配電網(wǎng)接地方式對(duì)用戶安全性影響比較

崔東君

(國(guó)網(wǎng)北京市電力公司順義供電公司，北京　101300)

配電網(wǎng)接地方式對(duì)用戶安全性影響比較

崔東君

(國(guó)網(wǎng)北京市電力公司順義供電公司，北京101300)

摘要：以目前常見(jiàn)的中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式與中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式為研究對(duì)象，結(jié)合北京地區(qū)電網(wǎng)的實(shí)際情況，通過(guò)分析兩類接地方式在不同短路情況下對(duì)用戶用電安全的影響，得出目前使用小電阻接地方式在安全性、適用性方面具有優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：接地方式；小電阻接地；安全性

0引言

隨著社會(huì)發(fā)展，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和特性也發(fā)生著變化。以北京市配電網(wǎng)發(fā)展為例，2000年以前，全市10 kV配電系統(tǒng)以中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地為主。2000年以后，隨著全市配電網(wǎng)中電纜使用量的增加，造成電容電流數(shù)值大幅增加，北京市部分變電站將中性點(diǎn)接地方式改為了經(jīng)小電阻接地，在發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作切斷故障電流。這種接地方式的改變也影響著配電系統(tǒng)的配置和用戶的用電安全。

下面將以北京市配電網(wǎng)為例比較不接地或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)與中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及這兩類接地方式對(duì)用戶用電安全的影響。

1配電網(wǎng)接地標(biāo)準(zhǔn)

IEC國(guó)際電工委員會(huì)將低壓配電系統(tǒng)接地方式分為：TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng)[1]。TN、TT、IT 3種形式均使用了兩個(gè)字母，以表示三相電力系統(tǒng)和電氣裝置的外露的可導(dǎo)電部分(設(shè)備外殼、底座等)的對(duì)地關(guān)系。第1個(gè)字母表示電力系統(tǒng)的對(duì)地關(guān)系，即T表示一點(diǎn)直接接地(通常為系統(tǒng)中性點(diǎn))；I表示不接地(所有帶電部分與地隔離)，或通過(guò)阻抗(電阻器、電抗器)及通過(guò)等值線路接地。第2個(gè)字母表示電氣裝置外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地關(guān)系，即T表示獨(dú)立于電力系統(tǒng)可接地點(diǎn)而獨(dú)立接地；N表示與電力系統(tǒng)可接地點(diǎn)直接進(jìn)行電氣連接。

1.1　TN系統(tǒng)

在TN系統(tǒng)中，為了表示中性線和保護(hù)線的組合關(guān)系，有時(shí)在TN代號(hào)后面還可附加以下字母：S表示中性線和保護(hù)線在結(jié)構(gòu)上是分開(kāi)的；C表示中性線和保護(hù)線在結(jié)構(gòu)上是合一的(PEN線)。

TN系統(tǒng)常見(jiàn)的接線形式如下：

1)TN-S系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)的中性線與保護(hù)線是分開(kāi)的，見(jiàn)圖1。

圖1　TN-S接地系統(tǒng)

2)TN-C-S系統(tǒng)：系統(tǒng)中有一部分中性線與保護(hù)線是合一的，見(jiàn)圖2。

3)TN-C系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)的中性點(diǎn)與保護(hù)線是合一的，見(jiàn)圖3。

圖2　TN-C-S接地系統(tǒng)

圖3　TN-C接地系統(tǒng)

1.2　TT系統(tǒng)

TT 系統(tǒng)有1個(gè)直接接地點(diǎn)，電氣裝置的外露導(dǎo)電部分接至電氣上與低壓系統(tǒng)的接地點(diǎn)無(wú)關(guān)的接地裝置。

圖4　TT接地系統(tǒng)

1.3　IT系統(tǒng)

IT 系統(tǒng)的帶電部分與大地間不直接連接(經(jīng)阻抗接地或不接地)，而電氣裝置的外露導(dǎo)電部分則是接地的。

圖5　IT接地系統(tǒng)

2兩類接地系統(tǒng)在故障時(shí)對(duì)用戶的影響分析

為分析低壓配電系統(tǒng)不同接地方式對(duì)用戶的影響，選擇高壓側(cè)為10 kV的配電變壓器為研究對(duì)象。10/0.1 kV 配電變壓器既是10 kV 配電系統(tǒng)的負(fù)荷側(cè)，又是220/380 V 系統(tǒng)的電源側(cè)，因此它既需做10 kV 側(cè)的設(shè)備外殼的接地(保護(hù)接地)，也需要做低壓側(cè)中性點(diǎn)的接地(工作接地)。

中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)與中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)兩類接地方式在發(fā)生單相接地時(shí)對(duì)用戶的影響在于單相接地時(shí)入地電流的大小不同以及故障切除時(shí)間的差別，下面將從高壓側(cè)外殼擊穿和高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)擊穿兩種故障情況進(jìn)行分析。

