10/0.4kV變電所接地設(shè)計的探討

徐 勇

（山東齊魯石化工程有限公司，山東 淄博 255400）

10/0.4kV變電所的接地分為電源中性點接地與電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分接地。前者稱為系統(tǒng)接地或功能性接地，后者稱為保護接地。系統(tǒng)接地給配電系統(tǒng)提供了一個參考電位，降低了系統(tǒng)對地絕緣的要求；保證配電系統(tǒng)的正常運行和電氣安全。當(dāng)?shù)蛪号潆娋€路發(fā)生接地故障時。保護接地為故障電流返回電源提供了通路，降低了電氣裝置的外露導(dǎo)電部分在故障時的對地電壓或接觸電壓，同時故障電流還能使低壓配電線路上的保護電器動作，及時切斷電源。

目前實際工程中，10/0.4kV變電所變壓器中性點接地多參照《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》執(zhí)行，規(guī)范5.1.2 條規(guī)定：接地裝置引出的接地干線與變壓器的低壓側(cè)中性點直接連接；接地干線與箱式變電所的N母線和PE母線直接連接；變壓器箱體、干式變壓器的支架或外殼應(yīng)接地（PE）。25.1.2條規(guī)定：變壓器室、高低壓開關(guān)室內(nèi)的接地干線應(yīng)有不少于兩處與接地裝置引出干線連接。但若按此執(zhí)行，則變壓器低壓側(cè)中性點出線被多點接地，則其供電范圍內(nèi)的中性線電流可沿多個途徑返回電源，正常運行時接地導(dǎo)體中存在雜散電流，可能會引起火災(zāi)、電磁干擾和接地極腐蝕。本文將對此進行分析和討論。

1 接地分析方法

關(guān)于變電所的接地，通常采用電流路徑分析法來研究接地的合理性。以下從正常工作時電流路徑和發(fā)生接地故障時電流路徑兩個方面來分析，見圖1和圖2。

圖1 正常工作時電流示意圖

圖2 發(fā)生接地故障時電流示意圖

1.1 正常運行時

正常運行時相線電流從變壓器（電流端）流向負載，中性線電流（包括三相不平衡負荷電流和零序諧波電流）從負載流向變壓器中性點。中性線電流在流回變壓器中性點的過程中，不應(yīng)流經(jīng)接地導(dǎo)體，以免產(chǎn)生雜散電流和不良后果。

1.2 發(fā)生接地故障時

發(fā)生接地故障時（相線對 PE線或外漏可導(dǎo)電部分單相短路），故障電流從相線經(jīng)接地故障點，沿PE線返回變壓器中性點。此故障電流應(yīng)滿足過流保護電器動作要求。

2 實際工程中10/0.4kV變電所的接地設(shè)計做法分析

2.1 實際工程中的接地設(shè)計做法

變壓器中性點通過接地線直接引至室外接地裝置。變壓器室和高低壓配電室沿墻角設(shè)一圈保護接地干線，連通 PE接線端子、室外接地裝置，并與柱內(nèi)主筋可靠連接，以實現(xiàn)保護接地。在低壓配電屏內(nèi)N母排與PE母排連接構(gòu)成TN-S系統(tǒng)。

1）正常工作時（見圖 3），N線電流在由負載流回變壓器中性點的過程中，在進線低壓配電屏內(nèi)N母排與PE母排連接點處發(fā)生分流，大部分N線電流IN1通過N線返回變壓器中性點；少部分電流IN2繞經(jīng)PE母線、室內(nèi)保護接地干線、室外接地裝置返回至變壓器中性點。

2）變壓器低壓側(cè)繞組發(fā)生對外殼接地故障時（見圖4），接地故障電流在變壓器室保護接地干線處分流，一部分故障電流經(jīng)變壓器室及變配電室四周接地干線、室外接地裝置返回至變壓器中性點。另一部分接地故障電流經(jīng)保護接地線、低壓配電柜PE母排、N母排返回變壓器中性點。

圖3 正常工作時N線電流示意圖

圖4 變壓器接地故障時故障電流示意圖

2.2 存在的問題

正常運行時室內(nèi)保護接地線及室外接地裝置平時都存在不期望的雜散電流，它可引起電氣火災(zāi)、對地下金屬部分的腐蝕、引起對信息系統(tǒng)的干擾等危害。變壓器低壓側(cè)繞組發(fā)生對外殼接地故障時，接地短路電流是通過變配電所墻角敷設(shè)的一圈-40mm×5m鍍鋅扁鋼環(huán)形PE干線返回變壓器的。由于接地故障發(fā)生在變電所內(nèi)，故障回路阻抗小，短路電流大，需慎重校驗環(huán)形PE干線的電流熱穩(wěn)定。仔細分析，出現(xiàn)上述問題是因為變壓器中性點處被多點接地，必然導(dǎo)致中性線電流及單相短路電流沿多條路徑返回變壓器。

