交、直流接地網(wǎng)(極)的比較()

1、交、直流接地網(wǎng)（極）的比較交、直流接地網(wǎng)（極）的比較（綜述）一、 交、直流輸電綜述從1882年在法國(guó)建成世界上第一個(gè)電力系統(tǒng)開始，電力系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)是用直流發(fā)電機(jī)，采用15002000V直流電壓，輸送距離達(dá)57km，輸送容量達(dá)到1.5kW，供照明和驅(qū)動(dòng)水泵使用。然而，直流電壓不能隨意升高或者降低，為了產(chǎn)生高電壓，只能采用串聯(lián)的運(yùn)行方式，這樣的方式比較復(fù)雜，可靠性差，其發(fā)展受到了很大的限制。隨著從1880年至1896年愛(ài)迪生與尼古拉·特斯拉近16年的交直流之爭(zhēng)，交流的優(yōu)勢(shì)也漸漸為人們所熟知，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。到20世紀(jì)末，世界上交流輸電的最高電壓已達(dá)到1150kV,輸

2、送距離最長(zhǎng)已達(dá)到1900km,最大單機(jī)容量為1300MW。同時(shí)，直流輸電仍然具有著交流電網(wǎng)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，如電磁干擾，運(yùn)行的靈活性等，因而隨著大容量電子器件的研究，高壓直流輸電也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。2009年，云廣±800kV特高壓直流輸電示范工程正式投運(yùn)，其采用±800kV的雙極運(yùn)行方式,輸送容量達(dá)到5000MW，輸電距離1373km，標(biāo)志著一個(gè)嶄新時(shí)代的來(lái)臨。隨著電壓等級(jí)的逐漸升高，輸電經(jīng)濟(jì)性增加的同時(shí)，更應(yīng)考慮運(yùn)行的穩(wěn)定與可靠性，安全自然而然成為最重要的考慮因素。下面，會(huì)分別對(duì)高壓直流輸電和交流輸電網(wǎng)中與安全穩(wěn)定最相關(guān)的接地領(lǐng)域相比較，以獲得直觀地接地概念。二、 接地的

3、作用2.1 直流接地的作用我國(guó)已建成的超高壓和正在建設(shè)的特高壓直流輸電工程均采用雙極兩線兩端接地方式，直流接地極起著鉗制中性點(diǎn)電位和傳導(dǎo)系統(tǒng)入地電流入地的作用。接地極與換流站和直流線路具有相同的使用年限，接地極是直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分之一。直流接地極具有額定電流大、使用壽命長(zhǎng)但等效運(yùn)行時(shí)間短等特點(diǎn)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直流高壓接地極系統(tǒng)，是為實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行或者故障時(shí)以大地或者海水作為電流回路的運(yùn)行而專門設(shè)計(jì)和建造的一組裝置，其主要由接地極線路、接地極饋電電纜和接地極組成。因而，接地極還具有維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的作用。2.2 交流接地的作用交流接地的作用在于:1、保證電力網(wǎng)或者電氣設(shè)備正常運(yùn)行；2、

4、保證工作人員的人身安全。根據(jù)其作用可以將其分為以下四種形式：工作接地、保護(hù)接地、防雷接地和防靜電接地。2.2.1 工作接地為了保證電氣設(shè)備在正常或則和發(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地，稱為工作接地。工作接地一般都是通過(guò)電氣設(shè)備的中性點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以又稱為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地。例如電力變壓器或者電壓互感器的中性點(diǎn)接地。我國(guó)目前所采用的中性點(diǎn)接地方式主要有四種：不接地、經(jīng)消弧線圈接地、直接接地和經(jīng)電阻接地等。2.2.2 保護(hù)接地1）保護(hù)接地將一切正常工作時(shí)不帶電而絕緣損壞時(shí)可能帶電的金屬部分（例如各種電氣設(shè)備的金屬外殼、配電裝置的金屬構(gòu)架等）接地，以保證工作人員接觸時(shí)的安全，這種接地稱為保護(hù)接地

5、。保護(hù)接地是防止觸電事故發(fā)生的有效措施。2）保護(hù)接零：為了保障人生的安全，避免發(fā)生觸電事故，將設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分（外殼）和系統(tǒng)零線進(jìn)行直接相連。如單相碰殼故障時(shí)，便形成一個(gè)單相短路回路，由于這個(gè)短路回路不含有接地裝置的接地電阻（工作接地、保護(hù)接地），該回路阻抗很小，故障電流必將很大，保證在很短的時(shí)間內(nèi)使熔斷器熔斷、保護(hù)裝置動(dòng)作。此時(shí)零線上不準(zhǔn)裝置熔斷器和開關(guān)；和相線的的敷設(shè)要求相同；同一系統(tǒng)中采用此方式后，不允許再對(duì)其中任一設(shè)備采用保護(hù)接地的方式；應(yīng)同時(shí)裝設(shè)足夠的重復(fù)接地裝置。在中性點(diǎn)有良好接地的低壓配電系統(tǒng)中，應(yīng)采用保護(hù)接零的方式。大多數(shù)工廠企業(yè)都有單獨(dú)的配電高壓變壓器供電，故

