上海電機學院自動化系第八章

港口供電系統

可靠性分析港口供電及自動化系統內容提要：本章概述供電系統的保護接地與防雷保護。

第八章

港口供電系統可靠性分析自動化系第八章

港口供電系統可靠性分析第一節供電系統的保護接地第二節供電系統的防雷保護自動化系第一節供電系統的保護接地

自動化系一、電流對人體的危害

電流對人體的傷害程度與通過人體電流的強度、持續時間、頻率、路徑及人體健康狀況等因素有關。電流大小不同，引起人體的生理、病理效應不同。我國規定觸電時間不超過ls的安全電流為30mA(50Hz)

。一般情況下通過人體的工頻電流超過50mA時，心臟就會停止跳動，發生昏迷，并出現致命的電燒傷。工頻lOOmA電流通過人體時，很快使人致命。圖9-1是人體觸電時間與通過人體電流對人身機體反應的曲線自動化系二、接地和接地裝置

1．接地的基本概念

電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。接地裝置是由接地體和接地線兩部分組成的。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地體或接地極。接地體與電氣設備的金屬外殼之間的連接線，稱為接地線。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。

自動化系2．接地裝置的構成

接地裝置是由接地極(埋入地中并與大地接觸的金屬導體)和接地線(電氣裝置、設施的接地端子與接地極連接用的金屬導電部分)所組成。由若干接地極在大地中相互連接而組成的總體，稱為接地網。自動化系

接地電流、對地電壓及接地電流電位分布曲線

當電氣設備發生接地故障時，電流就通過接地體向大地作半球形散開，這一電流稱為接地電流－IE。試驗表明，在距單根接地體或接地故障點20m左右的地方，實際上散流電阻已趨近于零，電位為零的地方，稱為電氣上的“地”或“大地”。電氣設備的接地部分與零電位的“地”（大地）之間的電位差，就稱為接地部分的對地電壓，如圖中的UE。

3．接地裝置的散流效應

自動化系跨步電壓和接觸電壓示意圖

接觸電壓是指設備的絕緣損壞時，在身體可同時觸及的兩部分之間出現的電位差。

跨步電壓是指在故障點附近行走，兩腳之間出現的電位差自動化系4．接地電阻的組成及電力系統對接地電阻的要求

a)土壤電阻:土壤電阻的大小用土壤電阻率表示。土壤電阻率就是的正立方體土壤的電阻值。b)接地線:自然接地線包括建筑物的金屬結構，生產用的金屬構架如吊車軌道、配電裝置外殼，布線的鋼管，電纜外皮以及非可燃和爆炸危險的工業管道等。c)接地極:自然接地極主要有：地下水管道，非可燃、非爆炸性液、氣金屬管道；建筑物和構筑物的金屬結構和電纜外皮。（2）電力系統對接地電阻的要求電力系統在不同情況下對接地電阻的要求是不同的。具體內容見表9-3（1）決定接地電阻的因素

自動化系5．工頻接地電阻的計算(1)人工接地極工頻接地電阻的計算不同類型的單個接地極的接地電阻計算公式，在設計手冊中均有介紹，讀者可根據需要參考有關設計手冊。在實際的供電系統設計中，往往單個接地極的接地電阻不能滿足某些系統對接地電阻的要求，因此，必須將數根接地極進行并聯成組。——人工接地極(以鋼管為例)單根電阻()

——接地極的根數

——接地極組的利用系數，根據接地極布置情況，根數及其間距而定；設計時可查閱相關設計手冊

——人工接地極組的總電阻值()

自動化系組合接地極是用扁鋼連接的——長度為z的扁鋼考慮利用系數時的電阻值()。——長度為z的扁鋼，未考慮利用系數影響前的電阻值()。——扁鋼的利用系數。設計時可查閱相關設計手冊。人工接地網的總接地電阻人工接地極組的總電阻為鋼管數扁鋼自動化系6.

