《城市軌道交通變電所運行與維護》 課件 項目4任務(wù)2 接地裝置的認知與維護

項目4防雷接地與雜散電流防護裝置的認知與維護任務(wù)2接地裝置的認知與維護【任務(wù)描述】認識接地裝置，兩人為一組，分組實施接地裝置的維護和鋼軌電位限制裝置的操作維護。01接地概述1.接地接地是指供電系統(tǒng)中將電氣設(shè)備或電氣裝置的某些金屬導(dǎo)電部分用導(dǎo)體（接地線）與埋設(shè)在土壤中的金屬導(dǎo)體（接地體）相連，并與大地做可靠的電氣連接。接地的主要作用是防止人身遭受電擊、線路和設(shè)備遭受損壞，預(yù)防電氣火災(zāi)和雷擊，防止靜電損害，保障電力系統(tǒng)的正常運行。2.接地裝置接地線和接地體合稱為接地裝置。由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，稱為接地網(wǎng)。3.正常接地電流與故障接地電流凡從接地體流入地下的電流，稱為接地電流。接地電流又分為正常接地電流與故障接地電流。正常工作時，由接地裝置引入地下的電流屬于正常接地電流；系統(tǒng)發(fā)生故障時由接地裝置引入地下的電流屬于故障接地電流。4.對地電壓、跨步電壓和接觸電壓接地電流流入地下之后，就通過接地體向大地呈半球狀擴散，這一接地電流叫做流散電流。在距接地體20m及以上處接地電流不會產(chǎn)生電壓降了，電位為零。電氣設(shè)備的接地部分，如接地體或接地的外殼，與“大地”零電位之間的電位差，稱為接地部分的對地電壓。當(dāng)接地短路電流流過接地裝置時，大地表面形成分布電位。在接地電流流散區(qū)域內(nèi)，大地表面水平距離相距0.8m的兩點之間形成電位差，人體兩腳接觸該兩點時承受的電壓，稱為跨步電壓?？绮诫妷涸谠浇咏拥伢w時越大，越遠離接地體時越小；在離接地體20m外處為0。4.對地電壓、跨步電壓和接觸電壓當(dāng)接地短路電流流過接地裝置時，地面上距設(shè)備水平距離0.8m處與沿設(shè)備外殼垂直距離1.8m處兩點形成電位差，人體手足接觸該兩點時所承受的電壓，稱為接觸電壓。當(dāng)電氣設(shè)備越接近接地體時接地，接觸電壓越小；越遠離接地體時接地，接觸電壓越大。5.接地的分類按照供電系統(tǒng)電流制式和頻率可劃分為交流供電系統(tǒng)的工頻接地、直流牽引供電系統(tǒng)的接地和雷電及過電壓的沖擊接地。按照供電系統(tǒng)電壓等級可劃分為高壓系統(tǒng)的接地、中壓系統(tǒng)的接地和低壓系統(tǒng)的接地。按照接地的作用可分為功能性接地和保護性接地。（1）功能性接地功能性接地是為了系統(tǒng)正常運行的可靠性及異常情況下保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性而設(shè)置的，如工作接地、電磁兼容接地等。為了保證電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備正常且可靠運行，將電力系統(tǒng)中某點與地作金屬性連接，稱為工作接地。電磁兼容接地是指為滿足電磁兼容要求進行的接地。5.接地的分類（2）保護性接地保護性接地是以人身和設(shè)備安全為目的而設(shè)置，分為保護接地、防雷接地、內(nèi)部過電壓設(shè)備的接地、防靜電接地等。為了防止電氣設(shè)備絕緣損壞，或產(chǎn)生漏電時，使正常運行不帶電的電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分或電氣裝置外露可導(dǎo)電部分帶電而導(dǎo)致電擊危險，將電氣設(shè)備的金屬外殼、配電裝置的金屬構(gòu)架等進行的可靠接地稱為保護接地。保護接地能夠在設(shè)備絕緣破壞時，降低電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分對地的電壓，從而降低人體接觸該可導(dǎo)電部分對地的接觸電壓，保護人身安全。5.接地的分類防雷接地是將雷電導(dǎo)入大地，防止雷電流使建筑物、構(gòu)筑物、電氣設(shè)備等遭受雷電流的破壞，防止人身遭受雷擊。防雷接地分為直擊雷接地和雷電感應(yīng)過電壓保護裝置的接地。