《牵引供电系统》课件

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雷电现象及危害
• 雷电的形成
• 在闷热的天气里，地面湿气上升，遇到冷空气凝成冰晶。 由于某种原因冰晶一部分带了正电，一部分带了负电。带 正电的冰晶上升形成正雷云，带负电的冰晶则下降，形成 负雷云。据观测，在地面上产生雷击的多为负雷云。 • 当雷云接近地面时，地面会感应出大量异性电荷，在某一 方位上电场强度达到一定程度时，就会发生放电，形成直 击雷。首先，雷云向这一方向放电，形成一个导电的空气 通道，称为雷电先导。在雷电先导下行到离地面一定距离 时，地面也形成一个上行的迎雷先导。雷电先导和迎雷先 导接通，正、负电荷中和而产生强大的雷电流，这是直击 雷的主放电。主放电结束之后，雷云中的剩余电荷继续向 大地放电，称为余辉放电。
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接地装置的装设与布置
• 人工接地体的装设 • 人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种 • 埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中 的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm；扁 钢截面不应小于100 mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于 4mm；钢管壁厚不应小于3.5 mm。 • 在腐蚀性较强的土壤中，应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。 • 接地线应与水平接地体的截面相同。 • 人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工垂直接地体间的距离及人工水 平接地体间的距离宜为5m，当受地方限制时可适当减小。 • 人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m。接地体应远离由于砖 窑、烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方。
• 避雷针与主接触网的地下连接点至变压器接地线与主接触 网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。 • 变压器的门形架构上不宜装设避雷针。
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牵引变电所的过电压保护
• 5、110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接道出线 门型架构上，土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，应装设集 中接地装置。 • 27.5kV（35kV）配电装置，在土壤电阻率不大于500Ω·m的 地区，允许将线路的避雷线引进到出线门型架构上，但应 装设集中接地装置。土壤电阻率大于500Ω·m的地区，避雷 线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装 置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终 端杆塔上装设避雷针。
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接地的有关概念
• 2、接地电流和跨步电压 • 当电气设备发生接地故障时，电流通过接地体向大地作半 球形散开，这个电流被称为接地电流。由于这半球形的球 面，距离接地体越远，球面越大，其散流电阻越小，相对 于接地点的电位来说，其电位越低，在距离接地故障点约 20m的地方，散流电阻实际上已接近于零。这电位为零的 地方，称为电气上的“地”。
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接触网的接地 • 根据《铁路电力牵引供电设计规范》规定，接触 网支柱及接触网带电体邻近的金属结构应该可靠 接地。接地根据用途不同，可以分为工作接地和 安全接地。 • 1、工作接地指为保证电力系统和电气设备为达到 正常工作要求而进行的一种接地。比如电源中性 点的接地、防雷装置的接地等都属于工作接地。 • 2、安全接地指为保障人身安全，防止间接触电而 将设备外露可导电部分接地
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雷电过电压的危害
• 1）直接雷击 • 2）感应雷击 • 3）雷电波入侵
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防雷设备
• （一）接闪器 •
• (二) 避雷器
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电气装置的防雷
• 接触网的防雷措施
• 接触网是露天设施，容易遭受雷击的侵害，所以应做好必 要的防雷措施。 • 1、在高雷区及强雷区，分相和站场端部绝缘锚段关节、 长度2000m及以上隧道两端、较长的供电线或AF线连接到 接触网上的接线处应装设避雷器。 • 这个较长的供电线或AF线是指从变电所、分区所等引出至 接触网上网点的距离超过200m的供电线或AF线。对于超 重雷区，为了防止直击雷对接触网及支柱造成危害，以提 高接触网运行的可靠性，有必要设置独立的避雷线。避雷 线的架设高度可根据保护范围计算确定。保护角可取0º45º。 • 2、强雷区应架设独立的避雷线，
