配电网触电保护-20171022

模式识别法：通过分析故障电流频谱识别故障线路。
接地试验成功率88%。 算法复杂，没有获得大范围应用。
三次谐波法：可靠性低。
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小电流接地系统接地保护
零序无功功率法（Isin ������）
原理：故障线路零序电流滞后零序电压90°， 非故障线路零序电流领前零序电压90° 仅适用于不接地系统 日本中性点不接地配电网中有着广泛的应用
小电流接地系统
接地电流小，地电位上升有限，能够满足对接触与跨步电 压的要求。 如长期带接地点允许，威胁长时间存在。
发生永久接地故障后自动跳闸，既可保留使瞬时 性故障自愈的优点，又可消除过电压与人身安全 隐患。
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高阻保护 与中性点接地方式
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人体触电保护
正常人体电阻1～1.5kΩ左右，遭电击损伤后的人体 电阻可降低至0.5kΩ。 10kV配电网人体触电电流1～6A，难以通过高阻保 护动作跳闸避免对人身的伤害。 人体触电后跳闸，可以避免进一步伤害。
Ut 174 0.7 t
接地保护动作时间t取为1s，土壤电阻率ρ取最大值600Ω.m，土壤中
跨步电压允许值为594V。
小电流接地系统允许带接地点长期运行时对跨步电压的要求
U t 50 0.2
土壤中接触电压允许值为150V。
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地电位的升高限值
接触电压与跨步电压与接地电流入地 处地电位的升高数值成正比。 地电位升高数值等于接地电流与接地 电阻的乘积
但个别供电公司为解决触电保护问题，却将中性点接地方 式改为小电阻接地。
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接触电压、跨步电压 与中性点接地方式
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接触电压与跨步电压的计算
接触电压：地面到电流入地点水平距离为0.8m处与 设备外壳离地面垂直距离为1.8m处的电压差为。 最大跨步电位差：电流入地外的地面上水平距离 0.8m处对接地极的电位差为。
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高阻接地时的零序电压
高阻接地时母线零序电压
U0 = Zs0 U PN Z s 0 3Rk
高阻故障时，小电流接地系统母线零序电压远大于小电阻接 地系统，有利于实现高阻保护。 接地电阻1kΩ时，不同接地系统（电压等级10kV）的母线零 序电压：
小电阻接地方式系统零序阻抗不到30 Ω ，母线零序电压只有十几伏。 如不接地系统电容电流小于20A、消弧线圈接地系统残余电流小于 20A，母线零序电压大于额定电压20%。
架空线路杆 30 塔保护接地 柱上开关接 10 地线 容量≥1000kVA 4
配电变压器 接地
2533
1628
容量<100kVAห้องสมุดไป่ตู้
10 3800
4275
配电网电压等级为10kV。
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小电流接地系统的地电位升高
接地装置 工频接地电阻最大允许值（Ω） 地电位升高最大值（V）
900V
架空线路杆塔保 30 护接地 柱上开关接地线 10
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树闪故障保护
树木本身电阻在数千欧姆到上百千欧姆之间， 树闪 故障初始时刻电阻一般大于3kΩ，高阻保护无法可 靠动作。 树闪故障发生后，电弧使树枝逐步碳化，过渡电阻 逐步减少至1kΩ以下，高阻保护应该可靠动作。
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导线坠地保护
导线坠地是严重的安全隐患。 接地电流小，非线性现象严重。 接地电阻在数百欧姆与无穷大之间。
Ut 174 0.17 t
接地保护动作时间t取为1s，土壤电阻率ρ取最大值600Ω.m，土壤中 接触电压允许值为276V。
小电流接地系统允许带接地点长期运行时对接触电压的要求
U t 50 0.5
土壤中接触电压允许值为80V。
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对跨步电压的要求
小电阻接地系统对跨步电压的要求
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配电网触电保护研究内容
高阻（接地）保护
人体直接触电的检测与保护。 坠地导线的检测与保护。 树闪故障的检测与保护。
减少接触电压与跨步电压的技术措施。
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中性点接地方式对触电保护有着根本性的影响
接触电压、跨步电压与地电位的升高成正比，而地 电位的升高正比于接地（零序）电流。 高阻保护灵敏度取决于零序电流与零序电压的大小。 零序电流与零序电压的大小取决于中性点接地方式。 小电流接地方式有利于解决触电保护问题。
人体触电电流小于5A。 树闪故障初始电流小于1A。
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提高小电阻接地系统接地保护灵敏度的措施
配置高灵敏度零序过电流保护
电流定值选为10A。
动作定值按躲过正常运行时最大不平衡电流，且不小于接地电流 动态范围的2% 耐接地电阻的能力可达到500Ω。
动作时限大于10s。 低阻接地时普通零序过电流保护动作切除故障，不会引起 误动。