3 較為合理的做法

按照國際電工標(biāo)準(zhǔn)《低壓電氣裝置 第1部分：基本原則、一般特性評估、定義》IEC60364-1:2005和《低壓電氣裝置 第4部分：安全防護 第44章：電壓擾動和電磁干擾的防護》IEC60364-4-44:2007規(guī)定，不允許在變壓器處直接接地，只允許在變電所低壓配電柜內(nèi)進行一點接地，如圖5、圖6所示。從圖中可以看出，正常運行時N線電流通過N線返回變壓器中性點，不會產(chǎn)生雜散電流。接地故障時，接地故障電流沿PE線返回變壓器中性點。

圖5 正常工作時N線電流示意圖

圖6 變壓器接地故障時故障電流示意圖

依據(jù)國際電工規(guī)定10/0.4kV變電所兩臺變壓器的TN系統(tǒng)接地。各臺變壓器引出的N線只能集中在圖7所示的低壓配電柜上方的N母排和下方的接地PE母排做跨接實現(xiàn)一點接地，不允許在變壓器處就地直接接地。只有如此，才可避免雜散電流，且系統(tǒng)內(nèi)接地故障電流返回變壓器的通路最為便捷。

圖7 變壓器接地音故障電流示意圖

4 注意事項

4.1 變電所內(nèi)PE線的設(shè)置

變電所內(nèi)的變壓器、配電柜以及其他電氣設(shè)備的金屬外殼都需要通過 PE線和變電所總接地端子（MEB）進行連接，以防人身電擊。我國通常沿變電所墻角敷設(shè)一圈-40×5mm2鍍鋅扁鋼做環(huán)形PE干線來實現(xiàn)保護接地，它同時也可作為等電位聯(lián)結(jié)干線。從圖7中可以看出，當(dāng)發(fā)生變壓器低壓側(cè)繞組對外殼接地故障時，主要接地故障電流沿變壓器及配電柜內(nèi) PE母排返回變壓器中性點，周圈設(shè)置的環(huán)形 PE線不承載主接地故障電流，考慮到短路熱穩(wěn)定性、機械強度、防雷及抗腐蝕性的要求，可選擇-40×5mm2鍍鋅扁鋼或 25mm2的銅導(dǎo)體。變壓器外殼的保護接地由于承載主接地故障電流，其保護接地導(dǎo)體截面不應(yīng)小于低壓配電柜內(nèi)PE母排截面。

4.2 變電所的接地電阻

變電所系統(tǒng)接地的接地電阻一般按不大于 4?設(shè)計，其依據(jù)是供電部門制定的國標(biāo)《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GBJ65-83）。限制接地電阻是為了保證人身和系統(tǒng)絕緣的安全，只要經(jīng)濟合理，接地電阻越小，低壓系統(tǒng)越安全。在設(shè)計中，一般在變電所外地下做多組接地極作為變電所的接地，從而引進一個可靠的地電位。但有時因地質(zhì)原因，接地電阻不能滿足小于 4?的要求，而且接地極易受泥土腐蝕，需定期檢測，多年后需重新更換。因此變電所的接地裝置除在室外敷設(shè)以水平接地極為主的人工接地網(wǎng)外，應(yīng)盡量利用建筑物的自然接地極，并在建筑物內(nèi)做總等電位聯(lián)結(jié)。對于3～10kV變電所、配電所，當(dāng)采用建筑物的基礎(chǔ)作接地極且接地電阻又滿足規(guī)定時，可不另設(shè)人工接地。

5 結(jié)論

變電所的接地在電氣設(shè)計中是十分重要和復(fù)雜的問題，但目前的做法多參照國家及地方接地標(biāo)準(zhǔn)圖集，而圖集中接地做法也各有不同，且與國際電工標(biāo)準(zhǔn)有所出入，由此導(dǎo)致接地系統(tǒng)存在安全隱患，這應(yīng)引起我們電氣設(shè)計人員的高度重視。同時希望制定規(guī)范的專家，對變電所的接地做法進行明確規(guī)定。

[1]王厚余.變電所的系統(tǒng)接地和雜散電流[J].建筑電氣,2007(9): 4-7.

[2]王厚余.10/0.4kV變電所的接地需要更新觀念[J].建筑電氣, 2009(11): 3-6.

[3]GB50303-2002.建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范.

[4]IEC60364低壓電氣裝置.