低壓配電網(wǎng)中性點接地與否的利弊探討

【摘要】 目前對低壓配電網(wǎng)供用電系統(tǒng)的接地(分故障接地和人為接地兩類)要求越來越多、實際情況較亂。通過調(diào)研，弄清了產(chǎn)生接地故障的客觀原因和人為主觀因素(主要是中性點接地)，找到了漏電保護(hù)器大量失效的根本原因，揭示了一個由很多人為接地和故障接地連接而成的巨大的“共地電系統(tǒng)”，分析了兩種接地的電氣特征，探討了由于兩種接地的大量存在可能產(chǎn)生的后果，指出了電網(wǎng)接地的危害，提出了解除配電網(wǎng)的人為接地，使電網(wǎng)“懸空”運(yùn)行、以保持經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定、潔凈供用電的設(shè)想。

【關(guān)鍵詞】 低壓配電網(wǎng) 故障接地人為接地 中性點共地電系統(tǒng)漏電保護(hù)

0引言

低壓配電網(wǎng)融貫于各行各業(yè)、社會各界，擔(dān)負(fù)著電力能源供銷交接、消耗轉(zhuǎn)化的重任。比較高壓電網(wǎng)，其線路長、分布廣、布局亂、變動大、涉入多、管理難、損耗大、事故多、可改進(jìn)、提高的空間要大得多。其中低壓配電網(wǎng)接地引起的問題最多，最嚴(yán)重，爭議也最大，很有必要進(jìn)一步探討、研究和澄清。

1 低壓配電網(wǎng)的故障接地

1.1 客觀原因

故障接地的必然性和多發(fā)性，是指自然形成的，非故意的配電網(wǎng)接地故障。主要原因有：

(1)低壓配電網(wǎng)線路長、分布廣，供用電設(shè)備的帶電體都是通過絕緣物件固定在大地上，且相對規(guī)范性差，變動性、移動性、隨意性大，大地和帶電體二者相近相隨，接地故障的機(jī)會很多。

(2)許多低壓配電網(wǎng)的產(chǎn)權(quán)、管理任歸用戶，涉電非專業(yè)人員太多，因而管理薄弱，私拉亂撤，違規(guī)用電現(xiàn)象較多，會加劇接地故障的發(fā)生。

(3)低壓配電網(wǎng)運(yùn)行年久，由于老化、磨損、污染等原因造成的絕緣失效，也不可避免的形成接地故障。通過對獨立配電變壓器的城鄉(xiāng)用戶(村)配電網(wǎng)的調(diào)查(斷開中性點接地線，測量配電網(wǎng)與地之間的絕緣)，證實75％以上的配電網(wǎng)有接地故障，多數(shù)有多處接地，有的因?qū)Φ芈╇姛龤垼踔翢龜鄬?dǎo)線。

(4)現(xiàn)有法規(guī)、規(guī)范對新產(chǎn)生的門窗接地、路燈照明接地、屏蔽接地等沒有或不明確。

(5)對低壓配電網(wǎng)供電設(shè)制的選用隨意性較大，特別是PE線概念不清。

1.2 故障接地的電氣特征

由于故障接地是非故意接地，因此是不可靠接地。有較大的接地電阻，不穩(wěn)定，接地電流一般不會太大，小于或接近負(fù)載電流。接地介質(zhì)大多是土壤、金屬、木頭、水泥、磚石等，這些物質(zhì)直接與潮濕的泥土相連接，接地電阻受潮濕程度影響，同時也受接地電流所產(chǎn)生溫度的影響而調(diào)節(jié)變化，其電流往往能穩(wěn)定在某一水平上，具有容易發(fā)生不是太大、很難發(fā)現(xiàn)、不知所措、長期存在的特點。其循環(huán)規(guī)律是：

接地電流增大－接地處加溫變干－接地電阻變大，接地電阻變?。拥靥幗禍厍譂瘢拥仉娏髯冃?。

又由于過流保護(hù)裝置的整定值，比接地故障電流值大得多，所以對絕大多數(shù)接地故障往往不起作用。因此說故障接地具有隱蔽性。

2 低壓配電網(wǎng)的人為接地

2.1 主觀目的

人為接地，是指為了達(dá)到預(yù)期目的，故意將配電網(wǎng)接地，主要指配電變壓器低壓側(cè)中性點接地。有關(guān)資料和人們的傳統(tǒng)認(rèn)識表明，中性點接地的目的通常是：