沖擊接地電阻的計算沖擊接地電阻——沖擊接地電阻()

——接地體的沖擊系數

——工頻接地電阻()自動化系三、保護接地

為保證人體觸及意外帶電的電氣設備時的人身安全，而將電氣設備的金屬外殼進行接地即為保護接地（又稱安全接地）依據低壓配電系統的對地關系、電氣設備（或裝置）的外露可導電部分的對地關系以及整個系統的中性線（neutralwire，簡寫N線）與保護線（protectivewire，簡寫PE線）的組合情況，低壓配電系統接地型式有IT系統、TT系統和TN系統（包括TN-C、TN-S、TN-C-S系統）共5種。自動化系

1、

IT系統

電源小電流接地系統的保護接地方式，電氣設備的不帶電金屬部分直接經接地體接地

電氣設備的保護接地（IT系統）

自動化系2、TT系統配電括系統區的中嘩性線N引出找，但候電氣騙設備娛的不食帶電腸金屬氏部分量經各捉自的梢接地工裝置冰直接饑接地TT系統自動宴化系3、TN系統TN系統自動鋪化系TN系統TN－C系統TN－S系統TN－C－S系統整個系統的中性線N與保護線PE是合在一起的，電氣設備不帶電金屬部分與之相連。配電線路中性線N與保護線PE分開，電氣設備的金屬外殼接在保護線PE上。TN-C和TN-S系統的綜合，電氣設備大部分采用TN-C系統接線，在設備有特殊要求場合局部采用專設保護線接成TN-S形式自動逝化系四、越共同構接地憂與重掠復接獨地1、共敬同接潛地要想遭用簡齊單可擇靠的周方法或保證己安全蠶，就叢應當喝采取聯共同倉接地服的方挺式(見圖8-襲9)。這遼樣就辣可以姿將兩劑相分總別接變地短稍路變腐成相殃間短煮路，籠迅速治使保糖護裝邪置動伴作。圖8-裝9共同咐接地自動鍬化系2、重亦復接產地同一采低壓這系統鍛中，萍不能描有的溪采取丑保護敢接地閑，有執的又圈采取所保護可接零寧，否典則當航采取鵝保護悶接地搖的設尿備發沫生單述相接川地故所障時橡，采球取保勝護接島零的覆設備燒外露煌可導找電部趣分將窄帶上穴危險似的電鎖壓。博中性派點不誓接地另系統友中的新設備巴不允盟許采蓋用保畝護接環零。游因為桃任一叨設備斜發生諷碰殼撿時都改將使介所有狂設備祝外殼粗上出工現近享于相椅電壓斑的對留地電扭壓，皇這是駝十分沿危險露的。尋在中集性線仆上不情允許譜安裝抄熔斷貨器和挺開關蕉，以須防中找性線炒斷線盡，失型去保油護接耗零的爭作用王，為使安全巖起見允，中解性線低還必友須實濁行重瘋復接改地，佛以保伴證接渴零保僑護的驅可靠雷性。自動值化系在中珍性點蛾直接娛接地熟的低暢壓電程力網討中采悶用接擊零時沿，將維零線缸上的辮一點擠或多岸點再牙次與座大地誕作金穴屬性繞連接己，稱廁為重復愧接地。重復渾接地學可在器系統謠中發鄙生碰廢殼短臉路時嫁降低暮零線返的對記地電綢壓，勤減輕胳觸電敢的危言險。眾當采撿用保斜護接電零而墻零線造斷裂曲時，肅如果胞在斷嚼線后久的電河力設消備有鞭一相王碰殼忙，則咽后面代的零稠線會究帶上員相電晌壓，受造成挺危險乓。采因用了爽重復案接地峽后，取接在貍斷裂翻處后漁面的惡所有歷電氣戚設備爆外殼刃上的剃對地鍬電壓UE＜＜U，危業險程寫度大耀大降掀低，自動下化系五、蚊漏電閑保護袖器的柿應用漏電捕保護（又妻稱剩蹲余電翼流保購護）漠是從甘泄漏狡電流港，人由體觸燥電等史非金遙屬性仆單相昆接地脹故障耽考慮提，用束來保臭護人胳身及篇設備囑安全在的一嫩種保四護方脖式。漏電國保護百器的慰類型渡按其惠工作豈原理展可分助為電角壓動拔作型捧、電符流動緞作型豪、電恨壓電裕流動紹作型哪、交以流脈哭沖型樣和直融流動盜作型懂等。渾由于秤電流童動作貝型的彩檢測崗特性壩較好鵝，既歐可作伸全系雨統的牢總保曲護，蒸也可陶作各跨干線故、支欲線的碧分級益保護厘，所源以是湖目前膨應用晴較為竊普遍艱的一艷種。電流請動作底型漏削電保劑護器茅主要奸由零茫序電畝流互柴感器作、脫逢扣機賢構及姥主開勺關組紙成。翁零序直電流濤互感各器是語一個摔檢測議元件洲，可耐以安菊裝在述變壓僻器中韻性點柔與接昆地板役之間疲，構栗成全遞網總慈保護匯，也叫可安肅裝在照干線萌或分乎支線規上，疑構成避干線窯或分盡支線牢保護隙。如挑圖8-醫13所示所。自動精化系圖8-聰13電流運動作童型漏哀電保儀護器箱工作竭原理植圖a)全網辛總保籌護b)支干煮線保袋護自動古化系干線深或分就支線縫回路翅的漏平電保策護工延作原助理可符用圖8-冒14來說雞明。圖8-麥14干線迎回路暈漏電暢保護欠工作珍原理自動打化系(1盯)漏電齡保護等用于TN系統迫中，桿從使苗用漏喜電保蕉護裝殼置的漁地點屋起，TN－C系統許應改鄉豐用TN－S系統浮，即沿保護慚線不僵再用衫作中倒性線暮，使書整體丈成為TN－C－S系統捕。(2手)漏電旦保護卷應用旨于TT系統凍中，套可以烘降低齒對設餃備接食地電秩阻值彼的要芽求。羊但是償裝設音漏電拍保護普和不絡裝漏浙電保萄護的作設備獎不能吸共用嬸一個后接地案裝置鳥。自動屋化系第二興節杠供現電系定統的見防雷爪保護過電堆壓內部過電壓

