現(xiàn)代供電技術(shù)王福忠ppt

1、供電系統(tǒng)第五章 供電系統(tǒng)的保護(hù)接地與防雷 保障人身安全,防止觸電事故是研究供電技術(shù)的一個(gè)特別重要的課題.加強(qiáng)用電的安全措施,除了提高安全意識外,必須深入了解防范理論和防范技術(shù)。 生物電是微弱的，如果引入外部電流，生物電的正常工作遭到破壞，人體將受到不同程度的傷害。 電流的生物效應(yīng)表現(xiàn)為人體產(chǎn)生刺激和興奮行為，使人體活組織發(fā)生變異。如電流通過肌肉，引起肌肉收縮；通過神經(jīng)中樞，引起細(xì)胞激活，產(chǎn)生興奮波。有生命體征的人體內(nèi)，始終存在電流現(xiàn)象，稱生物電。一。電流對人體的危害5-1 供電系統(tǒng)的保護(hù)接地傷害后果： 3，電流通過人體：使機(jī)體各組織產(chǎn)生蒸汽，剝離，斷裂等。2，電流通過人體：引起肌體內(nèi)液體物質(zhì)發(fā)

2、生離解；1，電流通過人體：所經(jīng)過的血管，心臟，大腦等器官熱量增加導(dǎo)致功能障礙。電流傷害種類1。電擊單相觸電的危險(xiǎn)程度與電網(wǎng)運(yùn)行方式有關(guān)。一般情況，接地電網(wǎng)的單相觸電比不接地電網(wǎng)的危險(xiǎn)性大.1)單相觸電:人體在地面或其他接地導(dǎo)體上,人體的某部位觸及一相帶電體。 電流通過人體，機(jī)體組織受刺激，肌肉痙攣。嚴(yán)重的是心臟，肺部和神經(jīng)系統(tǒng)的正常工作遭到破壞，在人體外部不留下痕跡。 2)兩相觸電:人體兩個(gè)不同部位觸及兩相帶電體的觸電.危險(xiǎn)程度比單相觸電更大。. 當(dāng)人體遭受電擊時(shí)，如果電流通過心臟，可能直接作用于心肌，引起心室顫動(dòng)；如果電流沒有通過心臟，也可能通過中樞神經(jīng)反射到心肌,引起心室顫動(dòng)。3）跨步電壓

3、觸電:當(dāng)帶電體發(fā)生與地連接,電流在接地點(diǎn)周圍土壤中形成電壓降。人的雙腳之間出現(xiàn)的電壓稱跨步電壓。 心室顫動(dòng)發(fā)生時(shí),每分鐘1000次,幅度小且無規(guī)則,血液實(shí)際上停止循環(huán)。2。電傷電流的熱效應(yīng)，化學(xué)熱應(yīng)，機(jī)械效應(yīng)對人體的傷害，會(huì)在人體外部留下明顯痕跡。電光眼：當(dāng)產(chǎn)生電弧時(shí)，強(qiáng)烈的熱光嚴(yán)重刺激眼球，導(dǎo)致?lián)p傷。機(jī)械損傷：觸電瞬時(shí)產(chǎn)生肌肉強(qiáng)烈反應(yīng)，導(dǎo)致肢體擊傷。皮膚金屬化：當(dāng)產(chǎn)生電弧時(shí)，將金屬融化的粒子濺射到肉體并與之混合。電烙?。浩つw電阻高，熱能比較集中在皮膚表面，導(dǎo)致細(xì)胞壞死。電燒傷：電流通過人體，電能轉(zhuǎn)換為熱能的傷害。 電流對人體作用分析 主要討論50HZ交流電流的作用：概率為95.5%的，成年男

4、子約為9mA,成年女子約為6mA。概率為50%的， 成年男子約為16mA,成年女子約為10.5mA。2。擺脫電流通過人體的電流超過感知電流，就會(huì)有肌肉收縮，刺痛的感覺。觸電后能夠自行擺脫的最小電流稱擺脫電流。擺脫電流的最小值稱擺脫閾值。成年男子為1.1mA,成年女子為0.7mA。1。感知電流在一定概率下，通過人體引起的任何感覺的最小電流。能感知的最小電流稱感知閾值。（一）電流大小的影響3。室顫電流 當(dāng)通過人體電流的持續(xù)時(shí)間超過心臟周期，室顫電流為幾十毫安。 當(dāng)通過人體電流的持續(xù)時(shí)間小于心臟周期，室顫電流為幾百毫安；室顫電流與持續(xù)時(shí)間，電流途徑，電流種類，機(jī)體組織，心臟功能等因素有關(guān)。 通過人體