第九章 防雷与接地
第一讲 过电压与防雷
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过电压及雷电的有关概念
• 1、内部过电压：是由于电力系统中开关操作、发生故障 或负荷骤变时引起的过电压。
• 内部过电压大致可分为操作过电压及谐振过电压。操作过 电压是由于系统中开关操作或是负荷骤变引起的过电压。 谐振过电压是由于线路中的电感、电容值达到谐振频率时 使得线路发生谐振而产生的过电压，弧光接地引起的断续 性电弧产生的过电压也是由于谐振引起的。 • 2、雷电过电压：电力系统中的设备或建筑物遭受雷击或 雷电感应而引起的过电压。 • 雷电过电压产生极强的雷电冲击波，产生的电压和电流都 非常大，对电力系统和建筑物造成极大危害，必须采取有 效措施加以防护。
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牵引变电所的过电压保护
• 4、 110kV及以上配电装置，宜将避雷针装在配电装置的架 构上，但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，宜装设独立 避雷针。否则，应通过验算采取降低接地电阻或加强绝缘 等措施。 • 27.5kV高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。
• 装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设 集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部 分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污 秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子 串的长度确定。
•
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接触电势、跨步电势及其计算
• 不同用途和不同电压的电气设备，除另有规定者 外，应使用一个总接地体，接地电阻应符合其中 最小值的要求。
• 在确定接地装置型式和布置时，应尽可能降低接 触电势和跨步电势
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接地电阻要求及其计算
• 接地电阻是接地装置的电阻与接地体的散流电阻 的总和。由于接地装置的电阻相对较小，因此可 认为接地电阻就是接地体的散流电阻。 • 接地电阻按其通过电流的性质分以下两种： • 1、工频接地电阻：是工频接地电流流经接地装置 入地所呈现的接地电阻。 • 2、冲击接地电阻：是雷电流流经接地装置入地所 呈现的接地电阻。
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防雷装置的接地要求
• 防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道不应小于 3m。当小于3m时应采取下列措施之一： • 1、水平接地体局部深埋不应小于1m； • 2、水平接地体局部应包绝缘物，可采用50～80mm厚的沥 青层； • 3、采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设50～80mm厚的 沥青层，其宽度应超过接地体2m。
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电力设备接地要求
• 1、安装在配电盘、控制盘和配电装置上的电气测 量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及 当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电 压的绝缘子的金属底座等。 • 2、在已接地金属架构上的设备（应保证电气接触 良好）。
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接地装置的装设与布置
• (一) 自然接地体的利用 • 在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体。 如果实地测量所利用的自然接地体接地电阻已满足要求， 且这些自然接地体又满足短路热稳定度条件时，一般就不 必再装设人工接地装置了。但是，35kV及以上变配电所还 必须敷设以水平接地体为主的人工接地网。 • 利用自然接地体时，一定要保证其良好的电气连接。在建 、构筑物结构的结合处，除已焊接者外，都要采用跨接焊 接，而且跨接线不得小于规定值。需要注来自百度文库的是可燃和有 爆炸物质的管道不能作为自然接地体。
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牵引变电所的过电压保护
• 6、 牵引变电所、开闭所和分区所的每组母线上 都宜装设金属氧化物或阀式避雷器，所内所有避 雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连 接，同时应在其附近装设集中接地装置。 • 7、各所馈线段的雷电侵入波的过电压保护，应在 馈电线的首端装设金属氧化物或阀式避雷器，重 雷区及以上地区，宜在馈电线首端加设抗雷线圈 。
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牵引变电所的过电压保护
