实用电气接地技术培训(共81页).ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1接地技术u武汉大学电气工程学院 文习山四个方面的内容u接地技术根底u深孔与垂直接地极的作用u允许地电位升高问题u三峡枢纽电站接地第一局部u接地技术根底接地的定义 在电力系统中为了工作和平安的需要，常将电力系统及其电气设备的某些局部经导线与大地相连接地一般的定义u将电力系统或建筑物中的电气装置、设施的某些导电局部，经导线连至大地电极u导线：接地线u大地电极：接地极uIEEE 交流变电站接地平安导那么Guide for Safety in AC Substation Grounding接地更准确的定义u一种有意或无意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的、某种较大的导电体u接地的目的是：(a) 使连接到地的导体具有等于或近似于大地或代替大地的导电体的电位；(b) 引导入地电流流入和流出大地或代替大地的导电体GB/T17949.1-2000 4.1uIEC 61024 建筑物防雷保护 工作接地u为了降低电力设备的绝缘水平，110kV及以上的电力系统多采用中性点接地的运行方式u在两线一地的双极直流输电系统中，也需要将其中性点接地防雷接地u为了减轻雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设施都必须配备相应的接地装置以便把雷电流导入大地保护接地u为了保证人身平安，电气设备的外壳必须接地u当电气设备绝缘损坏导致外壳带电时，流过保护接地体的故障电流应该使相应的保护装置动作，切除已损坏的设备或使外壳的电位在平安值以下主放电 photo by Steve Albert of NOAA雷电 by Leslie Chatfield on August 21,1987 at Marden in Britain雷击建筑物接地电阻u接地电阻是电流 I 经过接地极流入大地时，接地极的电位 V 对 I 的比值，它主要是大地所呈现的电阻u接地电阻与大地的结构、土壤电阻率有关，还与接地体的几何尺寸有关，在雷电冲击电流下还与冲击电流的波形和幅值相关电流通过接地体的效应u接地电极及周围的土壤发热u接地极的电位升高，可能使设备受到过电压的作用损坏u地面上出现的地位梯度会使人体受到跨步电势和接触电势的作用u减轻上述效应，接地电阻越小越好对接地电阻的要求u110kV以上的交流系统，短路电流 I 接地体的压降不超过2000VuR4000，R4000，R5新规程中规定u防雷接地一般为4-30 接地技术研究的内容u接地电阻的计算u跨步电势和接触电势的计算u土壤电阻率的测量u接地电阻的测量u跨步电势和接触电势的测量u土壤发热的计算及电极的防腐措施 均匀土壤中直流和工频接地电极u均匀土壤是最简单的模型u直流接地电极的计算中不用考虑电感的影响u工频接地电极的计算中也根本不用考虑电感的影响u对建立根本认识有重要意义 接地电阻和地中电位分布u以半球形接地电极为例u计算简单、有理论解u当不考虑大地回流的影响，接地极的电位为接地电极与无穷远零位面之间的电位差半球接地电极电流密度与电场强度u电流密度Ju电场强度E半球电极电位分布u式中R 为接地电阻u 为土壤电阻率u a 为半球电极的半径半球电极接地电阻u式中R 为接地电阻u 为土壤电阻率u a 为半球电极的半径a到10a之间的接地电阻ua到无穷远的接地电阻u10a到无穷远的接地电阻ua到10a的接地电阻无限大媒质圆环形电极(1)无限大媒质圆环形电极(2)无限大媒质圆环形电极的电位无限大媒质圆环形电极的电阻圆环形电极埋深h圆环形电极的电阻埋深h圆盘形电极u圆盘形电极外表的电位分布是极不均匀的u按平均电位法会引起较大的误差u准确的计算，应从拉普拉斯方程求解u拉麦方法，等位面和特定曲面相吻合的方法曲面成为等势面的条件u曲面Fx，y，x=C成为等势面的条件是它的拉普拉斯除以它的梯度的平方只能是C的函数共焦二次曲面u满足前面提到的条件u参考书u解广润 