发电厂变电站接地.ppt

各种接地体的冲击系数
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3.1.2冲击电流通过接地体散流的特性



(1)由于冲击电流相当于高频电流的情形，因此，除接地 体的电阻外，接地体的电感和电容均对冲击阻抗发生作用。 其作用的大小，决定于接地体的形状、冲击电流的波形幅 值以及地的电气参数ρ 和ε (2)当接地体表面的电流密度达到某一数值时．会产生火 花放电现象．其结果相当于接地体的直径加大。 (3)冲击电流在地中流动时，由于高频电流的集肤效应， 不像直流电那样可以穿透无限深处的地层，也不像工频电 流那样可以穿透地的有限深度，而是在距地面不太深的范 围内流动。（ 当ρ 为100-500Ω· m时，大约在距地面20-50m范围
· （2）小接地短路电流系统
(3)在条件特别恶劣的场所，例如水田中，接触 电位差和跨步电位差的允许值应适当降低。
2.2.3地电位反击

在高土壤电阻率地区，R较大．例如：Ｒ为５Ω，当Ｉ达 到2000Ａ时，接地电位升可达到10000Ｖ.引起转移电势 问题
发电厂、变电所中高电位引出（三相四线制低压线路）和低电位引入 （通讯线路）。

发电厂和变电所的接地网必须着重解决的问题




(1)接地网的接地电阻问题，因为它直接关系到工频接地 短路和雷电流入地时地电位的升高。 (2)地网均压问题，特别是接地网的局部容易向电缆沟内 的电缆产生反击造成控制保护设备的损坏引发恶性事故， (3)设备接地问题，特别严重的是有的防雷设备，如避雷 线、避雷器的接地不好，会产生很高的残压和反击过电压 (4)接地线的热稳定问题，如果接地线的热稳定达不到要 求，在接地短路电流流过时，就会把接地线烧断，造成设 备外壳带电，还容易发生高压向保护和控制线反击。 (5)接地网的腐蚀问题，由于接地装置在地下运行，故运 行条件恶劣，特别是在一些潮湿和有害气体存在的地方， 或土壤呈酸性的地方最容易发生腐蚀。腐蚀接地网的电气 参数会发生变化，甚至会造成电气设备的接地与地网之间， 地网各部分之间形成电气上的开路。
2小接地短路电流系统（不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统）

(1)高压与发电厂、变电所电力生产用低压电气装 置共用的接地装置
但不应大于4Ω (2)高压电气装置的接地装置
但不宜大于10 Ω，在高土壤电阻率地区的接地电阻不 应大于30Ω
2.2.2发电厂、变电所的接地网均压要求

(1)在110kV及以上有效接地系统和6—35kV低电阻接地 系统，发生单相接地或异点两相接地时，发电厂、变电所 接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值
第2章发电厂、变电站接地
2.1 概述 发电厂、变电站接地的用途： 防雷接地、工作接地、保护接地三合一 发电厂、变电站接地的型式： 外缘闭合中间敷设若干均压导体为主的水平接地网 特点：地网面积大；入地故障电流或雷电流可能很大 随着电网的发展，特别是发电厂、变电所内微机保 护、综合自动化装置的大量应用，这些微电子元件 对接地网的要求更高，地电位的干扰对监控和自动 化装置的影响不得不引起人们的重视
第三章输电线路杆塔接地
降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，减少线 路雷击跳闸率的主要措施 为减小具有高频率，陡波头的雷击大电流的各种 危害，必须设置冲击接地装置 不能再用恒定电场的理论研究

3.1冲击接地特性
3.1.1冲击接地电阻的物理意义 冲击电流或雷电流通过接地体流向大地时，接地 体呈现的电阻叫冲击接地电阻。 接地电阻与工频接地电阻不同，其主要原因是冲 击电流的幅值可能很大，会引起土壤放电，而且 冲击电流的等效频率又比工频高得多。当冲击电 流进入接地体时，会引起一系列复杂的过渡过程， 每一瞬间接地体呈现的等效电阻值都有可能有所 不同，而且接地体上最大电压出现的时刻不一定 就是电流最大的时刻。
内流动）