內(nèi)部過電壓保護設(shè)備常采用避雷器或阻容吸收裝置，是為系統(tǒng)運行產(chǎn)生的異常電磁能量提供向大地釋放的通路，避免設(shè)備絕緣破壞。防靜電接地是將靜電荷引入大地，防止由于靜電積聚對人體和設(shè)備造成危害。02城市軌道交通接地系統(tǒng)的認知1.城市軌道交通供電系統(tǒng)的接地要求根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB50157-2013，城市軌道交通供電系統(tǒng)的接地有以下要求：1）供電系統(tǒng)中電氣裝置與設(shè)施的外露可導(dǎo)電部分除有特殊規(guī)定外均應(yīng)接地。2）當(dāng)供電系統(tǒng)與其他系統(tǒng)共用接地裝置時，其接地電阻不應(yīng)大于接入設(shè)備中要求的最小值。3）變電所接地裝置應(yīng)能降低接觸電位差和跨步電位差，并應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標準《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》GB/T50065的有關(guān)規(guī)定。4）變電所應(yīng)利用車站結(jié)構(gòu)鋼筋或變電所結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鋼筋等自然接地極作為接地裝置，并宜敷設(shè)以水平接地極為主的人工接地網(wǎng)。自然接地裝置和人工接地網(wǎng)間應(yīng)采用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點相連接。自然接地極與人工接地網(wǎng)的接地電阻值應(yīng)能分別測量。城市軌道交通供電系統(tǒng)的接地要求5）接地裝置至變電所的接地線的截面，不應(yīng)小于系統(tǒng)中保護地線截面的最大值。6）配電變壓器低壓側(cè)中性點應(yīng)直接接地。7）直流牽引供電系統(tǒng)應(yīng)為不接地系統(tǒng)，牽引變電所中的直流牽引供電設(shè)備必須絕緣安裝。

8）正常雙邊供電運行時，站臺處走行軌對地電位不應(yīng)大于120V，車輛基地庫線走行軌對地電位不應(yīng)大于60V。當(dāng)走行軌對地電壓超標時，應(yīng)采取短時接地措施。2.城市軌道交通系統(tǒng)接地的基本原則1）全線接地按綜合接地系統(tǒng)的概念進行設(shè)計，使全線形成統(tǒng)一的高低壓兼容、強弱電統(tǒng)一的接地系統(tǒng)，滿足全線各類設(shè)備的工作接地、安全接地與防雷接地要求。2）滿足沿線接觸導(dǎo)線和饋電線斷線可能搭觸到設(shè)備的安全接地要求。3）滿足各類通信、信號、計算機等弱電設(shè)備的工作接地與安全接地要求。4）滿足其他車站設(shè)備工作接地與安全接地要求。5）滿足接觸網(wǎng)系統(tǒng)工作接地與防雷接地要求。6）當(dāng)雜散電流防護設(shè)計與安全接地發(fā)生矛盾時，優(yōu)先考慮安全接地。3.城市軌道交通接地系統(tǒng)的構(gòu)成011）每個車站單獨設(shè)置一個接地網(wǎng)，供車站各種設(shè)備的工作接地、安全接地用。接地電阻滿足弱電設(shè)備共用接地網(wǎng)接地電阻要求。022）沿線電纜支架上敷設(shè)一貫通的接地金屬體，供沿線區(qū)間電氣、通信、信號等機電設(shè)備安全接地用。033）架設(shè)架空地線，供接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備工作接地、安全接地和防雷接地用。044）牽引回流系統(tǒng)采用浮空不接地方式，鋼軌、負回流線、直流開關(guān)柜、整流器、負極柜采用絕緣法安裝。055）全線各車站、車輛段和停車場設(shè)鋼軌電位限制裝置。4.城市軌道交通綜合接地系統(tǒng)的認知目前城市軌道交通工程多采用綜合接地系統(tǒng)。綜合接地系統(tǒng)是指供電系統(tǒng)和需要接地的其他設(shè)備系統(tǒng)的工作接地、保護接地、電磁兼容接地和防雷接地等采用共同的接地裝置，并實施等電位聯(lián)結(jié)措施。