(1)為了將配電網(wǎng)相線對地電壓衡定為相電壓，稱穩(wěn)定配電網(wǎng)。

(2)為了增大故障電流，用過流保護(hù)裝置檢查配電網(wǎng)接地故障。

(3)為了使用漏電保護(hù)器。

(4)為了防止低壓配電網(wǎng)中性點偏移。

(5)為了一相一地用電。

2.2 電氣特征

人為接地，必然是可靠接地，接地電阻小，載流大，具有極大的破壞性：

(1)為發(fā)生觸電漏電事故創(chuàng)造了條件：

由于中性點接地，地就成為電源的一極，地與人、畜密切相關(guān)，一旦觸電，會立即造成嚴(yán)重后果。配電網(wǎng)出現(xiàn)接地故障，接地電流大，容易引發(fā)漏電火災(zāi)事故?？梢?，配電網(wǎng)中性點接地本身就是嚴(yán)重的事故隱患。

(2)人為接地掩蓋故障接地：

配電網(wǎng)中性點接地，相當(dāng)于全電網(wǎng)(通過變壓器線圈和配電網(wǎng)負(fù)載)都接地，即由于中性點接地，使本來已經(jīng)具有隱蔽性的接地故障，更難判別、查找和排除，因此說，人為接地掩蓋故障接地，形成接地故障積累，加速配電網(wǎng)劣化。

(3)招引雷災(zāi)：配電網(wǎng)中性點接地，就是零地合一，當(dāng)發(fā)生直擊(空地)雷時，配電網(wǎng)相、地(即零)之間電壓突升，把雷電壓引入配電網(wǎng)相、零線之間，損壞用電設(shè)備，尤其是電子設(shè)備。

(4)人為接地，使漏電保護(hù)器起不到應(yīng)有作用。

(5)由很多人為接地和故障接地組成了一個巨大的“共地電系統(tǒng)”，會帶來“多電源共地”的后果既存在大量同系統(tǒng)異線同時接地，后果是：

①造成巨大的電能浪費：

不管是人為接地還是故障接地，必然造成巨大的電能浪費。具了解配電網(wǎng)的電能損耗情況中公用低壓線路損耗約20％(其中接地?fù)p耗約5％)，從用戶繳費可以看出，對低壓配電網(wǎng)的接地?fù)p耗，雖然還無法準(zhǔn)確統(tǒng)計，但可以通過供電公司的低壓供電考核計量與低壓用戶的繳費計量的比較來統(tǒng)計。通過中性點接地與否，以及使用監(jiān)控器與否的比較，證實在配電網(wǎng)中性點不接地并使用監(jiān)控器情況下，可減少電能損耗約5％-8％，如把用戶段的接地?fù)p耗都考慮在內(nèi)，整個低壓配電網(wǎng)的接地?fù)p耗應(yīng)該不會小于5％。以此推算，全國每年的接地?fù)p耗可達(dá)幾百、甚至上千億千瓦時。拆除低壓配電網(wǎng)中性點的接地線，監(jiān)控和及時排除接地故障，就可以避免大量的電能浪費?？梢?，解決低壓電網(wǎng)的接地問題，是一個很值得關(guān)注的節(jié)電舉措。

②帶來安全問題：

多年來，在預(yù)防觸電漏電事故方面，盡管作了大量工作，但觸電傷亡、漏電火災(zāi)等事故在低壓配電網(wǎng)中仍居高不下已是不爭的事實。

③產(chǎn)生電污染：

由于人為接地和故障接地，把共地的各電源聯(lián)成閉合回路。各接地點間的連接阻抗的大小、性質(zhì)很復(fù)雜。系統(tǒng)內(nèi)各電源的頻率、振幅、初相、波形也千差萬別?？傊灰须娢徊?，就會有電流，首先會對大地造成電、磁、熱污染。同時，在一定條件下，還可能引起電源波形奇變，產(chǎn)生諧波干擾，造成配電網(wǎng)監(jiān)控裝置的誤測、誤判、誤報、誤動、甚至諧振事故。由此看來，很多難以解釋的電污染現(xiàn)像，與配電網(wǎng)接地密切相關(guān)。

④增加配電網(wǎng)管理難度：

由于大量的人為接地和故障接地并存于同一個“共地電”系統(tǒng)中，接地故障、配電變壓器低壓線圈、配電網(wǎng)負(fù)載等相并聯(lián)，構(gòu)成了閉合回路，使配電網(wǎng)故障現(xiàn)象復(fù)雜化，很難檢測、判別、查找和排除，大大增加了配電網(wǎng)技術(shù)管理難度。在實踐中，接地故障現(xiàn)象非常怪異，很難判別、查找的配電網(wǎng)故障，往往與接地有關(guān)?？磥?，這種“電源共地”現(xiàn)象不容忽視，而消除“電源共地”現(xiàn)象的主要辦法是加強(qiáng)監(jiān)控和排除配電網(wǎng)接地。