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配电网触电问题
2016年全国触电死亡8000人：
85%发生在低压配电网内。 据估计中压配电网死亡人数占10%左右，约800人。
2012年巴西中压配电网发生818次触电事故：
292人死亡，建筑施工原因占10.2%；导线坠地、非法接火引起，各 占约4%；其他为电视天线、吊车、交通事故等。
保证人身安全是电网运行管理的首要任务。 触电保护的研究主要集中在低压配电网上，对中压配电网触 电保护研究不够。
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电流人体效应
伤害程度与电流大小和通电持续时间有关：
感知电流：能够人的感觉的最小电流，0.5mA。 反应电流：引起人体意料不到的不自主反应的最小电流， 略大于感知电流。 摆脱电流：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，10mA。 致命电流：在较短时间内，引起心室纤维颤动或窒息，危 及生命的最小电流，50mA。
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触电电流计算公式
人体单脚到地面的电阻R近似为 ������ = 3������ ，ρ为土壤电阻率。 接触电压触电时，回路电阻是两脚对地的并联电阻与身体的 电阻������������ 之和，������������ 产生的人体流为 ������������ =
������������ ������������ +1.5������
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中压配电网触电事故原因
接触或接近正常运行的导体而触电。 接触绝缘破坏的带电设备的外壳（接地极）因接触 电压造成触电。 走进接地极附近的区域因跨步电压造成触电。 坠地导线触电：
接近或接触坠地导线而直接触电、 走进坠地导线附近区域因跨步电压触电。
树闪故障触电：接触或攀爬发生树闪故障的树引起 的触电。
跨步电压触电时，触电回路电阻是两脚电阻与人体的电阻������������ 之和，������������ 产生的人体电流为 ������������ =
������������ ������������ +6������
接触电压使人体流过的电流更大，危害也更大。
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对接触电压要求
小电阻接地系统对接触电压的要求
非故障线路电流
非故障线路电流
故障线路电流
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小电流接地系统接地保护
暂态接地故障方向保护方法
暂态零模电压导数
d������0 与线路零模电流������0 之间的关系为线性关系: ������������
d������0 ������0 = −������0 ������������ 根据
d������0 与������0 乘积D的符号，实现故障选线。 ������������
配置反时限零序电流保护
通过电流定值与动作时限的配合实现保护的选择性。 电流定值10A，最小动作时限不小于10s。
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直接接地系统的高阻保护
美国配电网采用三相四线制，中性点直接接地。
支持对单相负荷的供电，经济性好。
零序电流保护定值要躲过负荷不平衡电流，反应接 地电阻的能力只有数十欧姆。 高阻保护方法
Ik = 3U PN Z s 0 3Rk
零序网络等效电路
高阻故障时，接地电流大小主要取决于接地电阻值。
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高阻接地电流变化特点
小电阻接地系统(10kV)金属性接地电流600～1000A。 中性点不接地系统(10kV)金属性接地电流小于30A。 谐振接地系统(10kV)金属性接地电容电流一般小于200A， 补偿后残流小于30A。 不同接地方式的高阻接地电流相差不大，只有几个安培。 小电阻接地系统接地电流动态范围大，难以保证高阻接 地电流的测量精度。
配电网保护的配置与整定应该考虑保证人身安全。
本报告讨论中压配电网的保护问题。
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触电形式
直接触电
绝大部分属于电弧放电触电，触电者往往能够自行脱离。 直接接触导体触电。
间接触电：接触电压与跨步电压触电。
电气设备绝缘破坏，造成外壳（接地极）电位升高。 接触电压：人手接触电气设备处与其站立点之间的电位差。 跨步电压：两脚之间的电压。
300V
4 10 120V 300V
配电变压器接地
容量≥ 1000kVA 容量<100kVA
配电网电压等级为10kV，接地点残余电流小于30A。
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中性点接地方式对接触电压与跨步电压的影响
小电阻接地系统
接地电流大，地电位严重超标，接触电压与跨步电压大， 危害大。 保护立即动作跳闸，威胁存在时间短。
I0
ZL0
3Rk
AC
ZS0
Uk0
������������0 是故障点零序电压源，������������0 是线路零序阻 抗， ������������ 是接地电阻， ������������0 是母线等效零序阻抗。
忽略线路零序阻抗，设故障点的零序电压 源电压等于额定相电压������������������ ，上式改写为
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小电阻接地系统的零序过电流保护
中国10kV小电阻接地系统采用零序过电流保护。
电流定值不小于40A。
躲过本线路电容电流
反应接地电阻的能力小于150Ω。