变电站电网的接地/接地系统设计

变电站电网接地/接地系统设计

变电站接地网简介

在中高压 ^[1] 空气绝缘变电站 （AIS ) 电磁场 , 原因是裸电缆和导体的静电荷以及大气条件 （激增 ), 感应电压 在无生命部分 产生潜在差异的安装 金属部件和地面之间以及地面不同点之间 .

当安装的带电部分和不带电部分之间存在故障时，可能会发生类似情况 ，例如在相对地短路 .

这些潜在差异 赋予阶跃潜力 和接触潜力 ，或两者的组合 , 这会导致电流在人体中循环 ，这可能造成危险 对人。

触摸电压（E t) 可以定义为当故障电流流过时，可以用手触摸的接地金属结构与大地任意点之间存在的最大电位差。

通常考虑金属结构与地面点之间的距离为 1 m。

步电压（Es ) 定义为故障电流流过时脚之间存在的最大电位差。

通常考虑脚之间的距离为 1 m。

跨步电压的特例 是传输电压（Etrrd ) :电压从变电站站点外部的远程点传入或传出变电站。

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其他概念是 ：

• 地电位上升（GPR ): 变电站接地网相对于远距离接地点可能达到的最大电势，假设远地接地点的电势。该电压 GPR 等于最大电网电流乘以电网电阻。
• 网格电压（Em ): 地网网格内的最大接触电压。
• 金属对金属的接触电压（Emm ): 变电站内金属物体或结构之间的电势差，可以通过直接手对手或手对脚接触来桥接。

图1中的图表显示了上述现象 .

图 1 - 触摸、步进和转移电压

为了最小化 到可接受的值 通过人体的电流 , 以确保电气安全 在装置内或附近工作的人 ，并且还限制对第三方设备的任何最终电气干扰 , AIS 必须提供接地 （或接地 ) 系统 ，装置的所有金属非带电部件都必须连接到 ，例如金属结构、接地开关、避雷器、配电盘和电机外壳、变压器导轨和金属栅栏 .

因为接地对电力系统过电压和故障电流的水平有影响 ，以及保护系统的定义，接地系统的设计必须确保保护装置如继电保护和避雷器正常运行 .

接地系统的设计和构造必须确保系统在预期的安装寿命内运行，因此必须考虑未来的添加和最终配置的最大故障电流。

接地系统 由埋地裸铜电缆网制成 , 带有额外的接地棒 ，并应计算，推荐使用IEEE Std。 80-2000 .

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设计变电站电网接地系统的重要公式

横截面 地埋电缆 应按对地短路电流的值计算 , 但常用三相短路电流 为此目的。

对于此计算，必须使用以下公式 ： 地点：

• I”K1 是对地短路电流 [A ]
• ts 是故障的持续时间 [s ]
• Δθ 是最大允许温升 [°C ] – 对于裸铜 Δθ =150 °C

根据提到的IEEE标准 人体可承受的最大踏步和触碰电位和最大可承受电流 (Ihb ) 和阻力 地球网格 (Rg ) 计算公式为：

最大容许步势

最大可容忍触摸电位

人体可承受的最大电流

地球网格的阻力

在哪里：

• Cs 是表层降额系数，计算公式为：
• ts 是故障的持续时间 [s ]
• ρ s 是表面材料电阻率 [Ω. 米 ] - 湿碎石/砾石的典型值： 2,500 Ω .m
• ρ 是地表材料下方的大地电阻率 [Ω .m ]
• hs 是表面材料的厚度 [m ]
• 一个 是地面网格占用的面积[m ² ]
• lT 是导体的总埋设长度，包括接地棒 [m ]

如果不使用保护面层，则Cs =1 和 ρ s = ρ

这些计算通常使用特定软件完成 .

变电站接地网

图 2 显示了地球网格的示例。

图 2 - 地球网格

最适合地网连接的方法是 ：

a.) 放热焊接

图 3 – 放热焊接

放热焊接 是导体的永久连接过程 使用熔融金属和模具 ，它基于化学反应 金属氧化物 （指挥 ) 和点燃的铝粉 , 充当燃料 , 热能释放 .这个化学反应 是一种烟火组合 称为铝热剂 .

必须保证每个模具完成的放热焊接次数不超过制造商的指示。

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b .) C 连接器 ：

使用液压压接工具和矩阵 尺寸适合连接器的尺寸 .

图 4 - C 连接器和压接工具

靠近控制框 断路器、开关和隔离器 必须安装一个金属等电位垫 ，连接到地球系统 ，类似于图 5 中所示的那个。

图 5 – 金属等电位垫

很高兴知道：

[1] 被Un 电网额定电压：HV – Un ≥ 60 kV; MV – 1 kV .