化。为了区别起见，将这种情况下的接地电阻称为冲击

3、接地电阻。所以，接地电阻、流散电阻与冲击接地电阻所指含义各不相同，在概念上定要分辨清楚。,二、接地的分类与工作接地的作用,1.电气接地的含义及其分类 表41 接地的具体分类,表4-1 接地的具体分类,二、接地的分类与工作接地的作用,2.各种工作接地的主要作用 由于运行和安全需要，为保证电力网在正常情况或事故情况下能可靠地工作而将电气回路中某一点实行的接地，称为工作接地。如电源（发电机或变压器）的中性点直接（或经消弧线圈）接地，电压互感器一次侧中性点的接地，以及两线一地制供电方式中接地相的接地等，都属于工作接地。强电系统中，各种工作接地的主要作用是：,二、接地的分类与工作接地的作用,1)变压器和发电机的中性点直接接地，能维持相线对地的电压不变(故障相除外)，并可降低人体的接触电压及适当降低制造时对电气设备的绝缘要求。 2)变压器或发电机的中性点经消弧线圈接地，还能在发生单相接地故障时，消除接地短路点的电弧及由此而可能引起的危害。 3)仪用互感器如电压互感器一次侧线圈的一端接地，主要是为了对一次系统中的相对地电压进行测量。 4)两线一地制的相线接地，相当于三线制的单相接地运行，只适用于31

4、0kV中性点不接地系统，利用大地作为一根导线，从而可以降低线路基建投资与年运行费用，并减少线路材料的耗量。,第二节 电力系统中性点运行方式,二、接地的分类与工作接地的作用,电力系统中性点的运行方式有不接地、经电阻接地、经消弧线圈接地、直接接地等多种。我国电力系统目前所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。小电阻接地系统在国外应用较为广泛，我国已开始部分应用。,图4-1 中性点不接地系统,一、中性点不接地(绝缘)的三相系统,1.中性点不接地系统的正常运行 由于正常运行时各相对地的电压A、B、C是对称的，各相线路对地电容（CA、CB、CC）相等，故各相对地的电容电流也相等。各相电流等于负荷电流及对地电容电流之和，以A相为例（见图42），,图4-2 中性点不接地系统电流关系,一、中性点不接地(绝缘)的三相系统,图4-4 架空线路换相示意图,2.中性点不接地系统的单相接地故障 如图45所示，中性点不接地系统的任何一相（如C相）发生接地时，接地相的对地电压为零，接地相对地的电容电流也为零，此时中性点电位不再是零了，未接地的A、B两相的对地电压将升高到相电压的倍，即A

5、、B两相的对地电压等于线电压。,一、中性点不接地(绝缘)的三相系统,图4-5 中性点不接地系统一相接地,图4-6 中性点经消弧线圈接地系统单相接地,二、中性点经消弧线圈接地的三相系统,图4-7 中性点经消弧线圈接地系统单相接地的相量图,图4-8 中性点直接接地系统,四、35kV侧采用小电阻接地系统,1.接地变压器 (1)接地变压器组成 采用树脂浇注型绝缘干式接地变压器，如图4-9所示。,图4-9 树脂浇注型绝缘干式接地变压器,(2)接地变压器的主要技术参数见表4-2。,表4-2 接地变压器的主要技术参数,四、35kV侧采用小电阻接地系统,(3)接地变压器原理特点 没有中性点的系统引入中性点，接地变压器的一次绕组为Z字形接线，二次绕组为星形接线。 (4)接地变压器的用途 一是为变电所提供低压交流电源；二是在35kV侧形成人为的中性点，同消弧线圈相结合，用于35kV发生接地时补偿接地电容电流，消除接地点电弧；三是可以和小电阻接地相结合，构成小电阻接地系统。 (5)接地变压器原理 三相Z接地变压器原理如图4-10所示。,图4-10 三相Z接地变压器原理,四、35kV侧采用小电阻接地系统,2.

6、接地电阻柜 接地电阻柜标准设备包括不锈钢电阻元件、支持绝缘子、绝缘套管、内部连线和柜体等。一般适用电压为3369kV可选；允许通过电流为55000A可选；其标称电阻为1500；允许通流时间为10s、30s、60s、10min、连续运行可选；接地电阻柜的进出线方式有上进下出、下进下出、侧进侧出、侧进下出多种可选；安装地点有户内、户外两种；通流时间为10s、30s、60s时允许温升为760，通流时间为10min时允许温升为610；连续运行时允许温升为385。,四、35kV侧采用小电阻接地系统,(1)主要性能特点 耐受高温：熔点为13751500，最高使用温度为1000。 (2)适用范围 适用于366kV以电缆线路为主的城市配电网；发电厂用电系统；大型工矿企业、机场、港口、地铁等电力用户配电系统；大型发电机的中性点电阻接地。,五、低压侧0.4kV TN-S接地,图4-11 TN-S 供电系统,五、低压侧0.4kV TN-S接地,(1)TN-S 供电系统 具有专用保护零线的中性点直接接地的系统叫做TN-S供电系统，俗称三相五线制系统，如图4-11所示。 1)系统正常运行时，专用保护线上没有电流

