电力系统过电压及接地装置

h
hx
1.5h接地线
接地体
某变电站的接地装置示意图
参考资料
张红等 《高电压技术》 中国电力出版社
中国百科网 电力系统过电压知识
课程设计
设计题目:电力系统过电压与接地装置
班级：电气化铁道技术1132
姓名：刘浩
学号：201108023211
指导教师：赵永君
二〇一三年六月Leabharlann Baidu九日
摘要
本课程设计中和运用高电压技术、电力系统过电压、接地技术等知识，采用理论与实践相结合的方法，研究电力系统各种过电压防护措施研究接地装置的测量方法和降阻方式，设计电力系统的接地装置等。
其作用：降低人体的接触电压，在中性点对地绝缘的系统中，当一相接地，而人体又触及另一相时，人体将受到线电压，但对中性点接地系统，人体受到的为相电压；迅速切断故障设备。在中性点绝缘的系统中，一相接地时，接地电流仅为电容电流和泄漏电流，数值很小，不足以使保护装置动作以切断故障设备。在中性点接地系统中，发生碰地时将引起单相接地短路，能使保护装置迅速动作以切断故障；减轻高压窜人低压的危险。
1内部过电压
1.1工频过电压
系统中在操作或接地故障时发生的频率等于工频(50 Hz)或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。特点是持续时间长,过电压倍数不高,一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用当系统操作、接地跳闸后的数百毫秒之内，由于发电机中磁链不可能突变，发电机自动电压调节器的惯性作用，使发电机电动势保持不变，这段时间内的工频过电压称为暂时工频过电压。随着时间的增加，发电机自动电压调节器产生作用，使发电机电动势有所下降并趋于稳定，这时的工频过电压称为稳态工频过电压。
1.2保护接地
在正常工作状态下，各种电器的外壳是不带电的。但由于某些原因，造成设备绝缘损坏后可能使外壳带电，人或动物一旦接触到这种外壳带电的设备就有触电的危险。为了防止这种现象出现时危及人身安全，将电器设备正常时不带电的金属外壳、配电装置的金属部分同大地做良好的电气连接，称作保护接地。变电所中需要保护接地的的部分一般有变压器及各种电器设备的底座和外壳、开关电器的操作机构、互感器副边绕组、配电屏与控制屏的框架、屋外配电装置的金属架构、钢筋混凝土架构、电缆金属支架以及靠近带电部分的金属遮栏、金属门等。
2接地电阻降阻方法
接地系统的好坏与接地电阻的大小有着很大的关系，若接地电阻过大，故障电流不能顺利的流向大地，对电气设备照成损害。
2.1敷设水平外延接地
因为水平敷设施工费用低，不但可以降低工频接地电阻，还可以有效地降低冲击接地电阻
2.2利用接地电阻降阻剂
在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，是具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好的导电作用。而降阻剂的主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率,换句话说,是降低地网与土壤的接触电阻,而不是降低地网本身的接地电阻。
(2) 在并联高压电抗器中性点加装小电抗，用这个措施可以阻断非全相运行时工频电压传递及串联谐振。
(3) 破坏发电机产生自励磁的条件,防止参数谐振过电压
2外部过电压
2.1雷电过电压
由直击雷或雷电感应突然加到电力系统中，使电气设备所承受的电压远远超过其额定值。大气过电压可以分为直击雷过电压和感应雷过电压。电力系统遭受大气过电压后，可使输配电线路及电气设备的绝缘发生击穿或闪络，造成停电以致危害人的生命安全。 特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。 防止大气过电压，通常采取装设避雷针、避雷线、避雷器，合理提高线路绝缘水平，采用自动重合闸装置等措施。
避雷针保护范围的确定
设单支避雷针的高度为h（m），被保护物体的高度为 （m）,则避雷针的幼小高度ha=h-hx。在 高度上避雷针保护范围的半径 可按以下公式计算。
当 时，
当 时，
其中p为高度影响系数当h≤30m时,p=1;当30＜h≤120时, ;当h＞120m时,p=120。
避雷针
架空线
45°
ha设备
二、电力系统接地装置
接地为防止触电或保护设备的安全,把电力电讯等设备的金属底盘或外壳接上地线;利用大地作电流回路接地线。在电力系统中，将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。最大功用为保护使用者，和电气设备的安全。
1接地的种类
1.1工作接地
在正常或异常情况下，为了保证正常且可靠地运行，必须将供电系统中的某点与地做可靠的金属连接，称为工作接地。如变压器的中性点与接地装置的可靠金属连接等。
关键词:内部过电压雷电过电压接地保护
前言
电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。研究各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。
产生工频过电压的主要原因是：空载长线路的电容效应，不对称接地引起的正序、负序和零序电压分量作用，系统突然甩负荷使发电机加速旋转等。限制工频过电压应针对具体情况采取专门的措施，常用的方法有：采用并联电抗器补偿空载长线的电容效应，选择合理的系统中性点运行方式，对发电机进行快速电压调整控制等等。
1.2操作过电压
