《城市軌道交通變電所運行與維護》 課件 項目4 防雷接地與雜散電流防護裝置的認知與維護

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)1防雷裝置的認知與維護【任務(wù)描述】認識直擊雷和感應(yīng)雷防護裝置，兩人為一組實施避雷器的認識與維護。01過電壓分類過電壓分類過電壓是指電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的異常電壓現(xiàn)象。按照過電壓產(chǎn)生的原因不同，可分為外部過電壓和內(nèi)部過電壓兩大類。1.內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式發(fā)生改變而引起的過電壓稱為內(nèi)部過電壓。如停送電操作、系統(tǒng)短路跳閘等都可能引起內(nèi)部過電壓。2.外部過電壓外部過電壓又稱雷電過電壓或大氣過電壓，是由大氣中的雷云對地面放電而引起的，主要有直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。直擊雷過電壓是指雷電直接對電氣設(shè)備或線路放電，可引起電氣設(shè)備或線路損毀。感應(yīng)雷過電壓是指雷電雖然沒有直接擊中電氣設(shè)備或線路，但是由于大氣中的雷云電荷作用，在電力系統(tǒng)的架空線路上感應(yīng)出異種電荷。通常采用安裝避雷針或避雷線防止直擊雷；安裝避雷器防止感應(yīng)雷。雷電過電壓保護必須要設(shè)置防雷裝置。02防雷裝置的認識（一）直擊雷防護裝置直擊雷防護裝置一般由接閃器、引下線和接地裝置組成。直擊雷防護裝置1.接閃器接閃器就是專門用來接受雷閃的金屬物體。接閃的金屬桿避雷針，接閃的金屬線稱為避雷線或架空地線，接閃的金屬帶、金屬網(wǎng)稱為避雷帶或避雷網(wǎng)。所有的接閃器都必須經(jīng)過引下線與接地裝置相連。避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)和避雷帶都是接閃器，它們都是利用其高出被保護物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置，把雷電流泄入大地，以此保護被保護物免受雷擊。直擊雷防護裝置1.接閃器（1）避雷針避雷針一般用鍍鋅圓鋼焊接鋼管制成，頭部呈尖形，由針頭（接閃器）、引流體（接地引下線）和接地體三部分組成。它通常安裝在構(gòu)架、支柱或建筑物上，其下端經(jīng)引下線與接地裝置焊接。其工作原理如下：由于避雷針安裝高度高于被保護物，又和大地直接相連，當雷電先導接近地面時，避雷針能使雷電場發(fā)生畸變，改變雷電先導的通道方向，將雷電放電的通路吸引到避雷針本身，并經(jīng)引下線和接地裝置將強大的雷電流安全地泄放到大地中去，使被保護物體免受直接雷擊。所以，避雷針實際上是“引雷針”，可將周圍的雷電引來并提前放電，將雷電流通過自身的接地導體傳向地面，避免被保護對象直接遭雷擊。直擊雷防護裝置1.接閃器（2）避雷線避雷線一般架設(shè)在架空線路的上方，用引下線與接地裝置連接，用以保護架空線路或其他物體（包括建筑物）免受直接雷擊。由于避雷線既架空又接地，所以又叫做架空地線。避雷線的原理和功能與避雷針基本相同，主要用于保護架空線路。直擊雷防護裝置1.接閃器（3）避雷帶和避雷網(wǎng)避雷帶和避雷網(wǎng)普遍用來保護較高的建筑物免受雷擊。避雷帶一般沿屋頂周圍裝設(shè)，高出屋面100～150mm，支持卡間距離為1～1.5m。避雷網(wǎng)除沿屋頂周圍裝設(shè)外，需要時在屋頂上面還可用圓鋼或扁鋼縱橫連接成網(wǎng)。避雷帶和避雷網(wǎng)必須經(jīng)引下線與接地裝置可靠地連接。直擊雷防護裝置2.引下線引下線是連接防雷裝置與接地裝置的一段導線，其作用是將雷電流引入接地裝置。一般可用圓鋼或扁鋼制成。直擊雷防護裝置3.接地裝置接地裝置是指將雷電流通過引下線引入大地的散流裝置。接地裝置由接地體和接地線組成。接地線是連接引下線和接地體的導線。接地體包含自然接地體和人工接地體。自然接地體包括埋入建筑物的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋、行車的鋼軌、埋地的金屬管道、水管等，但可燃液體和可燃氣體管道除外。在裝設(shè)接地裝置時，首先充分利用自然接地體，不能滿足規(guī)范要求時才考慮裝設(shè)人工接地體作為補充。