各類接地可以采用單獨的接地線，但接地極和“等電位面”是共用的，不存在不同接地系統(tǒng)接地導(dǎo)體之間的耦合問題，也避免了采用不同接地導(dǎo)體時產(chǎn)生的電位不同問題。城市軌道交通綜合接地系統(tǒng)的認知城市軌道交通綜合接地系統(tǒng)一般由共用接地極引出兩個接地母線，即一個強電接地母線，一個弱電接地母線，分別用于供電系統(tǒng)和通信信號等弱電系統(tǒng)的各類接地。03交流供電系統(tǒng)的接地交流供電系統(tǒng)的接地交流接地系統(tǒng)包括高壓、中壓和低壓配電系統(tǒng)的工作接地、保護接地、防雷及過電壓接地等。城市軌道交通交流供電系統(tǒng)的電壓等級有110kV、35kV、10kV、0.4kV等，其接地內(nèi)容包括工作接地、電磁兼容接地等功能性接地和電氣裝置的接地、防雷接地、過電壓設(shè)備接地等保護性接地。（一）工作接地按接地方式不同，交流系統(tǒng)的工作接地分為電源中性點直接接地方式、電源中性點非直接接地兩種接地方式。電源中性點直接接地或小電阻接地方式因發(fā)生單相對地短路時，接地電流較大，也稱為大電流接地方式。電源中性點非直接接地方式因發(fā)生單相對地短路時，接地電流較小，也稱為小電流接地方式，包括中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和中性點經(jīng)高電阻接地。電源中性點、中性線、保護中性線的接地是指主變壓器、配電變壓器中性點的接地方式，是與變電所接地母排直接連接關(guān)系。電流互感器、電壓互感器、三工位開關(guān)、接地開關(guān)等設(shè)備或電氣元件均設(shè)在成套開關(guān)設(shè)備中，這些接地不直接與變電所接地母排單獨連接，而是先與開關(guān)設(shè)備中的接地排相連，然后通過設(shè)備的保護接地線與變電所接地母排相連。工作接地1.中壓及以上交流系統(tǒng)的工作接地（1）中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地中性點與大地可靠連接，中性點電位在任何狀態(tài)下均保持為零。當(dāng)發(fā)生單相(例如第L3相)接地時，故障相直接經(jīng)過接地點和接地的中性點短路，故障相接地短路電流的數(shù)值較大，繼電保護立即動作，開關(guān)跳閘，將故障部分切除，因此不會產(chǎn)生間歇性電弧。其特點如下：1）發(fā)生單相接地故障時，故障相電壓變?yōu)榱悖枪收舷鄬Φ仉妷翰蛔?，因而各相對地絕緣只需按相電壓考慮，而無需按線電壓考慮。電網(wǎng)的電壓等級越高，經(jīng)濟價值越大。2）發(fā)生單相接地故障時，短路電流較大，開關(guān)跳閘，中斷供電，影響供電的可靠性。為了提高供電可靠性，廣泛采用自動重合閘裝置。電器絕緣要求的降低，不僅降低了電器的造價，而且改善了電器的性能。因此，我國110kV及以上高壓系統(tǒng)的電源中性點通常都采取直接接地的運行方式。工作接地1.中壓及以上交流系統(tǒng)的工作接地（2）中性點不接地中性點不與大地相連。1）正常運行正常運行時，三個相電壓對稱，三相對地電容電流也是對稱的，其相量和為零，所以中性點沒有電流流過，各相對地電壓就是其相電壓。2）故障運行當(dāng)系統(tǒng)任何一相絕緣受到破壞而接地時，各相對地電壓、對地電容電流都要發(fā)生改變。工作接地1.中壓及以上交流系統(tǒng)的工作接地發(fā)生單相（例如L3相）接地時，其特點如下：①故障相對地電壓降為零，中性點對地電壓升高為相電壓，非故障相對地電壓升高為線電壓。因此，電器絕緣要按線電壓設(shè)計，且電壓等級越高絕緣投資越大。②線電壓與正常時相同。三相之間的線電壓仍然對稱，用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運行，但允許繼續(xù)運行的時間不能超過2h。③發(fā)生單相接地故障時，短路電流較小，不會馬上中斷供電。接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。