2.1　配電變壓器高壓側(cè)對(duì)外殼擊穿

2.1.1對(duì)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)影響

不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的接觸電位差不應(yīng)超過(guò)下列數(shù)值：

Ur+50+0.05ρ

(1)

此時(shí)土壤電阻率取干燥的混凝土地面等于1 000 Ω·m，不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中接地點(diǎn)最高接觸電位差應(yīng)小于100 V。

當(dāng)10 kV 配電系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，10 kV 配電系統(tǒng)發(fā)生高壓側(cè)對(duì)外殼擊穿時(shí)，接地電流將不大于10 A ，該電流在配電變壓器接地裝置上將產(chǎn)生約40 V的電壓(按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)配電變壓器的保護(hù)接地裝置的接地電阻符合標(biāo)準(zhǔn)，且按照最嚴(yán)重情況考慮為4 Ω)，由于工作接地與保護(hù)接地是共用的，這個(gè)電壓將沿低壓側(cè)中性線傳遞到用電器具的金屬外殼上，從而可能在高壓側(cè)發(fā)生對(duì)外殼擊穿時(shí)，使接觸用電器具金屬外殼的人員觸電，但是由于該電壓小于前述的接觸電位100 V，所以對(duì)人身來(lái)說(shuō)是安全的，而且用戶在線路入戶處做了重復(fù)接地，配電變壓器的接地電阻非常小，所以實(shí)際傳遞到用戶用電器具的金屬外殼的電壓是非常小的[2]。

2.1.2對(duì)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)影響

小電阻接地系統(tǒng)接觸電位差不應(yīng)超過(guò)下列數(shù)值：

(2)

北京市電力公司規(guī)定小電阻接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)跳閘時(shí)間取0.2 s(保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間)，且按照IEC規(guī)定，低電阻接地系統(tǒng)中故障情況下0.2 s跳閘時(shí)所允許的故障電壓應(yīng)小于450.0 V。

在10 kV配電系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，按照北京現(xiàn)在這種配電網(wǎng)低壓中性線的接線方式，如果此時(shí)配電系統(tǒng)發(fā)生高壓側(cè)對(duì)外殼擊穿時(shí)，此時(shí)接地電流較不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的短路電流大。北京實(shí)測(cè)的電流約為430 A，考慮極嚴(yán)重情況接地電阻為4 Ω，此時(shí)該電流在配電變壓器接地裝置上將產(chǎn)生略小于2 000 V 的電壓降，遠(yuǎn)大于允許的接觸電位，此電壓將沿低壓側(cè)中性線傳遞到用電器具的金屬外殼上，從而給人身安全也帶來(lái)危險(xiǎn)。其實(shí)這種極嚴(yán)重情況是不可能出現(xiàn)的，因?yàn)榕潆娮儔浩髦行渣c(diǎn)為并聯(lián)連接，假設(shè)接地電阻為1 Ω(即僅有4臺(tái)變壓器的接地裝置并聯(lián))，此時(shí)的電壓將為430 V，小于允許的數(shù)值。所以小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生高壓側(cè)對(duì)外殼擊穿時(shí)，用戶用電是安全的[3]。

2.1.3對(duì)用戶影響分析

1)雖然小電阻接地系統(tǒng)在發(fā)生高壓側(cè)對(duì)外殼擊穿時(shí)入地電流較大；但是由于公共地線的并聯(lián)分流效果，對(duì)于用戶的用電安全仍然是有保證的，并不會(huì)因?yàn)榻拥胤绞降母淖兌褂脩羰艿诫姎馍系奈：Α?/p>

2)兩種接地系統(tǒng)在發(fā)生高壓側(cè)對(duì)外殼擊穿時(shí)，對(duì)用戶的電氣危害是非常小的。

2.2　配電變壓器高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)擊穿

2.2.1對(duì)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)影響

若發(fā)生高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)擊穿故障，電流將沿著進(jìn)戶線(火線或零線)串入用戶，將危及用電設(shè)備及用戶的安全；但因不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)短路電流數(shù)值較小，接觸電壓也不高，若配電變壓器的保護(hù)接地裝置的接地電阻符合R≤50/I要求且不超過(guò)4 Ω時(shí)，低壓系統(tǒng)電源接地點(diǎn)可以與該變壓器保護(hù)接地共用接地裝置。

2.2.2對(duì)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)影響

在小電阻接地系統(tǒng)中，短路電流較大，接觸電壓也較高，需要按照配電變壓器安裝在室內(nèi)或室外兩種情況進(jìn)行分析。

1)當(dāng)配電變壓器安裝在建筑物外時(shí)，對(duì)于低壓零線接在一起的多臺(tái)配電變壓器的等效接地電阻在0.5 Ω或以下時(shí)(相當(dāng)于接地電阻為4 Ω的8個(gè)或以上連入公共零線的接地裝置并聯(lián))，保護(hù)接地與工作接地可以不分開(kāi)；