5、引起心室發(fā)生纖維性顫動(dòng)的電流.最小值稱室顫閾值。 高電壓觸電可能因電弧或大電流燒傷而致命;低電壓觸電可能因心室顫動(dòng)或窒息而傷身。（二）電流持續(xù)時(shí)間的影響人體通電時(shí)間越長，越容易引起心室顫動(dòng)，電擊的危險(xiǎn)性越大，原因有三： 心臟搏動(dòng)周期中，在T波前半部分最敏感（0.2s）,稱這段時(shí)間為易損期。2。易損期的影響例如：體重50千克的人，引起心室顫動(dòng)的工頻電流與電流持續(xù)時(shí)間的關(guān)系式：電流持續(xù)時(shí)間越長，能量積累增加，心室顫動(dòng)電流減小。1。能量的影響3。人體電阻的影響電流持續(xù)時(shí)間越長，人體電阻因出汗而降低，導(dǎo)致電流增加，電擊的危險(xiǎn)性越大。 二. 接地電阻及其接地裝置 1.接地裝置的構(gòu)成定義:電氣設(shè)備接地裝置

6、對地電壓與接地電流之比,稱接地電阻.定義:接地體的對地電壓與經(jīng)接地體的電流稱流散電阻通常以接地體為圓心,以20m為半徑的半球面處的土壤電阻極小,稱之為”地”電位。接地體的流散電阻:接地體與20m為半徑的半球面間的電阻。接地體的對地電壓:從接地體與20m為半徑的半球面間的電位差。接地裝置:接地體與接地線的組合.接地電位分布： 在接地體為中心的20m為半徑的圓平面之內(nèi)，人的跨步電壓是不同的。人的跨距為0.8米。 如圖所示，接地體的對地電壓從接地體與20m為半徑的電位差。接地體的對地電位是以接地體為中心處最高，隨離開接地體距離越遠(yuǎn)，則電位逐漸下降，直到離開20m處，電位為零。跨步電壓：人的雙腳觸及到

7、不同電位的地面上的電位差。接觸電壓：人在地面上觸及漏電設(shè)備所承受的電壓。三。 保護(hù)接地 人體回路的電阻大,人體通過的電流就小.為了滿足安全條件: RtonRE. 安全電流:AC33mA,DC50mA當(dāng)某一相與金屬外殼短接的電流比:變壓器二次側(cè)的中性點(diǎn)不接地,把用電設(shè)備正常情況下不帶電的金屬外殼接地.1。 IT系統(tǒng)三種安全保護(hù)接地方式：IT系統(tǒng)，TN系統(tǒng)，TT系統(tǒng)。 為了保障人身安全，防止間接觸電而將供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分進(jìn)行接地，稱安全保護(hù)接地。2。 TN系統(tǒng) TN-C-S系統(tǒng),一部分中性線N與保護(hù)(接零)線合一.TN-S系統(tǒng),系統(tǒng)中性線N與保護(hù)(接零)線PE是分開的.TN-C系統(tǒng)

8、,中性線N與保護(hù)(接零)線PE是合一. 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備正常情況下不帶電的金屬外殼部分用保護(hù)線通過中性線與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連接.3。 TT系統(tǒng) 中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中,將電氣設(shè)備的金屬外殼通過與系統(tǒng)接地?zé)o關(guān)的接地體直接接地. 發(fā)生設(shè)備絕緣損壞,設(shè)備的金屬外殼的電壓:ue=IERE 只要限定RE,就能降低ue值. 若要求外殼漏電時(shí)電壓限定在ue=50V以下:4.共同接地和重復(fù)接地中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)如果電動(dòng)機(jī)a在A相上發(fā)生碰殼短路,電動(dòng)機(jī)b在B相上發(fā)生碰殼短路.則在兩相之間的電流:顯然,ua,ub均為190V左右,是危險(xiǎn)電壓。接觸到電動(dòng)機(jī)外殼會(huì)觸電。應(yīng)當(dāng)采取共同接地來解決安全問題。 把兩相分別接地