外部過電壓（雷龜電過頂電壓梢）直擊雷擊感應雷擊雷電波侵入一、驢過電乖壓與泛雷電哄的有其關概袖念（一）桐過電好壓的乘形式操作過電壓諧振過電壓等

（二）回雷電霉流的枝產生構、幅售值與言陡度異性柱帶電萍雷云昨間的嘆放電稅就是摘通常女所說鬼的閃矛電。自動樸化系雷電痛流是徒一個正陡度儀很高誓、幅貧值很雁大的炎沖擊牽波電錦流。對電合力系互統的呼電氣剩設備亂來說節，雷滑電流廳的陡喇度越章大，后在負譜載電以感L上產數生的顧過電紐奉壓也戰越大洞，對糧絕緣景的破左壞性磨也就踐越嚴耕重。雷云滲對地趨或架艘空線攻路的擋放電囑就會略造成蒼雷電鬼流。自動懂化系雷電框沖擊倉波具鋒有波粗的傳尋導特巷性。那輸電磚線路亡受到飼雷擊論后，房誠產生猜的雷頸電沖哄擊波附會向逼輸電存線路舍兩側萌流動堅傳播詠，雷職電波維在傳執導過壩程中始到達憐結點瞎后，惡還會溫發生鋸折射熱和反絨射現承象。傳播速度

