高低压接地.pdf

1 0 0 4k V 变电所的接地需更新观念王厚余(中国航空工业规划设计研究院，北京市1 0 0 0 1 1)T h eC o n c e p tt o1 0 0 4k VS u b s t a t i o nG r o u n d i n gt ob eR e n e w e dW a n gH o u y u(C h i n aA e r o n a u t i c a lP r o j e c ta n dD e s i g nI n s t i t u t e，B e i j i n g1 0 0 0 11，C h i n a)A b s t r a c tS o m eu n s u i t a b l ep r a c t i c e sa r es t i l la v a i l a b l en o wi n1 0 0 4k Vs u b s t a t i o nf o rb u i l d i n ge l e c t r i c i t y，s u c ha sn e u t r a lp o i n tl o c a lg r o u n d i n go ft r a n s f o r m e rL Vs i d e，s e t t i n go fP E N&P Ec o n d u c t o r，r e s i s t a n c eo fg r o u n d i n gd e v i c ea n dn e c e s s i t yo ft a k i n gm a n u a lg r o u n d i n g p o l e T h ea u t h o rc o n s i d e r st h a tt h es u b s t a t i o ns h a l lb eg r o u n d e da sp e rI E Cs t a n d a r d s，g i v i n gu pt h eo u t-o f-t i m ep r a c t i c e s，r e n e w i n gt h ec o n c e p ta n dm e e t i n gt h en e wr e q u i r e m e n t sf o rt e c h n o l o g yo fp o w e rc o n s u m p t i o n，S Ot h a tg r o u n d i n go fs u b s t a t i o nc a n e n s u r et h es a f e t ya n df u n c t i o no fe l e c t r i c a le q u i p m e n t s，a s w e l la sa v o i ds u c hw a s t ei nm a n p o w e ra n dm a t e r i a lr e s o u r c e s K e yw o r d sG r o u n d i n go fs u b s t a t i o nM a n u a lg r o u n d i n gN a t u r a lg r o u n d i n gE q u i p o t e n t i a lb o n d i n gI E Nc o n d u c t o rP Ec o n d u c t o r摘要现时我国建筑电气1 0 0 4 k V 变电所接地的一些做法恐存在不少问题。例如在变压器低压侧中性点的就地接地、P E N 线和P E 线的设置、接地装置的接地电阻值、打人工接地极的必要性等都存在一些问题。变电所的接地应按I E C 标准摒弃一些过时的做法，更新观念，满足用电技术的新要求，使变电所的接地既能保证电气装置的安全性和功能性又可避免不应有的人力物力浪费。关键词变电所接地人工接地自然接地等电位联结P E N 线P E 线1 0 0 4 k V 配电变电所(以下简称变电所)的接地我国多年来沿袭前苏联5 0 年代时的做法，习以为常。2 0 世纪8 0 年代笔者在国外发现西方一些做法与其不同当时不明就里。近年笔者接触I E C T C 6 4建筑物电气装置I E C 6 0 3 6 4 系列新版标准中有关变电所接地的一些规定多少有些领悟。对比之下，现时国内一些做法相当混乱。莫衷一是。愿借建筑电气一角，提出自己的一些肤浅理解，供同行批评和探讨。