9、短路變?yōu)閮上嘀g短路，迅速使保護(hù)裝置動(dòng)作。重復(fù)接地：以TN-C系統(tǒng)為例,若保護(hù)中性線斷裂,則斷裂后的電氣設(shè)備發(fā)生碰殼短路時(shí),則該段中性線上的電氣設(shè)備均帶有接近于相電壓.而斷裂前的電氣設(shè)備外殼電壓接近于0V。 如果每隔一段在中性線上設(shè)置接地線，一旦某個(gè)電氣設(shè)備外殼 與相線發(fā)生碰殼短路時(shí),則即便保護(hù)中性線斷裂時(shí)帶電電壓受到限定。若發(fā)生C相與電動(dòng)機(jī)碰殼： 顯然，C相與電動(dòng)機(jī)碰殼后，各個(gè)電氣設(shè)備外殼 所帶電電壓是相電壓的一半左右。假定：5.漏電保護(hù)器漏電保護(hù)器主要用于防止間接接觸或直接接觸引起的單相觸電事故.漏電保護(hù)器也防止因漏電引起的火災(zāi)。漏電保護(hù)器主要應(yīng)用在低壓系統(tǒng),若檢測漏電情況,也會(huì)用于高壓系

10、統(tǒng)。(1)漏電保護(hù)的動(dòng)作原理:設(shè)備漏電時(shí),會(huì)出現(xiàn)2種情況:1)零序電流出現(xiàn)異常.2)原不帶電的金屬部分出現(xiàn)對地電壓.通過檢測機(jī)構(gòu)取得這兩種信號,經(jīng)過中間機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換和傳遞,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作并通過開關(guān)設(shè)備切斷電源.檢測電壓的是電壓漏電保護(hù)器,檢測電流的是電流漏電保護(hù)器。（2）電流動(dòng)作漏電保護(hù)器 （3）零序電流互感器電流動(dòng)作型的檢測特性較好，既可作全系統(tǒng)的總保護(hù)，又可作各干線，支線的分級保護(hù)。電流動(dòng)作漏電保護(hù)器由零序電流互感器，脫扣機(jī)構(gòu)，及主開關(guān)組成 5-2 供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)雷擊是一種自然現(xiàn)象,因?yàn)榇蚶讜?huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損壞和人身傷亡,至今人類還無法消除雷電災(zāi)難,但可以加以積極的防范. 雷擊對供電系

11、統(tǒng)帶來的危險(xiǎn)也是非常嚴(yán)重的,雷擊引起的過電壓破壞絕緣,造成相間短路,對地短路,從而造成二次災(zāi)難.如火災(zāi),電氣設(shè)備損毀,人身觸電等后果. 供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)是供電技術(shù)的重要組成部分,要適當(dāng)?shù)牟扇》览状胧?首先要了解雷擊的形成機(jī)理,其次要認(rèn)識到雷擊對供電系統(tǒng)的過電壓性質(zhì). 一.雷擊的形成機(jī)理1.雷電的形成 當(dāng)大地上空的水汽分子以水霧方式聚集在一起,便形成云的現(xiàn)象,當(dāng)聚集的水霧因某種原因帶負(fù)電荷或正電荷,則形成了雷云。 雷云對地之間的電位差很高，雷云下面的大地感應(yīng)出異號電荷。二者之間形成大電容。 雷云中電荷的分布是不均勻的，會(huì)形成多點(diǎn)聚集區(qū)，其電場強(qiáng)度達(dá)到2530Kv/cm時(shí)，就會(huì)擊穿空氣形成一個(gè)導(dǎo)

12、電通道稱雷電先導(dǎo)。 地面受感應(yīng)而聚集異號電荷更加集中，特別是易于聚集在較突起或較高的地面突出物上，形成迎雷先導(dǎo)。 當(dāng)兩者接觸時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈地中和，出現(xiàn)巨大的電流，雷鳴或閃光伴隨而來。 (1).感應(yīng)過電壓的的形成 當(dāng)送電線路附近發(fā)生對地雷擊時(shí),在架空線上往往會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)雷電壓,高達(dá)300400kV.這個(gè)異常電壓在線路上流動(dòng),可能對輸電線路造成極大危害. 進(jìn)入到變電站或廠房內(nèi)的電氣設(shè)備,則破壞性更大。(2).雷電過電壓的形成過程：圖（a）雷電先導(dǎo)通道中充滿負(fù)雷云，如果地面附近有送電線路，則雷電先導(dǎo)中的電荷形成的電場對導(dǎo)線發(fā)生靜電感應(yīng)，逐漸在導(dǎo)線上積聚大量的異性束縛電荷Q。 導(dǎo)線上電荷積聚過程是緩慢的，