雷電彈波沿茶架空丟線傳傲播的湖速度虹與光觀速（3遮×1圓08m/楚s）相同灰，而諒在電艙纜中虛傳播希的速叛度約駁為上敏值的1/狂2～陷1/這3。波阻抗波阻病抗表言征的心是沿畏導線哨傳播六的電剖壓沖除擊波困和電把流沖扭擊波層之間努的動埋態關槐系瓣，與歐線路乒長度蟲無關啞。（三慢）雷沃電沖渡擊波驕的基爹本特蔬性自動末化系雷電標入射卸波到貫達線桂路末算端結蔑點處面會發算生全陸反射做，線死路的膏開路兄末端烈電壓論將增略大至漿雷電薄行波趣電壓帶的2訊倍，止嚴重扔威脅統線路混的絕徐緣安罰全，耕必須德設置鹿避雷崇器等慮防雷嗽保護海措施開。變電邪所常倆采用才一段10綱0～齡20蹤蝶0m的進遷線電傍纜，暫以達矩到降色低行很波陡屋度的戚效果銷。自動倡化系二、防雷黑裝置防雷仗設備趣由接饑閃器僚、引詳下線因、接猛地裝貌置等伏組成川。接板閃器貌是專煌門用掀來接顆受直手接雷聰擊的鋒金屬晝物體頃。接揪閃器臭包括椅金屬悼桿狀蘆的避銷雷針薦，金獎屬線噴狀的炮避雷器線，伍金屬馬帶狀伐或網碑狀的飛避雷斷帶、野避雷拳網等狀。避雷止針的耽作用攤是引伯雷。1.撕避雷晴針自動西化系避雷夠針是傍防止貴直擊悼雷的音有效兼措施永。一悅定高殃度的粉避雷標針（允線）傷下面闊，有獻一個奏安全舒區域軌，此紋區域駁內的勿物體糠基本頓上不宴受雷命擊。索我們真把這停個安襯全區卻域叫趣做避塑雷針銳的保鹽護范挪圍。自動飾化系避雷華針的而保護踩范圍略用“滾球科法”來確遮定。當避雷雷針叔高度堤為h時，粉如h≤hr，地淋面上否的保刷護半比徑r0為單支秩避雷劉針的稍保護淺范圍高度快為hx的平受面xx’上的拉保護撕半徑rx為自動愁化系避雷內針接魚地必伏須良便好，趟接地件電阻液不宜活超過10；35證kV及以稱下變桂配電州所的絕避雷藏針應番單獨距裝設始支架脖，避凳雷針覺與被振保護前設備考之間殺的空伏氣距私離不鎖小于5m；獨立刻避雷粉針應軌有自齊己專沈用的在接地唇裝置趕，接塌地裝圓置與篩變配請電所盤接地嫁網間彈的地窯中距宣離不零應小忍于3m；避雷級針及因接地臣裝置餐與道曬路入保口等騙的距壞離不脖小于3m。Ω自動側化系“折線法”現行之電力銷行業栽標準DL荷/T婦62替0－街19陜97規定寸，用吹于變段配電齒所和耐電力捷線路磚的防垂雷保現護時垂，避重雷針株、線廊的保餓護范艇圍按“折線刑法”來確牽定。2.冰避雷應線避雷論線的畫接閃暈原理否與避捷雷針覺類似升。自動嚴化系閥電阻特性3.蜘避雷慮器避雷躁器的扔作用雕是防油止雷拿電過等電壓補沿輸化電線仁路侵蜘入變吵電所導或其名它建鞠筑物側，危李害電集氣設竟備的鍵絕緣依。閥式避雷器管型避雷器和保護間隙金屬氧化物避雷器在工們頻電娘壓下士，金古屬氧煌化物氧避雷得器呈漿現極獲高電產阻，航能迅揭速有益效地白阻斷但工頻缸續流伸，無避需火舟花間愛隙來扯熄滅麥由工帖頻續絡流引憲起的欺電弧灘；而脅當雷隱電過柏電壓砍的作引用下逝，其生電阻幕變為討很小貫，能釀較好紐奉地泄盲放雷漿電流類。自動講化系避雷依器是備用來壯防止映線路過的感碼應雷記及沿凡線路隙侵入宵的過圾電壓勞波對參變電賀所內君的電遠氣設捆備造尾成的輪損害少。它懷一般歪接于御各段告母線岸與架予空線撕的進咱出口東處，蘿裝在牛被保項護設姜備的車電源較側，駝與被勢保護溝設備按并聯避雷嚷器的槍連接自動曉化系避雷器管形避雷器閥形避雷器金屬氧化物避雷器自動猴化系①刊管型棄避雷工器管型法避雷膜器主案要用刺于變午配電蛾所的藍進線鏈保護深和線疊路絕贏緣弱派點的獎保護鞋，保先護性頭能較頓好的廳管型矛避雷范器可云用于衣保護架配電螺變壓秒器。管型皇避雷樣器結哪構示耕意圖1—產氣雖管；2—膠木瀉管；3—棒形乒電極貨；4—環形珍電極輕；5—動作春指示宣器；s1—內間輸隙；s2—外間蓋隙自動床化系②閥型樹避雷賓器由火具花間江隙和培閥片妙組成陽，裝油在密勝封的墳磁套本管內潤。閥勞型避朵雷器硬的火項花間筍隙組遣是由將多個白單間劇隙串己聯組用成的季。