1变电所的共用接地和分开接地变电所既是1 0 k V 高压系统的负荷端需将所内电气设备的外露导电部分作保护接地以策人身安全；同时它也是2 2 0，3 8 0 V 低压系统的电源端需将一根带电导体(一般是中性线)作系统接地(前苏联规范称工作接地)，以取得大地参考电位保证低压系统的正常运行和电气安全。所以变电所内有两个不同用途的接地。过去我国1 0 k V 电网的系统接地广泛采用不接地方式其接地故障电流和它引起的故障电压小。在变电所内高压系统保护接地与低压系统的系统接地通常合并为一个接地以简化接地装置的设置。改革开放后我国经济飞速发展，用电量剧增，一些大城市将1 0 k V 电网改为经小电阻接地方式故障电流和故障电压大增这种情况下。高压系统保护接地与低压系统的系统接地最好分开设置如仍共用一个接地需采取适当措施防止变电所1 0 k V 侧的接地故障导致低压系统内的电气危险。详见参考文献 1 第1 2 章，不赘述。本文所陈仅限于共用接地。2 系统接地应在低压配电盘内一点接地当变电所以T N 系统或T r 系统供电并采用共用接地时变压器中性线套管出线应在何处接地我国过去无明确规定。建筑电气工程施工质量验收规范(G B5 0 3 0 3 2 0 0 2)规定在变压器处直接接地。但国际电工标准低压电气装置第l 部分：基本原则、一般特性评估、定义(I E C6 0 3 6 4 1：2 0 0 5)和低压电气装置第4 部分：安全防护第4 4 章：电压扰动和电磁干扰的防护(I E C6 0 3 6 4 4 4 4：2 0 0 7)不允许这样做。它规定不允许在变压器处直接接地，只允许在变电所低压配电盘内进行一点接地如图1所示。稍加分析便知I E C 标准的规定是正确的。31 1 1 1：!缱奎曼题照堡塑曼墨堑堡堡!兰曼生!_ _ _ 5 6 3万方数据建掰电丢9_ _ _ _ _ _-_ _ 一B U I L D I N G2 0 0 9 年第11 期fE L E C T R I C I T Y变压器厂所内电气设备P E堡垦里皇垄此电流互感器可作R C M陟P E N 线应绝缘1 并不允许在变I 压器处就地直l 接接地三极开关三极开关三极开关L lL 2L 3P E NP EL lL 2L 3NP EL lL 2 L 3P E NP ET N ST N C7宜供本建筑物用电有条件处可采用所内电气设备P E N 线在柜内一点接地L lL 2L 3T TN宜供户外电气装置用电P EL 1L 2 L 3P E NT N C S宜供其他建筑物用电P E总接地母排建筑物建筑物基础接地极变电所图1 在变电所低压配电盘内一点作系统接地F i g 1O n ep o i n ts y s t e mg r o u n d i n gi nl o w-v o l t a g ed i s t r i b u t i o np a n e lf o rs u b s t a t i o n需要说明变压器中性线套管的出线在建筑物电气装置中并非中性线而是P E N 线。因为整个低压配电系统内的正常对地泄漏电流和发生接地故障时的对地故障电流都需通过它返回变压器绕组它必然是兼有中性线和P E 线作用的P E N 线因此在此线段上不得装用四极开关。因为P E N 线不允许被开关断开的。还需说明与整个低压系统相比从变压器到配电盘这段P E N 线极短其阻抗可忽略不计而可忽视其存在。这样就可将变电所看成为一个电源点。这样各类接地系统的区分不是从变压器内绕组端点开始而是从低压配电盘出线开始。如此处理后，从变电所就可引出除中性点不接地的I T 系统外的T T 系统和各类T N 系统，而不局限于某一接地系统从而适应各种不同现场的需要，如图l 所示。低压配电系统内的对地正常泄漏电流和故障电流最后都需返回作为电源的变压器绕组。这些电流在变电所内应通过一个正规的本回路通路返回电源。通过其他不正规通路返回的电流被称作杂散电流它可引起对信息系统的干扰、电气火灾、对地下金属部分的腐蚀以及其他危害。进入信息时代后。这种杂散电流上，。、，。导致的电磁干扰更易引起重要信息系统的严重后果应该注意防止。对这个问题我们的认识是不够的。为避免出现杂散电流I E C 规定各台变压器引出的P E N 线只能集中在图1 所示的配电盘上方的P E N 母排和下方的接大地的P E母排作跨接而实现一点接地不允许在变压器处就地接地。