6、屬于此類。2.2.3 防雷接地防雷接地裝置的接地電阻一般應(yīng)在1020之間。當(dāng)遭受雷擊時(shí)，防雷地線中的瞬時(shí)電流很大，從而產(chǎn)生很高的電壓降，因此，獨(dú)立的防雷地線一定要與工作地線和保護(hù)地線分開，以保護(hù)電力設(shè)備。為了防止雷擊對(duì)設(shè)備、建筑物和生命財(cái)產(chǎn)的損壞，在建筑物的最高點(diǎn)和設(shè)備的入口處都設(shè)置有避雷保護(hù)裝置。這種避雷保護(hù)裝置能將雷電沖擊電流旁路入地，并將沖擊電壓限制在允許范圍內(nèi)。這種接地稱之為防雷保護(hù)接地。2.2.4 防靜電接地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中有可能積蓄電荷的設(shè)備，如油罐、天然氣等所采取的接地，稱為防靜電接地。三、 接地的形式3.1 直流接地的形式接地極一般分為陸地接地極和海洋接地極兩類。對(duì)于陸地接地極，極

7、址應(yīng)有足夠的面積，地形應(yīng)相對(duì)平坦，地下水分充足，以利于電極布置和運(yùn)行，降低工程造價(jià)。對(duì)于海洋或海岸接地極，極址一般應(yīng)位于便于運(yùn)行的海灣，并避免放在淡水河流出口處。陸地接地極敷設(shè)方式分為兩類:一類是水平埋設(shè)，也稱淺埋型電極；另一類是垂直埋設(shè)，也稱井型電極。淺埋型電極埋設(shè)蛇毒一般為數(shù)米，充分利用表層土壤電阻率較低的有利條件。因此淺埋型電極具有施工運(yùn)行方便，造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于極址表層土壤電阻率低，場(chǎng)地寬闊且地形較平坦的情況。井型電極底端埋深一般為數(shù)十米，占地面積較小，對(duì)環(huán)境的影響較小。海洋電極在布置方式上又分為海岸電極和海水電極兩種。海岸電極多數(shù)采用沿海岸直線型布置，以獲得最小的接地電阻值。

8、海水電極的導(dǎo)電元件防止在海水中，并采用專門支撐設(shè)施和保護(hù)設(shè)施，使導(dǎo)電元件保持相對(duì)固定和免受海浪或冰塊的沖擊。3.2 交流接地的形式根據(jù)IEC規(guī)定的各種保護(hù)方式、術(shù)語(yǔ)概念，低壓配電系統(tǒng)按接地方式的不同分為三類，即TT、TN和IT系統(tǒng)，分述如下。（1）TT方式供電系統(tǒng)：TT方式是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，稱為保護(hù)接地系統(tǒng)，也稱TT系統(tǒng)。第一個(gè)符號(hào)T表示電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地；第二個(gè)符號(hào)T表示負(fù)載設(shè)備外露不與帶電體相接的金屬導(dǎo)電部分與大地直接聯(lián)接，而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。（2）TN方式供電系統(tǒng)這種供電系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼與工作零線相接的保護(hù)系統(tǒng)，也稱作接零保護(hù)系統(tǒng)。（3）TN-C

9、方式供電系統(tǒng)：它是用工作零線兼作接零保護(hù)線，可以稱作保護(hù)中性線，可用NPE表示（4）TN-S方式供電系統(tǒng)：它是把工作零線N和專用保護(hù)線PE嚴(yán)格分開的供電系統(tǒng)。（5）IT方式供電系統(tǒng)：I表示電源側(cè)沒(méi)有工作接地，或經(jīng)過(guò)高阻抗接地。運(yùn)用IT方式供電系統(tǒng)，即使電源中性點(diǎn)不接地，一旦設(shè)備漏電，單相對(duì)地漏電流仍小，不會(huì)破壞電源電壓的平衡，所以比電源中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)還安全。四、 接地的影響4.1 直流接地的影響4.1.1. 跨步電壓地面水平距離為0.8m的任意兩點(diǎn)間的電位差稱為跨步電勢(shì)；人體兩腳接觸地面且水平距離為0.8m的任意兩點(diǎn)的電壓稱為跨步電壓。電流經(jīng)過(guò)接地極入地時(shí)會(huì)在接地極附近產(chǎn)生跨步電壓?？绮诫妷?/p>