(4)大地的两个电性能参数ρ 和ε ，特别是大地电阻率 在高频的情况下，并非像工频那样可以近似为常数，而是 在很大程度的往减小的方向变化 (5)接地体周围的电场强度达到某一数值时，电压和电流 不再是线性关系，而是表现为非线性。
3.1.3网格式地网的冲击接地电阻
网格式地网在工频时，接地电阻与地网面积的平方根呈正比，这 是因为电位分布均匀，全部地网的导体都起散流作用， 网格式地网在冲击电流作用下，由于电感作用，电位分布很不均 匀，远处电位很低，只有电流注入附近小范围内的导体起散流作用

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冲击系数α

——冲击接地电阻Rch与工频接地电阻Rg的比 值．称为接地体的冲击系数α 。
对集中接地体来说， α 一般小于1，但对长度很大的延长 接地体来说，由于其电感效应， α 也可能大于1。 α 值一般由实验方法求得 在缺乏准确数据时，集中的人工接地体或自然接地体的冲 击系数。可按下式计算
I——冲击电流幅值．kA； ρ ——土壤电阻率，kΩ·m l——垂直或水平接地体的长度或环形闭合接 地体的直径．或方形闭合接地体的边长，m； β ,m——与接地体形状有关的系数，对垂直 接地体有β ＝0.9，m=0.8 ,对水平及闭合 接地体有β =2.2，m＝0.9。
2.2 发电厂、变电所地网的设计总原则
2.2.1对接地电阻的要求 1．大接地短路电流系统（110kV以上有效接地系统和635kV低电阻接地系统） (1)一般情况下，接地装置的接地电阻应符合下式要求
式中 R——考虑到季节变化的最大接地电阻，一般应小于 0.5 Ω I——流经接地装置的入地短路电流，A： (2)当接地网的接地电阻由于受条件限制，比如土壤电阻 率较高等，可适当增大接地电阻，但不得大于5Ω
二、计算设计 1．计算应达到的接地电阻
首先应根据发电厂、变电所的规模、电压等级、 系统接地方式和电网5—10年发展后系统的接地 短路电流值，利用式 来计算应达到的接 地电阻值。 2．计算工频接地电阻 根据发电厂、变电所的规模，占地大小．一次 设备和厂房的布置情况来设计接地网的形状和均 压带的布置方式，并根据自然接地体和人工接地 网的大小，来计算工频接地电阻值。




主要防范措施：隔离；加装SPD 1)为防止转移电位引起的危害，对可能将接地网的高电 位引向厂、所外或将低电位向厂、所内的设施，应采取隔 离措施。例如：对外的通信设备加隔离变压器；向厂、所 供电的低压线路采用架空线，其电源中性点不在厂、所内 接地，改在厂、所外适当的地接地：通向厂、所外的管道 采用绝缘段、铁路轨道分别在两处加绝缘鱼尾板等等。 2)考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高 时，发电厂、变电所内的3-10kv阀式避雷器不应动作或 动作后应承受被赋予的能量。 3)设计接地网时，应验算接触电压和跨步电压

3．确定地网形式

如属于发电厂和大中型地网应采用方孔地网；35kv及以下小规模变电 所的接地网可采用长孔地网，水平均压带的间距．可采用3—12m，可 等间距布置，也可不等间距布置．还要看一次设备的分布情况，以有利 于设备接地为好。 电厂、变电所的接地装置应充分利用自然接地体 对发电厂和变电所，不论采用何种形式的人工接地体，如井式接地、 深钻式接地、引外接地等，都应敷设以水平接地体为主的人工接地网。 对面积较大的接地网，降低接地电阻主要靠大面积水平接地体。它既有 均压、减小接触电势和跨步电势的作用，又有散流的作用。 防雷接地装置可采用垂直接地体作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强 集中接地和散泄雷电流之用。 人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不 宜小于均压带间距的一半。接地网内应敷设水平均压带。接地网的埋深 一般采用0.6-1.0m。在冻土地区应敷设在冻土层以下。 接地网的边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或“帽 檐式”均压带。
火化效应
强大的冲击电流流入土壤后会形成很强的电场， 使土壤发生强烈的局部放电现象。 一般土壤由于是不均匀媒质，所以其耐压强度只 有8．5kV／cm左右 实验表明：当单根水平接地体的电位为1000kV 时，火花放电区域的直径可达70cm。实际常遇 到雷电流总在10kA或数十千安以上，这时在土中 形成的强烈放电可使土壤的等值电阻率大为减小， 也可以认为ρ 不变但接地体的等值直径已大为增 加，所以此时接地体的冲击接地电阻将比工频接 地电阻小
4。接地网的布置