只有这样设置才可避免杂散电流而且系统内接地故障电流返回各变压器的通路是最短捷的安装和维护管理也是最方便的因T N S 和T T 系统的接地电流都需通过配电盘内这唯一的接地跨接线返回电源国外常在此接地跨接线上装设一电流互感器来检测变电所供电范围内所有T N S 和T T 系统的接地故障进行报警。它被称作R C M(剩余电流监测，r e s i d u a lc u r r e n tm o n i t o r)它对全面防接地故障火灾十分简便有效。如果不按照I E C规定作变电所P E N 线一点接地这一R C M 报警也是无法实现的。我国规范和一些安装图册规定在变电所变压器处就地直接接地的规定。迄今未见其依据和理由令人担心其误导引起的不良影响。3 变电所内P E N 线和P E 线的设置由于P E N 线通过中性线电流它必然对地带有电位，因此P E N 线必须包以绝缘以免裸露的P E N线与地接触时产生杂散电流。万方数据变电所内的变压器、配电盘以及电气设备的金属外壳都需接P E 线以防人身电击。我国过去通常沿变电所墙脚敷设一4 0 m m 4 m m 扁钢作环形P E 干线来实现此保护接地，它同时也用作等电位联结干线。在国外变电所内也作此环形P E 干线但采用的多是铜带而非扁钢。出现这一差异与国外配电盘内一点接地有关。当变电所内发生相线碰外壳接地故障时接地短路电流是通过此环形P E 干线返回变压器的。由于接地故障发生在变电所内故障回路阻抗小。短路电流大需慎重校验其热效应其结果往往是需采用较大截面的铜带。我国现时有些设计仍沿袭过去陈规不校验热效应一概采用4 0 m m 4 m m 扁钢这一做法是欠妥的4 配电盘内后接P E 母排的问题笔者常被询及这样一个问题：I E C 标准规定在T N C S 系统供电的建筑物进线配电箱内P E N 进线需首先接配电箱内P E 母排然后接中性线母排如图2 所示。而在变电所配电盘内变压器引出的P E N母排则是先接P E N 母排，后接P E 母排，正好相反，原因何在?I E C 标准这两个要求的不同是不难理解的。图2 所示的建筑物进线配电箱内P E N 进线如果先接配电箱内中性线母排后接P E 线母排，这时如跨接线连接处导电不良配电箱所供全部用电设备都将因P E 线不导通而失去接地，从而导致种种电气危险。而在变电所内。为减少回路电抗，从变压器引出的大截面P E N 母排和三条相线母排是靠紧敷设且用同一梯架或槽盒接向配电盘上方的四条母排的而P E 母排则位于配电盘下方。就减少阻抗和安装方便而言电源进线配电箱I1【一2【一310P EL lT L 2L 3NL P E NP E上=用电设备图2 进线配电箱内P E N 线先接P E 线F i g 2F i r s tc o n n e c t i o no fP E Nc o n d u c t o rt oP Ec o n d u c t o ri n s i d et h ei n p u tl i n e sd i s t r i b u t i o nb o x自然是先接上方的P E N 母排后接下方的P E 母排为好。另外很重要一点是变电所大截面母排的连接是用多个螺栓压接的没有必要担心其连接的导电不良引发的电气危险。5 变电所的接地电阻值我国将变电所系统接地的接地电阻值规定为不大于4Q 以至1 0n。其依据是供电部门制定的现仍有效的国标工业与民用电力装置的接地设计规范(G B J6 5 8 3)，但I E C 和发达国家电气标准都没有这一接地电阻值的规定。原因是供配电系统的要求太复杂理论上需视具体要求来计算确定难以简单地规定一个统一的数值。查有关I E C 标准其中有多处提到发生各种接地故障时变电所接地电阻R。的不同计算公式。例如：a R 8 R E 5 0(一5 0)，t=；参阅低压电气装置第4 部分：安全防护第4 1 章：电击防护(I E C6 0 3 6 4 4 4 1：2 0 0 5)。b 屯R B 12 0 0V，t=5S；参阅I E C6 0 3 6 4 4 4 4：2 0 0 7。c 如R 8 2 5 0V，t=5s；参阅I E C6 0 3 6 4 4 4 4：2 0 0 7。d 彬+U o 2 5 0V，t=；参阅低压系统中的绝缘配合(I E C6 0 6 6 4：1 9 9 2)。e 对R 曰值无要求，t=；参阅I E C6 0 3 6 4 4 4 4：2 0 0 7。这种情况出现在变电所位于所供建筑物内。且该建筑物内作有总等电位联结时。上述公式中：R。