10、往往稱為接地極設(shè)計(jì)中的重要考核指標(biāo)。4.1.2.接觸電壓當(dāng)高壓直流接地極運(yùn)行時(shí)，地面上離導(dǎo)電物體水平距離為1m處與該物體上離地垂直距離為1.8m處兩點(diǎn)間的電位差稱為接觸電勢(shì)；地面上離導(dǎo)電物體水平距離為1m處的人觸摸該物體上離地垂直距離為1.8m處兩點(diǎn)間的電位差稱為接觸電壓。4.1.3.轉(zhuǎn)移電壓除了跨步電壓和接觸電壓以外，轉(zhuǎn)移電壓也容易造成對(duì)地面人員的影響。轉(zhuǎn)移電壓的定義是：當(dāng)直流接地極運(yùn)行時(shí)，若人站在接地極附近地面觸摸遠(yuǎn)方引入的接地導(dǎo)體，或人站在遠(yuǎn)處地面觸摸極址附近引出的接地導(dǎo)體，所承受的接觸電壓即為轉(zhuǎn)移電壓。4.1.4.對(duì)電信系統(tǒng)的影響若在接地極附近存在埋地電信電纜或電信局，接地極的散流會(huì)在

11、電纜處或電信局產(chǎn)生電位升。由于強(qiáng)電線路正常運(yùn)行時(shí)，電信導(dǎo)線上的縱向電動(dòng)勢(shì)和電纜芯線上的縱向電動(dòng)勢(shì)允許值為60V。4.1.5.對(duì)交流電力系統(tǒng)的影響當(dāng)直流系統(tǒng)處于單極大地返回方式運(yùn)行時(shí)，接地極在地中的散流將抬高附近區(qū)域的地電位。處于該電流場(chǎng)范圍內(nèi)的交流電力設(shè)備接地部分將不再是零地位，交流輸電線路兩端的變壓器中性點(diǎn)之間將出現(xiàn)電位差，在交流輸電線路和變壓器繞組中會(huì)流過(guò)直流分量，導(dǎo)致變壓器發(fā)生直流偏磁。4.1.6.對(duì)埋地金屬管道的影響地中直流電流對(duì)其鄰近的地下金屬管線和金屬構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。4.2 交流接地的影響交流電網(wǎng)的接地亦會(huì)造成跨步電壓等問(wèn)題，此時(shí)人工接地網(wǎng)局部地帶的接觸

12、電位差、跨步電位差超過(guò)規(guī)定值，可采取局部增設(shè)水平均壓帶或垂直接地極鋪設(shè)礫石地面或?yàn)r青地面的措施來(lái)解決。在防雷接地中，還可能造成與電力系統(tǒng)設(shè)備的絕緣損壞，因此按規(guī)定，發(fā)電廠、變電所配電裝置構(gòu)架上避雷針(含懸掛避雷線的架構(gòu))的集中接地裝置應(yīng)與主接地網(wǎng)連接，由連接點(diǎn)至變壓器接地點(diǎn)沿接地極的長(zhǎng)度不應(yīng)小于15m。五、 接地電阻的問(wèn)題5.1 直流接地電阻的問(wèn)題由于大地并不是理想的導(dǎo)體，它具有一定的電阻率。當(dāng)有電流流過(guò)的時(shí)候，大地就不再保持等電位，這樣就有必要引入接地電阻這個(gè)概念。接地電阻R為接入點(diǎn)處的電位U與入地電流I之間的比值。當(dāng)入地電流I一定時(shí)，接地電阻R越小，則接入點(diǎn)處的電位U越低，反之則越高。此時(shí)

13、地面上的接地體也具有了電位U。為了保證電氣設(shè)備的絕緣和人身安全，必須減小接地電阻值。此外，接地后還存在跨步電壓和土壤溫升的問(wèn)題。（1）由于大地并非良導(dǎo)體，因此電流自接地極經(jīng)周圍土壤散流時(shí)，極址電位會(huì)上升，土壤中有壓降，人的兩腳著地間的電位差稱為跨步電壓（取跨距值為0.8米。）。不同地點(diǎn)，跨步電壓是不同的。（2）如果土壤溫度超過(guò)100，土壤中的水將會(huì)較快的被蒸發(fā)驅(qū)散，從而容易導(dǎo)致接地極故障?？紤]以上三者，在接地設(shè)計(jì)中必須計(jì)入接地接地電阻的影響，并通過(guò)一系列措施降低接地電阻。為了降低接地電阻，首先應(yīng)盡量選擇電阻率地的區(qū)域作為接地點(diǎn)，以利于電流的擴(kuò)散。此外，接地極的形狀也大大影響接地電阻。圓環(huán)接地極由于電極間的屏蔽效應(yīng)，在相同電極長(zhǎng)度下單圓環(huán)電極的最高電位升、接地電阻、最高溫升和最大跨步電壓最小。雙圓環(huán)次之，三圓環(huán)最大。所以條件允許時(shí)應(yīng)盡量采用單圓環(huán)。5.2 交流接地電阻的問(wèn)題在接地電阻大的地方，危害與直流輸電接地極趨同。在降低接地電阻上，可以采用人工接地極，水平敷設(shè)的可采用圓鋼、扁鋼，垂直敷設(shè)的可采用角鋼、鋼管等，亦可采用以下措施。5.2.1 在高土壤電阻率地區(qū)，可采取下列降低接地電阻的措施：a) 當(dāng)在發(fā)電廠、變電所2000m以內(nèi)有較低電阻率的土壤時(shí)，可敷設(shè)引外接地極；b) 當(dāng)?shù)叵螺^深處的土壤電阻率