當(dāng)接地電流較大時，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，導(dǎo)致燒毀電氣設(shè)備或引起相間短路。工作接地1.中壓及以上交流系統(tǒng)的工作接地當(dāng)35kV、66kV系統(tǒng)的接地電容電流不超過10A時，可以采用中性點不接地方式；當(dāng)10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)接地電容電流不超過30A時，可以采用中性點不接地方式；當(dāng)10kV為架空線路時，電容電流分別為10A或20A，前者使用鋼筋混凝土、金屬桿塔，后者采用非鋼筋混凝土、非金屬桿塔。工作接地1.中壓及以上交流系統(tǒng)的工作接地（3）中性點經(jīng)消弧線圈或高電阻接地在中性點不接地系統(tǒng)中，單相接地電流超過規(guī)定的數(shù)值時，電弧將不能自行熄滅。為了減小接地電流，造成故障點自行滅弧條件，一般采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的措施。消弧線圈是一個具有鐵心的可調(diào)電感線圈，裝設(shè)于變壓器或發(fā)電機的中性點與大地之間。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，可形成一個與接地電流大小接近相等、但方向相反的電感電流，對接地電流起補償作用，使接地點的電流減小或接近于零，從而消除了接地點的電弧及由它所產(chǎn)生的危害，確保安全可靠運行。中性點經(jīng)高電阻接地一般多用于大型發(fā)電機中性點。工作接地1.中壓及以上交流系統(tǒng)的工作接地目前，城市軌道交通供電系統(tǒng)中，交流110kV系統(tǒng)多采用中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地方式；交流中壓系統(tǒng)的中性點接地方式既有消弧線圈接地，也有小電阻接地。交流10-66kV電壓等級采用中性點不接地方式時，電容電流不能超過允許值；當(dāng)接地電容電流超過不接地方式允許值時，則采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，但其消弧線圈的容量較大。工作接地2.低壓交流系統(tǒng)的工作接地低壓系統(tǒng)的工作接地，分為中性點直接接地和不接地兩種方式。在具體形式上，我國采用國際電工委員會(IEC)標準，將工作接地和低壓電氣設(shè)備接地進行組合，形成了TN、TT、IT三種接地形式。TN、TT、IT中的第一個字母表示電源端與地的關(guān)系，含義如下：T—電源端有一點直接接地，即中性點直接接地；I—電源端所有帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地，即中性點不接地。TN、TT、IT中的第二個字母表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系，含義如下：T—電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點；N—電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與電源接地點有直接電氣連接。工作接地2.低壓交流系統(tǒng)的工作接地電源的中性線（代號N）：有三個功能，一是用來接額定電壓為相電壓的單相用電設(shè)備；二是用來傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流；三是用來減小負荷中性點的電位偏移。保護線（代號PE）：用來保障人身安全、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。保護中性線（代號PEN）：兼有中性線（N線）和保護線（PE線）的功能。這種保護中性線在我國通稱為“零線”，俗稱“地線”。工作接地2.低壓交流系統(tǒng)的工作接地（1）TN系統(tǒng)電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過中性導(dǎo)體或保護導(dǎo)體連接到此接地點。