不经P E 线，而是经大地返回变压器的故障点的接地电阻，Q；屯、蹦、坩不同故障情况下的接地故障电流值A：巩相电压，V；t 接地故障持续的时间。s。上式内容限于篇幅。本文不作陈述。以上所举尺B 值数例，其要求都是为了保证人身和系统绝缘的安全。情况十分复杂，涉及变电所高压侧和低压侧接地系统的类型变电所内两个接地是分开还是共用变电所和低压用户是否同处于一建筑物51 1 1 1：!奎曼题敛楚些!里堑婴垒!_ _5 6 5万方数据建箍电乞。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ IB U I L D I N G2 口0 9 年第11 期IE L E C T R I C l l l Y内，建筑物是否具备总等电位联结等诸因素。但有一点可以肯定，只要经济合理，尺R 值越小，低压系统越安全笔者曾询问供电部门变电所取尺只值不大于4Q的依据，答复是供电部门取此尺R 值数十年来未发生什么问题，证明是安全的。没有其他理论依据。对此笔者难以苟同。供电部门电气设备与一般用户电气设备工作条件是不同的。前者具备有种种安全措施(例如铺绝缘垫、戴绝缘手套)，并由专业人员操作，而后者并不具备这些条件。前者安全不能说明后者也安全，两者是不能画等号的。R 8 值偏大的后果是某些故障情况下用户处故障电压过高它可能导致种种电气事故。建筑电气的I E C 标准和发达国家标准系由权威性和对1：3 的深谙用电技术的民间学会编制而非由政府部门组织编制对变电所接地的要求十分严格和科学。笔者参加建筑电气I E C T C6 4 年会时曾调查过孤立的变电所接地电阻的阻值答复是标准中无法规定具体电阻值，但他们实际工作中通常取R R 2 n，此值一般能保证安全并留有一定裕量。此2Q 的足疗值在建筑物中利用总等电位联结的自然接地作用是很容易实现的对于户外孤立的箱式变电所如能利用其高低压电缆金属外皮的自然接地作用也是不难实现的。相比之下，我国规范中不大于4 Q 以至1 0 Q的采用人工接地极的变电所接地电阻的规定恐是有欠安全的。6 变电所的接地并非必须以打接地极来接大地我国不少同行顾名思义认为接地就是打接地极接大地且必须有个接大地的电阻为若干Q 的规定。这个观念早已过时。现时的“接地”也可是指一个电气系统与它所依附的导体相连接以导体电位作为该系统的参考电位，该导体即是该系统的“地”。例如飞机、汽车、轮船的金属机身、车身、船身即是其内各电气系统共用的“地”。这时何来接大地的接地电阻?同理一建筑物内的变电所的“地”并非一定是地球的大地而是它所依附的建筑物内总等电位联结形成的近似金属等电位的法拉第笼。建筑物内变电所与它6型竖!嫩型：垫坠堑5 6 6连接就实现了接地。例如位于2 0 层楼的干式变压器变电所的接地并非接楼外的大地而是接该楼层内等电位联结系统内金属结构、管道等装置外导电部分。由于这一接地不存在有大幅值的人工接地极接地电阻变电所的接地电阻仅为接地线的若干m Q 所以对本建筑物而言变电所接地的效果非常好完全没有必要来规定接大地的接地电阻不大于若干Q 的要求。这时变电所通过总等电位联结的地下部分与大地连通仍然实现了自然接大地。这也是需要的它用以泄放低压系统内可能出现的雷电流、静电荷等。以避免可能发生的电气事故，它对接地电阻值的要求不高总等电位联结的自然接地一般可满足要求。关于人工接地极的设置我国建筑电气设计中因循旧习一般在变电所外地下打人不大于若干Q 的人工接地极作变电所接地，因阻值过大，效果并不佳。需知这种接地极受泥土腐蚀不多年就需重新设置而且周而复始，长期浪费人力物力。对此发达国家更重视基础接地极的采用即将扁钢或圆钢预埋在基础水泥内作接地极，非但施工简便，接地电阻小，且受水泥的保护，接地极不被腐蚀而一劳永逸。详见参考文献第2 0 章，不赘述。7 结束语在建筑电气中变电所的接地是个十分重要和复杂的问题。由于我国建筑电气与国际标准接轨不够观念陈旧，非但浪费人力物力电气安全却未得到充分保证电气装置的作用。特别是信息技术装置的作用也常难以正常发挥抛砖引玉献丑此文希我建筑电气专业人员包括编写教材的老师和制定规范的专家，在理解国际电工标准的基础上，更新观念。积极采用用电科学新技术改进变电所和其他电气装置的接地使我国建筑电气的设计安装水平百尺竿头更上一层楼。l 王厚余低压电气装置的设计安装和检验第二版北京：中国电力出版社，2 0 0 7：9 5 7 8，1 7 4 1 7 6 2 0 0 9 0 8 3 l 来稿万方数据