7、，只是工作零线上有不平衡电流。 2)工作零线只用作单相照明负载回路。 3)专用保护线 PE 不许断线，也不许进入剩余电流动作保护器。 4)干线上使用剩余电流动作保护器，工作零线不得有重复接地，而 PE 线有重复接地，但是不经过剩余电流动作保护器，所以 TN-S 系统供电干线上也可以安装剩余电流动作保护器。 5)TN-S 方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。,五、低压侧0.4kV TN-S接地,(2)TN-C-S 1)工作零线 N 与专用保护线 PE 相连通。 2)PE 线在任何情况下都不能进入剩余电流动作保护器，因为线路末端的剩余电流动作保护器动作会使前级剩余电流动作保护器跳闸造成大范围停电。 3)对 PE 线除了在总箱处必须和 N 线相接以外，其他各分箱处均不得把 N 线和 PE 线相连， PE 线上不许安装开关和熔断器。,第三节 接地装置的电阻选择及维护,一、系统及设备接地电阻的允许值,为确保接地装置在运行中能发挥应有的作用，各类电气设施或设备的接地电阻均应符合规程要求。实际应用中，各类常用接地装置的接地电阻允许值分别为： 电源容量为100kVA以上的变压器或

8、发电机的工作接地，R4； 电源容量100kVA的变压器或发电机的工作接地，R10； 100kVA及以下低压配电系统的零线重复接地，R10，当重复接地有3处以上时，R30； 电气设备不带电金属部分的保护接地，R4；引入线装有25A以下熔断器的设备的保护接地，R10； 低压线路杆塔的接地或低压进户线绝缘子脚的接地，R30；,二、接地装置及维护,图4-12 环路式接地,1)检查接地线是否折断、损伤或严重腐蚀。,变电所或车间一般采用环路式接地，流散电场互相重叠，使地面电场分布均匀，因此跨步电压和接触电压很低。环路式接地如图4-12所示。当接地体间的相隔距离为接地体长度的13倍时，其效果更为明显。,二、接地装置及维护,2)检查接地支线与接地干线的连接是否牢固。 3)检查接地点土壤是否因受外力影响而有松动。 4)检查重复接地线、接地体及其连接处是否完好无损。 5)检查全部连接点的螺栓是否有松动，并应逐一加以紧固。 6)挖开接地引下线周围地面，检查地下0.5m处地线受腐蚀的程度，严重时应立即更换。 7)检查接地线的连接线卡及跨接线等的接触是否完好。 8)检查明敷部分接地或接零母线上的涂漆是否脱落，若

9、有脱落现象时应重新涂漆以使标志鲜明。 9)检查接地体是否因受水冲击或其他原因造成露出地面或离地表过近，若有应及时修复。 10)及时做好接地装置的变更、检修、测量等项内容的记录。,三、接地电阻的测量方法,图4-13 接地电阻的测量接线,接线如图4-13所示，P和C分别为接地棒，分别与接地电阻表的P和C连接。 对有四个接线端钮的接地电阻表，其接线稍有改变。一般情况下将C2、P2短接，代替图4-14中的E端子。当测量小于1的电阻时，应将C2、P2之间的连接片断开，且分别用导线连接到被测接地体上，如图4-14所示。,第四节 城市轨道交通供电系统的接地原则及构成,一、系统的接地原则、要求及构成,1.城市轨道交通接地系统的接地原则 1)全线接地按综合接地系统的概念进行设计，使全线形成统一的高低压兼容、强弱电统一的接地系统。 2)满足沿线接触导线和馈电线断线可能搭触到设备的安全接地要求。 3)满足各类通信、信号、计算机等弱电设备的工作接地与安全接地要求。 4)满足其他车站设备工作接地与安全接地要求。 5)满足接触网系统工作接地与防雷接地要求。 6)当杂散电流防护设计与安全接地发生矛盾时，优先考虑安全接地。,一、系统的接地原则、要求及构成,2.城市轨道交通接地系统的构成 1)每个车站单独设置一个接地网，供车站各种设备的工作接地、安全接地用。 2)沿线电缆支架上敷设一贯通的接地金属体，供沿线区间电气、通信、信号等机电设备安全接地用。 3)架设架空地线，供接触网系统设备工作接地、安全接地和防雷接地用。 4)牵引回流系统采用浮空不接地方式，钢轨、负回流线、直流开关柜、整流器、负极柜采用绝缘法安装。 5)全线各车站、车辆段和停车场设钢轨电位限制装置。,一、系统的接地原则、要求及构成,3.城市轨道交通供电系统变电所接地的基本要求 1)变电所中的交流电气装置、设施的某些可导电部分应接地。 2)变电所内不同用途和不同电压的电气装置、设施使用一个总的接地装置，车站内变电所与其他系统采用综合接地，共用一个接地网。 3)每个车站接地网上分别引出变电所设备接地引出线、弱电设备接地引出线和接触网架空地线引出线三组引出线，每组引出线包括三个引出端子，每组引出线间的电气距离大于

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