高压静电场u斯迈思 静电学与电动力学圆盘形电极接地电阻无穷大介质圆盘形电极圆盘形电极接地电阻埋深h之一圆盘形电极接地电阻埋深h之二插值法埋深对接地电阻的影响u根据前面的公式u当h=0.02b时u可见与h=0的误差不超过3%变电站地网接地电阻的估算u设变电站的占地面积为Au全部铺满钢材，成为金属板，接地电阻最小u只敷设占地面积外框，成为金属“环，接地电阻最大算例u当取A=100*100m，h=0.8 , b=56.42, =100mu最小值R=0.435 u最大值R=0.734 u接地电阻的下降(0.734-0.435)/0.734=0.41近似计算公式第二局部u深孔与垂直接地极的作用 垂直接地体对接地电阻的影响u假定在地网下密密麻麻打长度为a的接地棒u一般a远小于地网的半径a=2.5u用半个扁球体来计算接地电阻带垂直接地体的地网计算公式模拟计算结果与计算结果u99根 40 4mm2 81根2.5m长的棒u地网面积 模拟试验 理论计算u10000m2 - 2.8%u7225m2 - 3% u 6480m2 3.2% 4%u 2500m2 5.7 % 5.2%u 900m2 8 % 8.4%垂直接地体对接地网降阻作用的理论分析结果a=3 接地网面积积A（m2）接地网等值值半径（m）降阻率（%）303016.99.9505028.26.3909050.83.610010056.43.2200200112.81.7垂直接地体对接地网降阻作用的理论分析结果a=50接地网面积积A（m2）接地网的等值值半径（m）降阻率（%）909050.836.010010056.433.8200200112.821.1300300169.315.3400400225.712.0500500282.19.9数值分析计算垂直接地极的效果u数值计算边界元法分析垂直接地体对接地网的降阻作用，主要讨论了三种情况：u1. 在接地网中每个均压带的交叉点处打入垂直接地体u2.沿接地网四周一根紧接一根地打入垂直接地体；u3.在接地网四周均压带的接点处打入垂直接地体。

垂直接地体在接地网中每个均压带的交叉点处打入时的降阻作用 接地网面积积（m2）垂直接地体长长度（m）降阻率（%）网孔数为为1010网孔数为为151510010025507510027.041.550.256.128.242.150.356.220020025507510014.827.536.042.416.228.936.842.54004002550751008.216.423.428.98.616.823.829.26006002550751004.9910.916.521.35.211.817.622.4沿接地网四周一根紧接一根地打入垂直接地体时，垂直接地体的降阻率y垂直接地体接地网dxzzPxr 沿接地网四周一根紧接一根地打入垂直接地体时，垂直接地体的降阻率 接地网面 积积（m2）等值值半径（m）垂直接地体长长度（m）降阻率（%）10010056.425507510023.839.048.253.5200200112.825507510012.324.332.839.6400400225.62550751006.314.119.925.7600600338.52550751004.18.613.817.6沿接地网四周均压带的接点打入垂直接地体时，垂直接地体的降阻率 接地网面积积（m2）垂直接地体长长度（m）降阻率（%）10010025507510022.037.647.452.420020025507510011.022.531.438.14004002550751005.712.318.023.46006002550751003.57.812.216.2第三局部u允许地电位升高问题地网电位允许升高u接地标准中u有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所的接地装置的接地电阻R一般情况下应满足R2000/Iu相当多的变电站和电厂并不满足上述规定影响提高允许地网电位升高值的因素u控制电缆的工频耐压特性是影响提高允许地网电位升高值的因素之一，我们对此进行了大量的试验研究u继电器在系统发生故障时应该平安可靠地动作，这对系统的平安与稳定有着极其重要的意义 