• 1、牵引变电所、开闭所、分区所和自耦变压器所 的电气设备防止直击雷的过电压保护装置宜采用 避雷针。当牵引变电所、开闭所、分区所和自耦 变压器所的电气设备布置在室内时，可不专设直 击雷的保护装置。
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牵引变电所的过电压保护
• 2、室外配电装置应设直击雷保护。主控室和配电装置室 可不装设直击雷保护。为保护其他设备而装设的避雷针， 不宜装在独立的主控室和27.5kV高压室的顶上。雷电活动 特殊强烈地区的主控室和高压配电装置室宜设直击雷保护 装置。变电所的建筑物、构筑物的保护，可按照建筑物、 构筑物防雷的有关规定执行。 • 3、独立避雷针不应设在人经常通行的地方。避雷针及其 接地装置与道路或出入口的距离不宜小于3m，否则应采 取均压措施或铺设砾石或沥青地面。
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工作接地
• 1）接触网支柱宜利用回流线或保护线作为闪络保护地线 的集中接地方式。 • 2）当成排支柱不悬挂回流线或保护线时，可增设架空地 线实现集中接地。零散的接触网支柱宜单独设接地极接地 （有信号轨道回路区段），或通过接地线直接接钢轨（无 信号轨道回路区段）。 • 3）对于钢柱，回流线或保护线宜采用绝缘方式，对于钢 筋混凝土支柱，回流线或保护线是否需要采用绝缘方式可 根据混凝土保护层厚度及供电计算结果确定。 • 4）与回流线或保护线连接的吸上线在有信号轨道回路区 段可直接接扼流变压器线圈中性点，无信号轨道回路则可 直接接钢轨。
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电力设备接地要求
• 电力设备的下列金属部分除另有规定外，均应接地或接零 • 1、电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的 底座和外壳。 • 2、电气设备的传动装置。 • 3、互感器的二次绕组。 • 4、配电盘的框架 • 5、室内外配电装置的金属架构或钢筋混凝土架构以及靠 近带电部分的金属遮栏和金属门。 • 6、交、直流电力电缆的接线盒、终端盒的外壳和电缆的 外皮、穿线的钢管等。 • 7、装在配电线路杆上的开关设备，电容器等电力设备。 • 8、铠装控制电缆的外皮。
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接地的有关概念
• 3、接触电势和跨步电势 • 接触电势指的是设备的绝缘损坏时，在身体触及的两部分 之间出现的电势差。如人手触及带电设备外壳，手和脚之 间的电位差就是接触电势。
• 跨步电势指的是当人在接地故障点附近行走时，两脚之间 会出现电位差，这个电势差就称为跨步电势。在带电的电 线落地点附近行走或发生雷击时恰好在防雷接地体附近行 走时，也会有跨步电压。越靠近接地点或跨步越长，跨步 电势越大。离接地故障点达20m时，跨步电势接近为零。
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电气装置的防雷 • 牵引变电所的过电压保护 • 考虑到系统参数、断路器性能、系统运行接线、 操作方式等因素，牵引供电系统的内部过电压倍 数取2.5倍最高工作电压。线路和变电所的绝缘， 在一般情况下应能耐受通常出现的内部过电压， 按外部过电压选择变电所的绝缘时，应以金属氧 化物或阀式避雷器的残压为基础。
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降阻措施
• 在高土壤电阻率地区，降低防直击雷接地装置接地电阻宜 采用下列方法： • 1、采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长 度。 • 2、接地体埋于较深的低电阻率土壤中。 • 3、采用降阻剂。 • 4、局部进行土壤置换处理，换以电阻率较低的粘土或黑 土。 • 埋在土壤中的接地装置，其连接应采用焊接，并在焊接处 作防腐处理。对110kV及以上变电所或腐蚀性较强场所的 接地装置，应采用热镀锌钢材，或适当加大截面。不得采 用铝导体作接地体或接地线。
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牵引变电所的过电压保护
• 8、自耦变压器必须在其两条出线上装设金属氧化 物或阀式避雷器，作为过电压保护装置。 • 9、 牵引变电所电缆沟内的接地线应单独敷设， 宜在高压侧与接地网相连，严禁将27.5kV电气设 备的接地线接于电缆沟内的地线上。
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第二讲电气装置的接地
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接地的有关概念
• 1、接地和接地装置 • 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接 地。电气装置的接地由接地体和接地线构成。接地体是指 埋入地中并直接与大地接触的金属导体。它分为自然接地 体和人工接地体。自然接地体，是指兼作接地体用的直接 与大地接触的各种金属构件、金属管、钢筋混凝土建筑物 基础内的钢管和金属设备支架等。人工接地体是指人为的 埋入地下的金属件，包括钢管、角钢、扁钢、圆钢等。接 地线是指电气设备、杆塔的接地螺栓与接地体或零线连接 用的在正常情况下不载流的金属导体，接地线在故障情况 下要通过故障电流。接地体和接地线的总和称为接地装置 • 电气装置的外露可导电部分均需有效接地。