5．接地体的选择
人工接地体的规格：水平敷设的接地体可用镀 锌圆钢、扁钢．垂直接地体，用镀锌钢管、角钢 等。接地体和接地引下线的截面应符合热稳定要 求。 敷设在大气和腐蚀条件场所的接地体和接地引下 线，应根据腐蚀的性质经过技术经济比较后采取 合适的措施‘ 接地装置的使用寿命应和地面设备相一致．一般 取25—30a．
8．设备的接地与地网的连接





(1)对发电机、主变压器、GIS开关设备、补偿电容器等 主要设备要进行双接地，并与地网的不同两点相连接。 (2)对避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备的接地处要设 置3—5根水平射线3—5根垂直接地极以加强集中接地 (3)对厂房、主控室、高压配电室、主变压器四周要设置 环形水平接地带。 (4)对上下层设置的变电站、上层构架上的设备每隔1015m用明接地引线接地。 (5)对室内分居布置的楼上设备的接地要每隔5—10m用 专门设置的接地引线接入地网，室内还应设置环形接地母 线。 (6)电力设备每个接地部分应以单独的接地线与接地干 线相连。 (7)设备的接地都要以单独的接地线接入埋在地中的地 网，不能只接到电缆沟的接地带。
7．接地装置的敷设





(1)为了减少相邻接地体的屏蔽作用．垂色接地体的间距 不宜小于其长度的2倍．水平接地体的间距不宜小于5m： (2)接地体与建筑物的距离不宜小于1．5m。 (3)围绕屋内外配电装置、主控制楼、主厂房及其他需 要装设接地网的建筑物，敷设环形接地网。这些接地网之 间的相互连接不应小于两根干线。 为了确保接地的可靠性，接地干线至少应在两点与接 地网相连接。 (4)建筑物的墙壁敷设水平接地线时，离地面宜保持 250—300mm的距离。建筑物墙壁间应有10—15mm的 间隙。 (5)接地线应防止发生机械损伤和化学腐蚀。在接地线 引入建筑物的入口处，应设标志。
经理论和数学推导可以得出随着方孔 地网的 A 增大(Ａ为地网面积)，冲击 接地电阻迅速下降到接近极限值，以 R2.6 为例，大约 增大到 A
时，R2.6 已下降到接近极限最小值，即再要 用扩大地网面积的办法来降低冲击接地 电阻，其收效将甚微．这也说明，不论地网 面积有多大，它在冲击下的有效 A 是有限 的，在此有效 A 以外地网的冲击电压已接 近于o，
冲击接地物理过程


冲击电流通过接地体的最初瞬间，冲击阻抗与接地体的稳 态或工频接地电阻无关。这时接地体的波过程起主要作用， 冲击阻抗等于波阻。 当波往接地体深处运动时，在波电流上将附加着土壤的传 导电流，这时接地体的冲击阻抗主要由接地体的电感和土 壤的电导来决定的。这个过程称为“电感一电导”泄流过 程： 最后，当电流的变化率趋近于零，电感可以略去不计，冲 击阻抗才表现出电阻的性质．趋近于稳态或工频接地电阻。 对于集中接地体，只考虑电阻过程；一般电阻率地区的 水平长接地体，只考虑“电感一电导”泄流过程；特高电 阻率地区的水平接地体还应考虑波过程、
2.3发电厂、变电所接地网的设计步骤和方法



一、资料收集 (1)厂、所的规模，即发电厂、变电所的规模大小，如发电厂的装 机台数、容量、电压等级。变电所的主变压器台数、容量、电压等级， 进出线路回数，发电厂、变电所占地面积大小等。 (2)发电厂、变电所所处位置的地形、地势、土质情况、土壤酸碱 度等。 (3)如为新建厂、所，应首先测量不同深层土壤的土壤电阻率，如 为山坡地形，还要在不同的方位、不同的方向进行测量，从而找出沿 横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。 (4)厂、所的最终建设规模、分几期建成以及当地电网的5、10年 规划。 (5)气象资料收集，主要是降雨情况、长年土壤干湿变化情况、雷 电活动情况日、落雷密度和雷电强度等。 (6)进出线情况．有几回进出线，有无避雷线及线路所经过的区域 等。 (7)环境资料，主要是了解当地钢铁的腐蚀情况。