13、導(dǎo)線上的感應(yīng)電流也很小。圖(c)當(dāng)雷云對附近地面放電時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈放電現(xiàn)象，尤其是在主放電階段雷電流很大，速度很快，并且在放電通道的周圍產(chǎn)生很強(qiáng)交變磁場，感應(yīng)極高的瞬間電壓Ug。 圖(b)導(dǎo)線上的束縛電荷失去束縛轉(zhuǎn)變成自由電荷,在雷電感應(yīng)電壓Ug作用下，以電磁波速度向?qū)Ь€兩側(cè)沖擊流動(dòng)，在線路上形成感應(yīng)沖擊波。(3)放電的余輝階段。 主要放電階段存在的時(shí)間很短50100s，電流達(dá)幾十萬安培。主放電完成后，云中的剩余電荷沿導(dǎo)電通道繼續(xù)流向大地，此階段電流不大（幾百安培）一般持續(xù)0.030.15s。3。雷電的參數(shù)測量雷電的主放電具有很高的電壓幅值但難以測量。有很高的電流幅值并具有增長變化的速度，掌握這

14、兩個(gè)參數(shù)有利于分析和防護(hù)。 波頭的電流變化率:=di/dt稱陡度.波尾的形狀可以描述為：波頭形狀有時(shí)會(huì)影響到防雷設(shè)計(jì)的結(jié)果。而采用斜角波頭能保證足夠的安全性，并大大簡化計(jì)算.有三種規(guī)定：(a)斜角波頭,(b)指數(shù)函數(shù)波頭，(c)半余弦波頭。從幅值開始衰減到幅值的一半所需的時(shí)間稱波尾w=幾十s。 習(xí)慣上把雷電在14s這一段時(shí)間電流增長到幅值的波形稱波頭二.雷電沖擊波的基本類型 當(dāng)輸電線路受到雷擊，在輸電線路上產(chǎn)生的沖擊波向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)和傳播。在傳導(dǎo)過程中受電暈及其他損耗的影響而畸變。當(dāng)它到達(dá)變電所，還會(huì)產(chǎn)生折射或反射。 1行波概念： 輸電線對地的分布參數(shù):L0,C0采用每米的單位數(shù)值表示:按下式

15、計(jì)算: 沖擊波的速度:0:空氣磁導(dǎo)率, r:導(dǎo)線半徑(m) 0:空氣介電常數(shù); hav:導(dǎo)線P平均高度(m) 從線路左側(cè)發(fā)出沖擊波,左側(cè)電容器先充電升壓,以后的電容器受到電感的阻礙不能同時(shí)充電升壓,在時(shí)間上有一定的時(shí)延.顯然越是靠后的電容,沖擊波到達(dá)的時(shí)間越晚.于是生成了行波.AB段的電感:A點(diǎn)的電位:A點(diǎn)的電位與所處的電容充電電荷有關(guān):設(shè)單位長度導(dǎo)線上的電荷為q:代入后有:根據(jù)電路第二定律:V為沖擊波的傳播速度,或者稱在單位時(shí)間內(nèi)推進(jìn)的距離.代入式:若則:Z0稱導(dǎo)線的波阻抗,它反映了電壓沖擊波和電流沖擊波之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,它取決于線路的分布參數(shù),與導(dǎo)線長度及終端負(fù)荷性質(zhì)無關(guān).根據(jù)計(jì)算:架空線Z

16、0= 400,電纜線Z0= 40.由于電壓沖擊波對電容逐級充電后又放電,有電壓沖擊波的地方就必然有電流沖擊波,兩者同時(shí)又同速和同方向.2.波的折射與反射已知當(dāng)雷擊沖擊波沿波阻抗Z1的一段無損導(dǎo)線行進(jìn)到結(jié)點(diǎn)A,遇到了另一段無損導(dǎo)線Z2時(shí),則沖擊波進(jìn)入另一段波的電壓與電流幅值已經(jīng)改變.便會(huì)發(fā)生折射和反射. 前行波uq沿波阻抗Z1行進(jìn)到結(jié)點(diǎn)A,進(jìn)行到Z2時(shí)的沖擊波為折射波uz,沿Z1行進(jìn)的沖擊波稱反射波uf,所以 (5-56) 上式用一個(gè)集中參數(shù)表示的等效電路,稱之為等效集中參數(shù)定理.應(yīng)用該定理可以將雷電波沖擊地面的情況用等效電路(b)表示.折射電壓: 折射系數(shù).因?yàn)? 反射系數(shù).幾種特殊條件:如果在同一導(dǎo)線時(shí),前后波阻抗一致,Z1=Z2,a=1,=0.行波按原幅值行進(jìn)。若輸電線開路, Z2=且a=2, =1.iz=0, if=-uq/Z1.這使得A點(diǎn)電壓增大一倍,稱電壓全反射,且A點(diǎn)電流為0.若輸電線短路, Z2=0且a=0, =-1.uz=0, uf=-uq. if=uq/Z1=iq.這使得A點(diǎn)電壓為0,稱電流全反射分析在導(dǎo)線終端串聯(lián)電感的防雷情況:如果裝有電抗時(shí)回