3 漏電保護(hù)器

漏電保護(hù)器有三個技術(shù)特征：一是使用保護(hù)器時，配電網(wǎng)中性點必須接地，以形成檢測通道。二是用電流互感器作為傳感器，檢測配電網(wǎng)接地信息。三是配電網(wǎng)N線接地，保護(hù)器不動作。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，就是因為這三個技術(shù)特征(主要是配電網(wǎng)中性點接地)，使漏電保護(hù)器產(chǎn)生了嚴(yán)重的頻動、拒動，最終導(dǎo)致大多數(shù)失效。

3.1 頻動

是指漏電保護(hù)器動作太頻繁。頻動包含該動、誤動兩個方面：

該動是指配電網(wǎng)出現(xiàn)了接地，漏電保護(hù)器應(yīng)該動作。該動有兩種情況：一是人畜觸電動作，占極少數(shù)<10％。二是配電網(wǎng)出現(xiàn)接地故障動作，占大多數(shù)>90％。由于配電網(wǎng)中性點人為接地和故障接地的必然性、多發(fā)性、隱蔽性，使漏電保護(hù)器動作的機(jī)會很多。

誤動是指本來配電網(wǎng)沒有接地，漏電保護(hù)器不該動而動作了。誤動也有兩種情況：一是電磁干擾可以使檢測互感器產(chǎn)生非漏電信號，造成電磁干擾誤動，約50％。二是由于配電網(wǎng)中性點接地、配電網(wǎng)對地分布電容和電源開關(guān)斷口不同步等原因，在電源投切時，通過分布電容的入地電流，使檢測電流相量(應(yīng)為零)瞬間偏移約50％，造成誤動。

可見，配電網(wǎng)中性點人為接地和故障接地的電氣特征，決定了漏電保護(hù)器必然頻動。由于配電網(wǎng)中性點接地，必然加劇電磁干擾和檢測電流相量瞬間偏移誤動。顯然，配電網(wǎng)中性點接地是引起漏電保護(hù)器頻動的根本原因。

3.2 拒動

是指配電網(wǎng)出現(xiàn)接地故障了，漏電保護(hù)器該動而不動。拒動有兩種：

首先是剩余電流分流拒動。

即當(dāng)漏電保護(hù)器以下的配電網(wǎng)中性線發(fā)生接地故障時，保護(hù)器不動作，接地故障很難被發(fā)現(xiàn)和排除，這時，如果相線再出現(xiàn)接地故障，接地電流會通過中性線的接地故障點回零，減少檢測互感器的剩余電流，造成分流拒動。

其次是失效拒動，有兩種情況：

一是人為失效，即由于漏電保護(hù)器的頻動，嚴(yán)重影響正常用電，用戶不耐煩，將漏電保護(hù)器解除運(yùn)行或者損壞，由此造成的漏電保護(hù)器失效達(dá)50％以上，這是漏電保護(hù)器存在的主要問題之一。

二是自然損壞失效，主要是由于配電網(wǎng)中性點接地，將雷電引入到配電網(wǎng)相、零線之間，擊壞漏電保護(hù)器電路板，致使漏電保護(hù)器損壞。拒動失效的分解如下：拒動剩余電流分流拒動約30％保護(hù)器失效，人為損壞退出拒動約70％。運(yùn)行約70％，自然損壞約30％。

拒動失效的原因：

配電網(wǎng)中性點接地，掩蓋中性線接地，導(dǎo)致漏電保護(hù)器剩余電流分流拒動，形成潛在危險；中性點接地，把雷電引入電網(wǎng)，造成漏電保護(hù)器損壞失效；中性點接地，引起頻動，導(dǎo)致人為解除運(yùn)行、損壞失效。這些都證明，中性點接地，是造成漏電保護(hù)器拒動、失效的根本原因。

幾十年來，為了安全用電，在工廠等重要場合，由于漏電保護(hù)器頻動，基本沒有使用。在農(nóng)村，由于嚴(yán)重影響正常用電、雷擊和仍然經(jīng)常發(fā)生觸、漏電事故等原因，大多數(shù)漏電保護(hù)器被解除運(yùn)行或損壞，名存實亡。