u耐压试验针对控制电缆和继电器进行试验电路图试验方案u针对控制电缆在到达保护屏后，芯线从电缆中别离出来，在别离处做电缆头和未做电缆头的两种情况的绝缘特性进行试验u做了电缆头的带铠电缆，针对电缆头有无尖端两种情况的绝缘特性进行试验u对有铠和无铠的两种情况的绝缘特性进行试验u针对单根芯线在紧靠保护屏和角铁两种情况下的绝缘特性进行试验u针对电缆芯线到电缆头间的沿面放电电压进行试验电缆的伏秒特性未做电缆头 电缆头及尖端对绝缘特性的影响 (1)ZR-KVVP2-71.5 电缆头及尖端对绝缘特性的影响 (2) KVVP2-141.0 单根绝缘电线的绝缘特性试验u电缆敷设时，单根电缆可能会紧靠保护屏再到端子排，而保护屏是接地的，所以有必要对单根芯线的绝缘进行试验。

试验分两种情况，1芯线紧靠角铁的楞角，2芯线紧靠金属平面试品只选用了ZR-KVVP2-71.5型电缆u试验结果为加压时间在30秒以内，其击穿电压均为40kV，说明单根芯线的绝缘耐压值大大高于全部芯线对屏蔽层间的绝缘耐压值 电缆沿面放电电压与沿面长度的关系 继电器击穿放电u专用继电器击穿放电的形式一般是沿面放电，u放电是在继电器外壳定位螺栓和线圈接线柱之间的沿面进行u通用继电器试验中还发现加上底座时，放电主要是沿底座的外表进行，一般情况下，它并不影响到继电器的性能 通用继电器工频击穿电压伏秒特性 固态继电器放电u普通封装的固态继电器击穿时，几乎都是合闸即击穿，并可看见明显的火花放电，听见明显的放电声，环氧封装的固态继电器击穿时那么未能观察到继电器内部放电现象u普通封装的两种固态继电器，其耐压主要取决于采用的光电隔离器件，最低击穿电压为5.0kV环氧封装的两种固态继电器的耐压高，在9kV以上，这可能与它们的内部结构、封装固体材料等因素有关 结论1u1电缆的工频伏秒特性是较平坦的，从工程的角度来看可近似为一条水平直线u2当电缆的屏蔽层剥去长度在2cm以内时，其沿面放电电压的耐受强度可达5kV/cm。

u3如果按大型电力系统能在30s内切除故障考虑实际上会在1s内切除，从控制电缆的绝缘特性来看，允许地电位升高l5kV是可能的在此电压下为保证不出现电缆的沿面闪络，电缆的屏蔽层应剥掉4cm 结论2u4由试验可知，击穿位置均在靠近屏蔽层有尖角处，尤其是钢铠屏蔽层在做电缆头时所产生的尖端，会使绝缘的工频耐压值大大下降，所以在做电缆头时应特别要求防止产生尖端同时，一定要注意切不可损伤绝缘层u 5继电器的工频伏秒特性是很平坦的，在0-30s的范围内可以认为是一条水平直线u6对专用继电器、通用继电器和环氧封装的固态继电器的绝缘性能而言，地电位升高到5.0kV是可以承受的u7基于平安考虑，假设地电位升高到5kV，不宜采用普通封装的固态继电器 第四局部u三峡枢纽电站接地电站概况u三峡水利枢纽工程规模巨大，电站安装26台单机容量700MW水轮发电机组，在电力系统中占有举足轻重的地位u三峡工程的接地装置设计能否满足要求，是关系到电站平安运行的重大问题u由于三峡枢纽工程地处花岗岩地区，属高电阻率地区u三峡枢纽拥有大量的结构钢筋和各种金属结构物，在接地设计中充分利用枢纽建筑物的自然接地体u单相短路电流64kA，入地电流33.4kA 枢纽接地装置出五局部组成1u1大坝接地装置：三峡大坝全长约2km，利用大坝上游迎水面结构外表钢筋，网孔为20m20m，垂直地网面积为239000m2。

在上游围堰库底敷设人工接地网，水平地网面积为264800m2u2左、右岸电站接地装置：三峡左、右岸电站接地装置布置相同，充分利用水下钢结构物连成一体，钢结构物有：尾水护坦结构钢筋、尾水底板结构钢筋、蜗壳、锥管、进水压力钢管等左岸电站水平接地网面积为2880m2，右岸电站水平按地网面积为35400m2枢纽接地装置出五局部组成2u3。