10/0.4kV变电所接地设计的探讨

2011-08-18徐勇

电气技术 2011年12期

徐勇

（山东齐鲁石化工程有限公司，山东淄博 255400）

10/0.4kV变电所的接地分为电源中性点接地与电气设备外露导电部分接地。前者称为系统接地或功能性接地，后者称为保护接地。系统接地给配电系统提供了一个参考电位，降低了系统对地绝缘的要求；保证配电系统的正常运行和电气安全。当低压配电线路发生接地故障时。保护接地为故障电流返回电源提供了通路，降低了电气装置的外露导电部分在故障时的对地电压或接触电压，同时故障电流还能使低压配电线路上的保护电器动作，及时切断电源。

目前实际工程中，10/0.4kV变电所变压器中性点接地多参照《建筑电气工程施工质量验收规范》执行，规范5.1.2 条规定：接地装置引出的接地干线与变压器的低压侧中性点直接连接；接地干线与箱式变电所的N母线和PE母线直接连接；变压器箱体、干式变压器的支架或外壳应接地（PE）。25.1.2条规定：变压器室、高低压开关室内的接地干线应有不少于两处与接地装置引出干线连接。但若按此执行，则变压器低压侧中性点出线被多点接地，则其供电范围内的中性线电流可沿多个途径返回电源，正常运行时接地导体中存在杂散电流，可能会引起火灾、电磁干扰和接地极腐蚀。本文将对此进行分析和讨论。

1 接地分析方法

关于变电所的接地，通常采用电流路径分析法来研究接地的合理性。以下从正常工作时电流路径和发生接地故障时电流路径两个方面来分析，见图1和图2。

图1 正常工作时电流示意图

图2 发生接地故障时电流示意图

1.1 正常运行时

正常运行时相线电流从变压器（电流端）流向负载，中性线电流（包括三相不平衡负荷电流和零序谐波电流）从负载流向变压器中性点。中性线电流在流回变压器中性点的过程中，不应流经接地导体，以免产生杂散电流和不良后果。

1.2 发生接地故障时

发生接地故障时（相线对 PE线或外漏可导电部分单相短路），故障电流从相线经接地故障点，沿PE线返回变压器中性点。此故障电流应满足过流保护电器动作要求。

2 实际工程中10/0.4kV变电所的接地设计做法分析

2.1 实际工程中的接地设计做法

变压器中性点通过接地线直接引至室外接地装置。变压器室和高低压配电室沿墙角设一圈保护接地干线，连通 PE接线端子、室外接地装置，并与柱内主筋可靠连接，以实现保护接地。在低压配电屏内N母排与PE母排连接构成TN-S系统。

1）正常工作时（见图 3），N线电流在由负载流回变压器中性点的过程中，在进线低压配电屏内N母排与PE母排连接点处发生分流，大部分N线电流IN1通过N线返回变压器中性点；少部分电流IN2绕经PE母线、室内保护接地干线、室外接地装置返回至变压器中性点。

2）变压器低压侧绕组发生对外壳接地故障时（见图4），接地故障电流在变压器室保护接地干线处分流，一部分故障电流经变压器室及变配电室四周接地干线、室外接地装置返回至变压器中性点。另一部分接地故障电流经保护接地线、低压配电柜PE母排、N母排返回变压器中性点。

图3 正常工作时N线电流示意图

图4 变压器接地故障时故障电流示意图

2.2 存在的问题

正常运行时室内保护接地线及室外接地装置平时都存在不期望的杂散电流，它可引起电气火灾、对地下金属部分的腐蚀、引起对信息系统的干扰等危害。变压器低压侧绕组发生对外壳接地故障时，接地短路电流是通过变配电所墙角敷设的一圈-40mm×5m镀锌扁钢环形PE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，需慎重校验环形PE干线的电流热稳定。仔细分析，出现上述问题是因为变压器中性点处被多点接地，必然导致中性线电流及单相短路电流沿多条路径返回变压器。

3 较为合理的做法

按照国际电工标准《低压电气装置第1部分：基本原则、一般特性评估、定义》IEC60364-1:2005和《低压电气装置第4部分：安全防护第44章：电压扰动和电磁干扰的防护》IEC60364-4-44:2007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柜内进行一点接地，如图5、图6所示。从图中可以看出，正常运行时N线电流通过N线返回变压器中性点，不会产生杂散电流。接地故障时，接地故障电流沿PE线返回变压器中性点。

图5 正常工作时N线电流示意图

图6 变压器接地故障时故障电流示意图

依据国际电工规定10/0.4kV变电所两台变压器的TN系统接地。各台变压器引出的N线只能集中在图7所示的低压配电柜上方的N母排和下方的接地PE母排做跨接实现一点接地，不允许在变压器处就地直接接地。只有如此，才可避免杂散电流，且系统内接地故障电流返回变压器的通路最为便捷。

图7 变压器接地音故障电流示意图

4 注意事项

4.1 变电所内PE线的设置

变电所内的变压器、配电柜以及其他电气设备的金属外壳都需要通过 PE线和变电所总接地端子（MEB）进行连接，以防人身电击。我国通常沿变电所墙角敷设一圈-40×5mm2镀锌扁钢做环形PE干线来实现保护接地，它同时也可作为等电位联结干线。从图7中可以看出，当发生变压器低压侧绕组对外壳接地故障时，主要接地故障电流沿变压器及配电柜内 PE母排返回变压器中性点，周圈设置的环形 PE线不承载主接地故障电流，考虑到短路热稳定性、机械强度、防雷及抗腐蚀性的要求，可选择-40×5mm2镀锌扁钢或 25mm2的铜导体。变压器外壳的保护接地由于承载主接地故障电流，其保护接地导体截面不应小于低压配电柜内PE母排截面。

4.2 变电所的接地电阻

变电所系统接地的接地电阻一般按不大于 4Ω设计，其依据是供电部门制定的国标《工业与民用电力装置的接地设计规范》（GBJ65-83）。限制接地电阻是为了保证人身和系统绝缘的安全，只要经济合理，接地电阻越小，低压系统越安全。在设计中，一般在变电所外地下做多组接地极作为变电所的接地，从而引进一个可靠的地电位。但有时因地质原因，接地电阻不能满足小于 4Ω的要求，而且接地极易受泥土腐蚀，需定期检测，多年后需重新更换。因此变电所的接地装置除在室外敷设以水平接地极为主的人工接地网外，应尽量利用建筑物的自然接地极，并在建筑物内做总等电位联结。对于3～10kV变电所、配电所，当采用建筑物的基础作接地极且接地电阻又满足规定时，可不另设人工接地。