3.3 漏電保護(hù)器在應(yīng)用中的技術(shù)問題

現(xiàn)實說明漏電保護(hù)器在過于強(qiáng)調(diào)配中性點接地的低壓配電網(wǎng)中，在技術(shù)上是有問題的：

(1)使用漏電保護(hù)器的配電網(wǎng)中性點必須接地，而中性點接地，又必然造成漏電保護(hù)器頻動、拒動、失效，這樣就把漏電保護(hù)器陷入到一個自相矛盾，不能自拔的怪圈。

(2)由于配電網(wǎng)中性點接地，既使用上漏電保護(hù)器，也是先電人，后保護(hù)，可見，該技術(shù)在嚴(yán)密性、可靠性方面是有缺陷的，使用實踐證實，其適用范圍是有限的。

(3)由于配電網(wǎng)中性線接地(很難避免)，造成剩余電流分流拒動，使看來不“頻動”的漏電保護(hù)器早已“失效”，潛伏了更大的危險。越在需要保護(hù)(如潮濕)的場所，漏電保護(hù)器的頻動、拒動、失效會越嚴(yán)重，看來其實用價值也是有限的，應(yīng)予以重新評估。

4 配電網(wǎng)中性點接地的目的是否合理，能否實現(xiàn)

(1)將配電網(wǎng)中性點接地，相線對地電壓就一定是相電壓，可以防止震蕩，配電網(wǎng)穩(wěn)定。追求配電網(wǎng)穩(wěn)定是對的。不過，所謂配電網(wǎng)穩(wěn)定，應(yīng)當(dāng)是配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，而不是配電網(wǎng)對地電壓穩(wěn)定。很明顯，中性點接了地的配電網(wǎng)，無論是相電壓、線電壓還是配電網(wǎng)對地電壓，都很容易因受低阻抗接地故障的影響或直擊(空地)雷的襲擊而波動。而中性點不接地的配電網(wǎng)，不存在上述情況。當(dāng)中性點不接地的配電網(wǎng)出現(xiàn)相線接地時，另外兩相對地電壓就升高為線電壓，對安全不利。但，如果能保持配電網(wǎng)不接地，配電網(wǎng)地電壓則低于相電壓，更有利于絕緣和安全。

再者，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的絕緣水平(低壓配電網(wǎng)的線間、對地都是>2000V)，完全能夠滿足線電壓的需要。無疑，中性點不接地的配電網(wǎng)要穩(wěn)定得多。

(2)認(rèn)為配電網(wǎng)中性點接地，可以增大相線接地故障電流，保證過流保護(hù)裝置可靠工作，及時切斷電源，保證安全。既使在中性點接地情況下，絕大多數(shù)接地故障電流仍然遠(yuǎn)小于過流保護(hù)裝置的整定值(幾十安培以上)。而大干30mA電流就可能把人電死，幾百毫安的電流就可以造成火災(zāi)，所以，過流保護(hù)裝置對絕大多數(shù)接地故障不起作用，反而由于配電網(wǎng)中性點接地，增大了故障電流，更不安全。

(3)如果配電網(wǎng)中性點接地，同時使用漏電保護(hù)器，能解決低壓配電網(wǎng)的接地保護(hù)和接地?fù)p耗問題，當(dāng)然好，但理論分析和多年大面積的使用實踐證實，中性點接地使大多數(shù)漏電保護(hù)器失效，那么，為此的配電網(wǎng)中性點接地的意義也就不復(fù)存在了

(4)凡問起低壓配電網(wǎng)中性點為什么要接地，不少業(yè)內(nèi)人士隨口就解釋說：為了防止配電網(wǎng)中性點偏移，為了穩(wěn)定電網(wǎng)。似乎已成為常識。

其實，這是誤解。要解決配電網(wǎng)中性點偏移問題，主要靠電網(wǎng)三相負(fù)載盡量相等，其次是配電網(wǎng)中性線電阻要盡量小。電網(wǎng)穩(wěn)不穩(wěn)定，中性點偏不偏移與配電網(wǎng)中性點接不接地沒有直接關(guān)系。

還有的認(rèn)為，中性點接了地，可以防止因斷中性線造成負(fù)載電壓轉(zhuǎn)移，損壞用電設(shè)備。這也是誤解，事實上，它與中性點接不接地沒有關(guān)系，只要斷中性線，中性點接不接地都可能發(fā)生損壞用電設(shè)備事故。為了避免這種事故的發(fā)生，有些低壓配電網(wǎng)將中性線多點接地或增加PE線，這實際上是把大地作為第二導(dǎo)線，使配電網(wǎng)減少失去中性線的機(jī)會，這種辦法確實有效。但，會因此使配電網(wǎng)無法進(jìn)行接地監(jiān)控和保護(hù)，況且標(biāo)準(zhǔn)中也沒有中性線重復(fù)接地這種型式。