(1) 线性谐振过电压 谐振回路由不带铁芯的电感元件(如输电线路的电感,变压器的漏感)或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件(如消弧线圈)和系统中的电容元件所组成。
(2) 铁磁谐振过电压 谐振回路由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器)和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象,使回路的电感参数是非线性的,这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时,会产生铁磁谐振。
（4） 线路非对称故障分闸和振荡解列操作过电压
电网送受端联系薄弱，如线路非对称故障导致分闸，或在电网振荡状态下解列，将产生线路非对称故障分闸或振荡解列过电压。 预测线路非对称故障分闸过电压，可选择线路受端存在单相接地故障的条件，分闸时线路送受端电势功角差应按实际情况选取。 有分闸电阻的断路器，可降低线路非对称故障分闸及振荡解列过电压。当不具备这一条件时，应采用安装于线路上的避雷器加以限制。
操作过电压:由于操作(如断路器的合闸和分闸)、故障或其他原因，使系统参数突然变化，系统由一种状态转换为另一种状态，在此过渡过程中系统本身的电磁能振荡而产生的过电压。特点是具有随机性,但最不利情况下过电压倍数较高。
（1） 电网的操作过电压一般由下列原因引起
A.线路合闸和重合闸； B.空载变压器和并联电抗器分闸；C.线路非对称故障分闸和振荡解列；D.空载线路分闸。 线路合闸和重合闸过电压对电网设备绝缘配合有重要影响，应采用有合闸电阻的断路器对该过电压加以限制。避雷器可作为变电所电气设备操作过电压的后备保护装置，该避雷器同时是变电所的雷电过电压的保护装置。 设计时对A、C 类过电压，应结合电网条件加以预测。
（2） 线路合闸和重合闸操作过电压
空载线路合闸时，由于线路电感电容的振荡将产生合闸过电压。线路重合时，由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。因此断路器应安装合闸电阻，以有效地降低合闸及重合闸过电压。 应按电网预测条件，求出空载线路合闸、单相重合闸和成功、非成功的三相重合闸(如运行中使用时)的过电压分布，求出包括线路受端的相对地及相间统计操作过电压。预测这类操作过电压的条件如下：A.空载线路合闸，线路断路器合闸前，电源母线电压为电网最高电压；B.成功的三相重合闸前，线路受端曾发生单相接地故障，非成功的三相重合闸时，线路受端有单相接地故障。空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时)，在线路受端产生的相对地统计操作过电压大小。
（3） 分断空载变压器和并联电抗器的操作过电压
由于断路器分断这些设备的感性电流时强制熄弧所产生的操作过电压，应根据断路器结构、回路参数、变压器(并联电抗器)的接线和特性等因素确定。该操作过电压一般可用安装在断路器与变压器(并联电抗器)之间的避雷器予以限制。对变压器，避雷器可安装在低压侧或高压侧，但如高低压电网中性点接地方式不同时，低压侧宜采用磁吹阀型避雷器。当避雷器可能频繁动作时，宜采用有高值分闸电阻的断路器。
1.3防雷接地
为了使雷电流安全地向大地泄放，以保护被击建筑物或电力设备而采取的接地，称为防雷接地。
1.4等电位接地
在电力系统中，通常有许多不同型号不同性能的电气设备同时工作。由于这些设备的工作状态不同，当发生故障时，不同的设备，其外露金属部分可能有不同的电位，因此当人体同时接触这些设备时，会产生一定的接触电压，从而造成触电事故。所谓等电位接地，就是用金属导线将上述设备的外露金属部分相互连接在一起，并将它们进行共同接地。这样，当人体同时接触不同的设备时，就不会产生危险电压，即将各设备的电位等电位化了。
2.3深埋式接地极
在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。
2.4其他方法
在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。
为了保护电力系统、用电设备和人员的安全，往往采用接地的方式来保证设备和人员的安全。本课程设计根据《高电压技术》简单的对电力系统的过电压与接地装置进行研究。
电力系统过电压与接地装置
一、电力系统过电压
在电力系统中，由于雷电、电磁能量的转换会使系统电压产生瞬间升高，其值可能大大超过电气设备的最高工频运行电压。其对电力系统的危害是很大的。电力系统过电压主要分以下几种类型:雷电过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。
限制操作过电压的措施有：选用灭弧能力强的高压开关；提高开关动作的同期性；开关断口加装并联电阻；采用性能良好的避雷器，如氧化锌避雷器；使电网的中性点直接接地运行。
1.3谐振过电压
电力系统中一些电感、电容元件在系统进行操作或发生故障时可形成各种振荡回路,在一定的能源作用下,会产生串联谐振现象,导致系统某些元件出现严重的过电压。谐振过电压分为以下几种:
(3) 参数谐振过电压 由电感参数作周期性变化的电感元件(如凸极发电机的同步电抗在Xd ～ Xq间周期变化)和系统电容元件(如空载线路)组成回路,当参数配合时,通过电感的周期性变化,不断向谐振系统输送能量,造成参数谐振过电压。
限制谐振过电压的主要措施有:
(1) 提高开关动作的同期性由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的,因此提高开关动作的同期性,防止非全相运行,可以有效防止谐振过电压的发生。