（二）感應(yīng)雷防護裝置感應(yīng)雷常用的防護裝置是避雷器。避雷器并聯(lián)在被保護設(shè)備或設(shè)施上。正常時避雷器阻值很大，裝置與地絕緣，當出現(xiàn)雷擊過電壓時，阻值變小，裝置與地由絕緣變成導通，并擊穿放電，將雷電流引入大地，起到保護作用。過電壓終止后，避雷器迅速恢復為高阻狀態(tài)。避雷器主要用來保護電力設(shè)備和電力線路，也用作防止高電壓侵入室內(nèi)的安全措施。感應(yīng)雷防護裝置避雷器是一過電壓保護設(shè)備，用來防止雷電所產(chǎn)生的大氣過電壓沿架空線路侵入變電所或其他建筑物內(nèi)，避雷器也可以限制內(nèi)部過電壓。避雷器一般與被保護設(shè)備并聯(lián)，且位于電源側(cè)，其放電電壓低于被保護設(shè)備的絕緣耐壓值。當過電壓沿線路侵入時，將首先使避雷器擊穿并對地放電，從而使被保護設(shè)備免受雷擊。感應(yīng)雷防護裝置1.保護間隙保護間隙又稱為放電間隙，是由兩個金屬電極構(gòu)成的一種簡單的防雷保護裝置。其中一個電極固定在絕緣子上，與帶電導線相接，另一個電極通過輔助間隙接地裝置相接，兩個電極之間保持規(guī)定的間隙距離。常用的角形保護間隙由主間隙和輔助間隙兩部分組成。主間隙做成角形的，水平安裝，以便滅弧。輔助間隙是為了防止主間隙被外來的物體短路引起誤動作而設(shè)置的。主間隙的兩個電極成角形，可以使工頻續(xù)流電弧在自身動力和熱氣流作用下易于上升而自動熄滅。保護間隙的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，其主要缺點是滅弧能力弱，一般用于10kV以下的配電網(wǎng)中。感應(yīng)雷防護裝置2.管型避雷器管型避雷器又叫排氣式避雷器，它由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙三部分組成。它的核心部件也是保護間隙，但能在放電后自行滅弧。工作原理如下：當雷電引起過電壓時，外部間隙和內(nèi)部間隙都被擊穿，將雷電流泄入大地。隨之而來的工頻續(xù)流也在管內(nèi)產(chǎn)生電弧，使產(chǎn)氣管內(nèi)產(chǎn)生高壓氣體并從環(huán)形管口噴出，強烈吹弧，在電流第一次過零時，即可滅弧。這時外部間隙的空氣恢復了絕緣，使避雷器與電力系統(tǒng)隔離，恢復正常運行。管型避雷器具有殘壓小的突出優(yōu)點，簡單經(jīng)濟，但動作時有氣體排出，所以一般用于戶外線路。感應(yīng)雷防護裝置3.閥式避雷器閥式避雷器由火花間隙和閥片串聯(lián)組成，裝在密封的瓷套管內(nèi)。正常情況下，火花間隙可阻止線路上的工頻電流通過，在雷電過電壓作用下，火花間隙被擊穿放電。由碳化硅（SiC）電阻構(gòu)成的閥片具有非線性特性：正常電壓時，閥片電阻很大，過電壓時，閥片電阻很小。因此，當線路上出現(xiàn)過電壓時，火花間隙被擊穿，閥片能使雷電流順暢地向大地泄放。當過電壓消失后，線路上恢復工頻電壓時，閥片則呈現(xiàn)很大的電阻，使火花間隙絕緣迅速恢復而切斷工頻續(xù)流，從而使線路恢復正常運行。因此，閥片和火花間隙的密切配合使閥式避雷器像一個閥門，對于雷電流，“閥門”打開，對于工頻電流，“閥門”關(guān)閉。閥式避雷器將單個放電間隙分成許多短的串聯(lián)間隙，同時增加了非線性電阻，提高了保護性能。閥式避雷器按結(jié)構(gòu)不同分為普通閥式避雷器和磁吹閥式避雷器兩大類。感應(yīng)雷防護裝置管型避雷器（a）閥片非線性特性圖（b）閥式避雷器原理圖（c）閥式避雷器整體結(jié)構(gòu)圖4-7閥式避雷器4．金屬氧化物避雷器（英文感應(yīng)雷防護裝置4.金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器（英文縮寫MOA）金屬氧化物避雷器沒有火花間隙，閥片用氧化鋅（ZnO）代替了碳化硅（SiC）。它的核心部件是氧化鋅閥片，由壓敏電阻片構(gòu)成，具有優(yōu)良的閥特性，在工頻電壓下，呈現(xiàn)極大的電阻，能迅速有效地阻斷工頻續(xù)流；在過電壓下，電阻很小，能很好地泄放雷電流。金屬氧化物避雷器還有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、殘壓低、響應(yīng)快等優(yōu)點，被廣泛用于高低壓電氣設(shè)備的保護。