在容量很小，線路細(xì)長的過去，用中性線重復(fù)接地的辦法來防止斷中性線帶來的事故，是可以理解的。但在大容量、大線徑、短距離線路，過壓、過流保護(hù)裝置齊全有效，發(fā)生斷中性線的機(jī)率很低的今天，如果因此失去接地監(jiān)控和保護(hù)，給配電網(wǎng)帶來不安全、電能損耗、難管理、電污染等問題，就太不劃算了。

(5)在上世紀(jì)五、六十年代，為了節(jié)約配電網(wǎng)建設(shè)投資，曾采用一火一地供電方式，由于損耗大、不安全，早就不用了。卻因此給人們留下一個習(xí)慣認(rèn)識，認(rèn)為配電網(wǎng)接地是必須的，這也是人們習(xí)慣于中性點接地的原因之一。至今還有人一火一地用電，例如在池塘里電魚，在公用線上偷電、放電等。低壓配電網(wǎng)中性點接地給這些不法行為提供了方便。可見，強(qiáng)調(diào)低壓配電網(wǎng)中性點一定要接地的理由是不充份的，上述中性點接地的目的也是不能實現(xiàn)的。

5 低壓配電網(wǎng)中性點接線方式

國家標(biāo)準(zhǔn)GBl3955中，規(guī)定低壓配電網(wǎng)可采用的接線形式有五種，其中有兩種(TN—S、IT)中性點不接地；1978年電力部頒發(fā)的《農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程》第124條，1980年電力部頒發(fā)的《電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)》第496條規(guī)定：配電變壓器低壓側(cè)中性點可直接接地或不接地；配電網(wǎng)中性點不接地方式，在礦井、船舶、醫(yī)院及部分普通用戶使用多年，沒有發(fā)現(xiàn)有礙配電網(wǎng)正常運(yùn)行的問題，與中性點接地系統(tǒng)相比，其優(yōu)點卻相當(dāng)明顯。

由于低壓配電網(wǎng)中性點不接地：

接地故障信息較容易被準(zhǔn)確檢出，較方便進(jìn)行接地監(jiān)控。適用于中性點不接地系統(tǒng)的網(wǎng)地絕緣監(jiān)控器，可迅速判斷、查找和排除配電網(wǎng)接地故障，保持配電網(wǎng)N、A、B、C都不接地?？梢娭行渣c不接地的配電網(wǎng)好管理。

當(dāng)配電網(wǎng)偶然出現(xiàn)接地故障時，只是形成配電網(wǎng)事故隱患，尚未形成事故，還可以運(yùn)行，可以在配電網(wǎng)運(yùn)行情況下判斷、查尋接地故障的位置，減少停電時間。

偶然發(fā)生觸、漏電，形不成大電流，可以大幅度降低人身觸電傷害程度和產(chǎn)生漏電火災(zāi)的可能性。可以大幅度減少配電網(wǎng)接地?fù)p耗，使配電網(wǎng)更節(jié)電。

各配電網(wǎng)間沒有低阻抗連接，相互獨立，互不干擾，凈化配電網(wǎng)，可大幅度減輕配電網(wǎng)間的相互污染和配電網(wǎng)對大地的污染。

當(dāng)配電網(wǎng)偶然出現(xiàn)接地故障或遭到直擊(空地)雷襲擊時，配電網(wǎng)電壓不會出現(xiàn)大的波動，供電更穩(wěn)定。由于中性點不接地，絕緣件承受電壓低，對防污閃，延長配電網(wǎng)壽命有好處。

6 結(jié)束語

低壓配電網(wǎng)管理的薄弱環(huán)節(jié)在低壓，低壓配電網(wǎng)問題的重點是接地，焦點是人為接地。配電網(wǎng)中性點接地確實問題很多，不接地確實好處很多，排除配電網(wǎng)接地，具有重大的安全意義、節(jié)電意義和環(huán)保意義。為此主張配電網(wǎng)不接地，主張對配電網(wǎng)進(jìn)行不間斷接地監(jiān)控，及時排除接地故障，使配電網(wǎng)“懸空”運(yùn)行，獨立。只要保持不接地，配電網(wǎng)就是經(jīng)濟(jì)的、安全的、穩(wěn)定的和潔凈的。

本文雖主張配電網(wǎng)中性點不接地，并不排除必要的接地，接不接地，應(yīng)由用戶根據(jù)需要自行選擇。