正停常運語行時胳，間窄隙介仍質處由于絕攜緣狀侄態，進僅有焰極小晉的泄騙漏電討流通趴過閥拴片。才當系北統出植現雷賊電過花電壓狐時，慕火花間間隙槳很快將被擊值穿，圾使雷虛電沖辟擊電地流很掀容易桶通過啄閥性繳電阻耐而引劣入大陪地，洽釋放購過電降壓負凱荷，梯閥片革在大府的沖翅擊電歉流下莖電阻此由高幫變低怨，所己以沖像擊電泳流在碰其上凝產生鋪的壓你降（爆殘壓吃）較孤低，墨此時舌，作殘用在只被保帆護設鋸備上吐的電執壓只夕是避局雷器抬的殘室壓，話從而充使電禁氣設萍備得皆到了簡保護父。自動娘化系③金屬捉氧化叉物避梢雷器金屬敘氧化增物避蟲雷器黑又稱遲壓敏譜避雷墓器。嬸它是虧一種悔沒有鑼火花漲間隙言只有燦壓敏莖電阻傾片的勸閥型其避雷之器。禿壓敏查電阻佳片是怠氧化朝鋅等減金屬扁氧化兼物燒抽結而村成的孕多晶不半導似體陶恭瓷元車件，講具有晴理想流的伏鋒安特掏性。偵在工艱頻電皂壓下聞，它碑具有訓極大欲的電抄阻，喂能迅銀速有悠效地揚阻斷梳工頻教電流商，因洞此不夸需要飾火花凱間隙石來熄禍滅由識工頻室續流炸引起簡的電逢弧；敏在雷歸電過足電壓甩作用恢下，箭其電帳阻變部得很資小，猾能很尋好地隙泄放黃雷電陷流。自動盆化系三、肝供電經系統節的防雷趣措施戶外枯變配階電所僻中，拾一般環采用拼避雷咸針作稻為直福擊雷非的防寧護裝胸置，鬧并要錢求所已有被怨保護而的電竊氣設贏備和塵建筑曉物均偏應處狂于避嬸雷針榨的保謙護范刑圍之索內。變配慘電所揀中一裝般需翁要通早過裝逢設閥和式避酷雷器帶或氧獻化鋅生避雷漢器對鋼變壓榜器進沫行雷葬電侵槍入波膀的防博護。避雷汽器應老盡可著能靠翼近變察壓器旨安裝逆。避古雷器圖接地尖線應些與變貪壓器階低壓瞎側接壓地中綿性線來及金相屬外亭殼連改在一弄起接裝地。避雷年器的鍋選擇美，必習須使陶其伏機秒特重性與旱變壓鋸器伏趨秒特著性合班理配義合，診并且刃避雷鐮器的動殘壓廳必須翻小于汁變壓年器絕烘緣耐憐壓所汁能允復許的眉程度擾。自動碧化系（1）架位空線葛的防柜雷措伸施用戶高供電跟系統蘋是電峽力系孟統的蓬負荷激末端騾，具地有以幕下特軌點：1)一般水架空捆線路餡都在35出kV以下翠，是漁中性玩點不代接地繼系統關，當帥雷擊毯桿頂鍵對一泳相導斬線放飼電時娛，工膛頻接虎地電坊流很除小，箭不會年引起坡線路患的跳摟閘。2)配電繩網路鄰一般優不長達，同坑時架繞空線牌路多甲受建桐筑物峰和樹節木的唉屏蔽棵，遭牲受雷腥擊的珠機會擇比較曠少。3)對于殼有重融要負膛荷的祖供電秒系統摟，采殺用雙產電源閣供電海或自拉動重愧合閘座裝置段，可暗以減建輕雷虛害事兼故的少影響況。用戶椅供電良系統35擊kV架空虹線路畢的防柳雷一脂般可扛采用章以下妻措施才：1)增加掌架空離線絕格緣子虎個數摔，采公用較趟高等危級的萬絕緣朵子，染或頂撒相用憶針式鄙而下羅面兩世相改猜用懸箏式絕定緣子真，提或高反藏擊電撓壓水肌平。2)部分捕架空傅線裝何設避改雷線砌。3)改進更桿塔哪結構窗，譬沸如當籠應力膝允許偉時，婆可以谷采用脆瓷橫鼓擔等光。4)減小襖接地段電阻括以及甩采用俱拉線滑減少下桿塔全電感順。5)采用篩電纜渠供電看。對于6~妨10蓬kV架空澇線，既一般丹比35蒸kV線路醋高度睜低，待不需魯裝設通避雷援線，臭防雷潛方式霉可利互用鋼技筋混化凝土滋桿的抗自然球接地貪，必姑要時檔也可頃采用蔽雙電盞源供淋電和黃自動盼重合質閘。自動戰化系（2）變魄電所韻的防泰雷對直切擊雷切和線鏈路侵風入沖龍擊波洋的防虹護(1丑)獨立嫩避雷秤針受圈雷擊祥時的測高電從位對仍附近扶設施敵的反律擊和蜓電磁竄感應圖8-遮27獨立穩避雷蠟針與殺附近秀設施繡的最臺小距凝離自動禽化系(2洞)對線毛路侵達入雷彎電沖琴擊波與的防惕護圖8-29避雷器保護變壓器的距離與雷電沖擊電壓波的關系a)示意封圖b)電壓移變化漆圖自動俘化系要降低值以減小對變壓器的影響，就應減小避雷器和被保護變壓器之間的距離，