03高壓架空輸電線路的防雷保護高壓架空輸電線路的防雷保護根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設(shè)計規(guī)范GB_T50064-2014》，高壓架空輸電線路的防雷保護應(yīng)滿足以下要求：1）少雷區(qū)除外的其他地區(qū)的220kV～750kV線路應(yīng)沿全線架設(shè)雙地線；110kV線路可沿全線架設(shè)地線，在山區(qū)和強雷區(qū)，宜架設(shè)雙地線；在少雷區(qū)可不沿全線架設(shè)地線，但應(yīng)裝設(shè)自動重合閘裝置；35kV及以下線路，不宜全線架設(shè)地線。2）除少雷區(qū)外，6kV和10kV鋼筋混凝土桿配電線路，宜采用瓷或其他絕緣材料的橫擔，并應(yīng)以較短的時間切除故障，以減少雷擊跳閘和斷線事故。04變電所的防雷保護1.變電所直擊雷過電壓保護1）變電所的直擊雷過電壓保護可采用避雷針或避雷線。在屋外配電裝置（包括組合導線和母線廊道）、多雷區(qū)的牽引站等設(shè)施應(yīng)設(shè)直擊雷保護裝置。2）變電所控制室和配電裝置室的直擊雷過電壓保護要求：強雷區(qū)的變電所控制室和配電裝置室宜有直擊雷保護；35kV及以下變電所的屋頂上裝設(shè)直擊雷保護裝置時，應(yīng)將屋頂金屬部分接地；峽谷地區(qū)的變電所宜用避雷線保護；已在相鄰建筑物保護范圍內(nèi)的建筑物或設(shè)備，可不裝設(shè)直擊雷保護裝置；屋頂上的設(shè)備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬構(gòu)件均應(yīng)接地。3）露天布置的GIS的外殼可不裝設(shè)直擊雷保護裝置，外殼應(yīng)接地。變電所直擊雷過電壓保護2.變電所高壓配電裝置的雷電侵入波過電壓保護1）未沿全線架設(shè)地線的35kV~110kV架空輸電線路，應(yīng)在變電所1km~2km的進線段架設(shè)地線。2）變電所的35kV及以上電纜進線段，電纜與架空線的連接處應(yīng)裝設(shè)金屬氧化物避雷器（MOA），其接地端應(yīng)與電纜金屬外皮連接。3）有效接地系統(tǒng)中的中性點不接地的變壓器，中性點采用分級絕緣且未裝設(shè)保護間隙時，應(yīng)在中性點裝設(shè)中性點MOA。中性點采用全絕緣，變電所為單進線且為單臺變壓器運行時，也應(yīng)在中性點裝設(shè)MOA。05配電系統(tǒng)的雷電過電壓保護配電系統(tǒng)的雷電過電壓保護1）10～35kV配電系統(tǒng)中，配電變壓器的高壓側(cè)應(yīng)靠近變壓器裝設(shè)金屬氧化物避雷器（MOA），該MOA接地線應(yīng)與變壓器金屬外殼連在一起接地。2）10kV~35kV配電變壓器的低壓側(cè)宜裝設(shè)一組MOA，以防止反變換波和低壓側(cè)雷電侵入波擊穿絕緣，該MOA接地線應(yīng)與變壓器金屬外殼連在一起接地。避雷器主要是保護變壓器不受雷電波危害，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)接地的中性點及金屬外殼一起接地。謝謝項目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電部分用導體（接地線）與埋設(shè)在土壤中的金屬導體（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，預防電氣火災和雷擊，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??；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。當電氣設(shè)備越接近接地體時接地，接觸電壓越??；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)備外露可導電部分或電氣裝置外露可導電部分帶電而導致電擊危險，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)備外露可導電部分對地的電壓，從而降低人體接觸該可導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)施的外露可導電部分除有特殊規(guī)定外均應(yīng)接地。