根據(jù)中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體的組合情況，TN系統(tǒng)有以下三種形式：1）TN-S系統(tǒng)：整個系統(tǒng)的中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體是分開的。工作接地2.低壓交流系統(tǒng)的工作接地2）TN-C系統(tǒng)：整個系統(tǒng)的中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體是合一的。工作接地2.低壓交流系統(tǒng)的工作接地3）TN-C-S系統(tǒng)：系統(tǒng)中一部分線路的中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體是合一的。logo（2）TT系統(tǒng)電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。工作接地2.低壓交流系統(tǒng)的工作接地logo工作接地2.低壓交流系統(tǒng)的工作接地（3）IT系統(tǒng)電源端的帶電部分不接地或有一點通過高阻抗接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地。城市軌道交通工程車站低壓配電系統(tǒng)的接地形式一般采用TN-S系統(tǒng)，在車輛段、停車場可采用TN-C-S或TN-S系統(tǒng)，也可根據(jù)工程實際情況，同時采用局部TT系統(tǒng)。（二）保護接地交流設(shè)備的保護接地就是處理電氣裝置或電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分，即金屬外殼與地的關(guān)系。無論系統(tǒng)接地采用什么形式，交流系統(tǒng)電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分均要接地。對于變電所內(nèi)電氣設(shè)備，接地做法為外露可導(dǎo)電部分直接通過接地線與接地母排進行電氣連接。交流電氣設(shè)備的接地范圍：1)主變壓器、牽引變壓器、配電變壓器的底座和外殼；2)交流高壓封閉式組合電器(GIS)和箱式變電所的金屬箱體；3)中壓、低壓開關(guān)設(shè)備的金屬外殼；（二）保護接地4）交、直流電源屏的金屬外殼。5）電氣用各類金屬構(gòu)架、支架。6）電纜橋架和金屬線槽。7）電力電纜、控制電纜穿線金屬管。8）電力電纜、控制電纜的金屬護套和外鎧裝等。04直流供電系統(tǒng)的接地直流供電系統(tǒng)的接地城市軌道交通直流接地系統(tǒng)由直流牽引供電系統(tǒng)工作接地、保護接地、防雷及過電壓接地組成。城市軌道交通牽引供電制式采用直流750V或直流1500V，直流牽引供電系統(tǒng)的主要設(shè)備有牽引整流器、直流開關(guān)設(shè)備、上網(wǎng)開關(guān)設(shè)備、鋼軌電位限制裝置、接觸網(wǎng)、回流軌等。1.系統(tǒng)接地方式為減小直流雜散電流對金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，直流牽引供電的工作接地采用不接地系統(tǒng)，即正常情況下系統(tǒng)設(shè)備的所有正極和負極均與地絕緣。采用走行軌回流，在直流大雙邊越區(qū)供電情況下，走行軌對地電位將高于正常雙邊供電，有時會超過允許值。另外，在運行過程中，走行軌也可能出現(xiàn)不明原因的電位升高，此時，為保護乘客及運行人員的安全，可通過鋼軌電位限制裝置將走行軌與地進行短時電氣連接，以鉗制走行軌對地電位。走行軌對地電位超過允許限值時，為避免乘客上下車受到跨步電壓的影響，鋼軌電位限制裝置本應(yīng)將走行軌與結(jié)構(gòu)地短時連接，但考慮到雜散電流問題，目前的做法是將走行軌與電位同結(jié)構(gòu)地基本相當(dāng)?shù)耐庖拥匮b置短時連接。2.牽引變電所內(nèi)直流牽引供電設(shè)備的接地牽引整流器、直流開關(guān)設(shè)備，包括直流進線柜、直流饋線柜、負母線柜、鋼軌電位限制裝置，都安裝于牽引變電所內(nèi)，其外露可導(dǎo)電