如果低壓零線接在一起的多臺(tái)配電變壓器等效接地電阻在0.5 Ω以上時(shí)，應(yīng)該采取措施降低配電變壓器的接地電阻，使等效接地電阻等于或小于0.5 Ω；對(duì)于單獨(dú)接地的配電變壓器，如果接地電阻在4 Ω及以下時(shí)，保護(hù)接地與工作接地分開(kāi)的距離不得小于5 m；

如果單獨(dú)接地的配電變壓器接地電阻大于4 Ω時(shí)，公式L(m)=R(Ω)+1選取保護(hù)接地與工作接地分開(kāi)的距離L。

2)當(dāng)配電變壓器安裝在建筑物內(nèi)時(shí)，配電變壓器保護(hù)接地的接地裝置接地電阻符合R≤ 2000/I的要求，且建筑物內(nèi)采用(含建筑物鋼筋的)總等電位連接時(shí)，低壓系統(tǒng)電源接地點(diǎn)可與該變壓器保護(hù)接地共用接地裝置。

2.2.3對(duì)用戶影響分析

中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)由于其接地電流較小，所以在防止短路故障對(duì)用戶造成危害的措施方面較為簡(jiǎn)單，即僅需要考慮接地電阻的要求；中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)應(yīng)該充分考慮環(huán)境、接線形式等因素，采用適當(dāng)方式降低接地電阻[4]。

3兩類接地方式在防雷方面的區(qū)別

10 kV城市配電網(wǎng)系統(tǒng)的防雷主要是防止感應(yīng)雷對(duì)系統(tǒng)的危害，對(duì)于接地方式的不同，防雷方面需要做的措施區(qū)別不大，即選擇合適的避雷器安裝在合適的位置等。

但是在此需要注意的是：原有中性點(diǎn)接地方式(不接地或經(jīng)消弧線圈接地)中的氧化鋅避雷器主要是防雷擊過(guò)電壓。 而對(duì)于系統(tǒng)中的操作過(guò)電壓等是采取躲避的方式。即要求此時(shí)避雷器不工作；但是在系統(tǒng)采取中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式后，由于操作過(guò)電壓的大幅降低，即此時(shí)避雷器不僅可以作為防雷的設(shè)備，還可以用來(lái)限制操作過(guò)電壓。這也給氧化鋅避雷器在10 kV 系統(tǒng)中的大量推廣使用提供了條件[5-6]。

4結(jié)論

接地方式對(duì)于人身的安全影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是由于接地方式不同，單相接地時(shí)的入地電流不同，而引起地電位抬高、接觸電壓過(guò)大而使人發(fā)生觸電的事故；另一方面是由于人體直接接觸帶電線路而發(fā)生觸電的事故，從前面的分析得出，中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地這種方式與不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式相比具有一定的優(yōu)勢(shì)。

1)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)改成經(jīng)小電阻接地這種方式，不會(huì)由于入地電流增大而對(duì)低壓(380/220 V)用戶造成種種電氣危險(xiǎn)。

2)由于人體直接接觸帶電線路而發(fā)生觸電這種方式與中性點(diǎn)的接地方式并沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系；而與觸電者接觸帶電體的方式及觸電后脫離的時(shí)間有著密切關(guān)系，對(duì)于北京的配電線路而言，由于電纜的大量使用(四環(huán)以內(nèi)主要以電纜為主)、裸架空線換成了絕緣線等因素，四環(huán)以內(nèi)配電系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地與不接地或經(jīng)消弧線圈接地有一定優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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[3]中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，高壓專委會(huì)，過(guò)電壓與絕緣配合分專業(yè)委員會(huì)．過(guò)電壓討論會(huì)論文集[C].1997.

[4]賀景亮．電力系統(tǒng)電磁兼容[M]．北京：水利電力出版社，1993.

[5]DL 5033-94，送電線路對(duì)電信線路危險(xiǎn)影響設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

[6]DL/T 5063-1996，送電線路對(duì)電信線路干擾影響設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

中圖分類號(hào)：TM727

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1003-6954(2015)04-0041-03

作者簡(jiǎn)介：

崔東君 (1984)，工學(xué)碩士，工程師，主要從事供電方案制定、工程組織方面的工作。

(收稿日期：2015-03-29)

Abstract：Taking the common grounding modes, that is, neutral point unearthed and neutral point earthed via arc-suppression coil, and neutral grounding through low resistance as studying objects, the influences of these kinds of grounding modes on the security of using electricity under different short circuits are analyzed combining with the actual situation of power grid in Beijing area, and it is obtained that at present using low resistance grounding has its advantages in security and applicability.

Key words：grounding mode; low resistance grounding; security