2）當供電系統(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)接地導體之間的耦合問題，也避免了采用不同接地導體時產(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?，非故障相對地電壓不變，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電部分與地的關(guān)系，含義如下：T—電氣裝置的外露可導電部分直接接地，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電部分通過中性導體或保護導體連接到此接地點。根據(jù)中性導體和保護導體的組合情況，TN系統(tǒng)有以下三種形式：1）TN-S系統(tǒng)：整個系統(tǒng)的中性導體和保護導體是分開的。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)的中性導體和保護導體是合一的。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體和保護導體是合一的。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?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)，其外露可導電部分即金屬外殼不與地直接電氣連接，而是通過直流框架泄漏保護裝置與地形成單點電氣連接。金屬外殼與基礎(chǔ)槽鋼之間設(shè)有硬質(zhì)絕緣板，設(shè)備固定采用絕緣安裝方法。各設(shè)備金屬外殼之間采用電纜實現(xiàn)電氣連接，一般在負母線柜接地端子單點通過電纜與直流框架泄漏保護裝置連接后，接至變電所接地母排，實現(xiàn)變電所內(nèi)直流牽引供電設(shè)備單點接地。3.區(qū)間直流上網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的接地區(qū)間直流上網(wǎng)開關(guān)（包括區(qū)間檢修線隔離開關(guān)）設(shè)備的接地可以有以下四種方式：1）當上網(wǎng)開關(guān)設(shè)備設(shè)在站臺的獨立設(shè)備房間或牽引變電所內(nèi)時，納入直流開關(guān)柜的框架泄漏保護中，在發(fā)生設(shè)備外殼漏電時框架保護聯(lián)跳直流饋出斷路器。上網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的安裝要求與牽引變電所內(nèi)直流牽引供電設(shè)備相同，金屬外殼與基礎(chǔ)槽鋼之間設(shè)置硬質(zhì)絕緣板。這種方式需增加接地電纜。2）采用非金屬絕緣外殼，當柜內(nèi)發(fā)生直流漏電時，設(shè)備外殼不會帶直流異常電位，也沒有雜散電流泄漏問題。這種方式設(shè)備投資較高。3）設(shè)備外殼與基礎(chǔ)槽鋼之間設(shè)置硬質(zhì)絕緣板，設(shè)備外殼與附近走行軌電氣連接，發(fā)生直流漏電時會產(chǎn)生系統(tǒng)正負短路，直流饋線保護動作并切除故障，這種方式要求設(shè)備操作維護只能在直流停電后進行，所以應(yīng)用受到限制。4）設(shè)備金屬外殼直接與附近結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連接，相當于交流低壓IT系統(tǒng)的接地方式。這種方式需要保證并保持正極對外殼的絕緣，使正常泄漏的直流電流不能對結(jié)構(gòu)鋼筋產(chǎn)生腐蝕，并需要在正極碰殼發(fā)生時能迅速切除故障或進行報警。4．車輛段、停車場直流上網(wǎng)開關(guān)等設(shè)備的接地車輛段、停車場范圍大，直流上網(wǎng)開關(guān)設(shè)備與檢修設(shè)備的數(shù)量多、分布廣，內(nèi)部金屬管線較多。直流上網(wǎng)開關(guān)等設(shè)備的接地問題可通過柜內(nèi)設(shè)置絕緣護板、絕緣電纜支架或采用非金屬絕緣外殼等措施解決。謝謝項目4防雷接地與雜散電流防護裝置的認知與維護任務(wù)3雜散電流防護裝置的認知與維護【任務(wù)描述】認識雜散電流的產(chǎn)生過程，掌握雜散電流的防護原則與方法，分組認識并維護智能排流柜。01雜散電流的產(chǎn)生雜散電流的產(chǎn)生在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，電動列車采用直流牽引供電。在理想情況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)（接觸軌）、電動列車、鋼軌（走行軌）、回流線返回牽引變電所負極。由于鋼軌與大地之間難以做到完全絕緣，勢必造成牽引電流不能全部經(jīng)由鋼軌流回牽引變電所的負極，有一部分牽引電流會泄漏到隧道或道床或埋地金屬管線等金屬鋼構(gòu)上，然后沿著金屬鋼構(gòu)或土壤回流到牽引變電所（有些泄漏電流甚至不回流而散入大地），這一部分泄漏電流就是雜散電流，也稱為迷流。02雜散電流的危害雜散電流的危害1)引起城市軌道交通附近隧道、道床、建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋、埋地金屬管線等被腐蝕，縮短使用壽命隧道、道床、建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線等埋于地下，當這些金屬體中流過雜散電流時，這些金屬體就會發(fā)生電化學腐蝕。雜散電流所經(jīng)過的路徑可等效地看成兩個串聯(lián)的電池。電池1：A鋼軌(陽極區(qū))→B道床、土壤→C金屬管線(陰極區(qū))；電池2：D金屬管線(陽極區(qū))→E土壤、道床→F鋼軌(陰極區(qū))。雜散電流的危害當雜散電流由圖中的兩個陽極區(qū)鋼軌A、金屬管線D流出時，該部位的金屬(Fe)便與其周圍的物質(zhì)發(fā)生失掉電子的電解反應(yīng)，這個部位的金屬(Fe)就會遭到腐蝕。如果城市軌道交通附近的隧道、道床或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋及埋地金屬管線長期受到雜散電流的腐蝕，就會被嚴重損壞，結(jié)構(gòu)鋼強度也被破壞，使用壽命縮短。2）引起鋼軌及其附件的腐蝕。因雜散電流的存在，鋼軌及鋼軌的一些附件存在嚴重腐蝕，尤其是釘入道床的道釘。3)引起框架泄漏保護誤動作，影響城市軌道交通的正常運營若鋼軌局部或整體對地的絕緣變差，則鋼軌對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，此時可能引起牽引變電所的框架保護動作。而框架保護動作會引起牽引變電所的斷路器跳閘，導致全所失電，同時還會引起相鄰牽引變電所對應(yīng)的饋線斷路器聯(lián)跳，從而造成較大范圍的停電事故，影響城市軌道交通的正常運營。雜散電流的危害4)引起鋼軌電位限制裝置誤動作，使用壽命縮短。為了降低城市軌道交通車體與地之間的接觸電壓和跨步電壓，一般在設(shè)有牽引變電所的車站和車場設(shè)置鋼軌電位限制裝置。在鋼軌對地電位超過規(guī)定值時，可將鋼軌和變電所接地母排連接起來，防止鋼軌電位過高對人身安全造成威脅。雜散電流會引起鋼軌電位升高，導致鋼軌電位限制裝置會經(jīng)常誤動作，使得牽引變電所負極直接接地，因此使得原本設(shè)置在車站附近作為保護人身安全的鋼軌電位限制裝置經(jīng)常作為排流柜使用，縮短了其使用壽命。雜散電流的危害03雜散電流的防護雜散電流的防護在工程實際中，雜散電流防護通常采取“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”的原則。1.以防為主以防為主就是隔離和控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入城市軌道交通的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備及相關(guān)設(shè)施。通過對雜散電流產(chǎn)生的原因及腐蝕過程的分析，可以得知提高走行軌對地絕緣電阻值及降低走行軌電阻值是治理雜散電流泄漏的兩種直接方法。根據(jù)雜散電流的估算公式，雜散電流與列車到牽引變電所距離的平方成正比，與回流走行軌的縱向電阻成正比，與列車牽引電流成正比，與走行軌對地的過渡電阻成反比。1.以防為主常用的雜散電流防護措施如下：（1）提高走行軌對地絕緣電阻值走行軌絕緣的性能的好壞是決定雜散電流大小的最主要因素。提高走行軌對地絕緣電阻值，目的就是讓牽引電流盡可能多地沿走行軌流回牽引變電所的負板，這樣就可以盡量減少牽引電流向外泄漏。走行軌與地之間的絕緣電阻越大，產(chǎn)生的雜散電流越小。提高走行軌對地絕緣電阻值主要有四種方法：在走行軌下設(shè)置絕緣墊；讓走行軌對地保持一定間隙；合理設(shè)置道床排水溝；合理設(shè)置道床混凝土。（2）降低走行軌電阻值走行軌電阻較大時，回流電流在其上流過時產(chǎn)生的電壓降也大，使鋼軌對地的電位差也增大，從而增加了雜散電流，所以必須設(shè)法降低走行軌的電阻值。根據(jù)電阻的公式，降低走行軌電阻值具體措施有：在設(shè)計中選用電阻率低的材料，增大鋼軌橫截面積，將短鋼軌焊接成長鋼軌。1.以防為主（3）合理設(shè)置牽引變電所，牽引網(wǎng)采用雙邊供電根據(jù)雜散電流的估算公式，雜散電流值與列車到牽引供電變電所距離的平方成正比，所以可以通過減小供電距離來降低雜散電流，即牽引變電所之間距離設(shè)置不宜過長。另外，牽引網(wǎng)采用雙邊供電比單邊供電方式雜散電流小，所以供電區(qū)間內(nèi)應(yīng)盡量采用雙邊供電模式。（4）提高牽引網(wǎng)電壓目前我國城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)采用的直流供電電壓有直流750V和1500V兩種，實踐證明采用1500V電壓比采用750V電壓牽引供電產(chǎn)生的雜散電流小。2.以排為輔—設(shè)置排流柜以排為輔就是通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回至牽引變電所負母線的通路，防止其繼續(xù)向本系統(tǒng)外泄漏，以減少腐蝕。因此，在工程建設(shè)時適當設(shè)置合理的雜散電流收集網(wǎng)及排流裝置，在必要時將雜散電流引回牽引變電所的負極。通常設(shè)置雜散電流的收集系統(tǒng)，作用是收集由走行軌泄漏出的雜散電流，并通過收集網(wǎng)將雜散電流引導至牽引變電所的負極，防止雜散電流過多地流向主體結(jié)構(gòu)鋼筋和其他金屬導體。具體方法是在走行軌下混凝土整體道床內(nèi)敷設(shè)網(wǎng)狀鋼筋，縱向連通，形成雜散電流的收集網(wǎng)，以建立一條低阻抗的雜散電流收集、排放通路。將隧道內(nèi)區(qū)間及車站每個結(jié)構(gòu)段的內(nèi)表層結(jié)構(gòu)鋼筋通過焊接形成雜散電流綜合監(jiān)測網(wǎng)。2.以排為輔—設(shè)置排流柜（1）排流柜作用一般在正線牽引變電所內(nèi)設(shè)置雜散電流排流柜。排流柜的一端與收集網(wǎng)的排流端子連接，另一端通過電纜與牽引變電所負極柜相連接。2.以排為輔—設(shè)置排流柜智能排流柜是為減少城市軌道交通雜散電流造成的金屬結(jié)構(gòu)電化學腐蝕而設(shè)計的專用設(shè)備。當排流網(wǎng)中的雜散電流過大，通過排流柜直接排入負極母線。排流柜的核心元件為硅二極管。利用硅二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶匦?，實現(xiàn)雜散電流的極性排流。極性排流是指只有當需排流的金屬結(jié)構(gòu)相對于鋼軌的負母線電位為正時，二極管正向?qū)?，才有電流通過，把軌道上泄漏到金屬結(jié)構(gòu)上的雜散電流直接排到鋼軌的負母線上，從而減少雜散電流的腐蝕。2.以排為輔—設(shè)置排流柜（2）KDPL系列智能排流柜工作原理KDPL系列智能排流柜工作原理：排流柜裝置由主回路和檢測控制用的單片機控制系統(tǒng)兩部分組成(地排流回路包括一電壓表)。主回路的核心是由1個硅二極管組成，在主回路中串有一個電阻R用于調(diào)節(jié)排流電流大??；開關(guān)K可以人工或通過單片機自動控制實現(xiàn)排流；串有一個帶輔助接點的快速熔斷器FU和一個分流器FL，與RC回路共同組成了保護系統(tǒng)。其中短路保護采用兩種方式：熔斷器保護和反向電壓保護，當出現(xiàn)短路時，快速熔斷器FU首先熔斷，保護二極管不受損壞，同時通過熔斷器本身所帶的接點發(fā)出信號；另外，在每個二極管另一端設(shè)有分流器FL，當二極管擊穿而快速熔斷器未熔斷時，依靠逆向電流通過分流器而測得的數(shù)據(jù)可知二極管故障，此保護與熔斷器形成可靠的保護系統(tǒng)，以確保在二極管發(fā)生故障時能可靠地發(fā)出信號。2.以排為輔—設(shè)置排流柜單片機控