10/0.4 kV 變電所接地做法簡析

于勁叢

（山東中嘉英瑞醫(yī)療科技有限公司， 山東 煙臺 264003）

1 研究背景

10/0.4kV 變電所接地有保護(hù)接地、 工作接地（系統(tǒng)接地） 兩大類。 保護(hù)接地是指變電所內(nèi)設(shè)備的外漏可導(dǎo)電部分/ 金屬外殼的接地， 發(fā)生接地故障時， 可以起到降低設(shè)備外漏可導(dǎo)電部分的對地電壓， 從而保證變電所設(shè)備及工作人員的安全； 工作接地也稱系統(tǒng)接地， 在變電所中有10 kV 系統(tǒng)接地和0.4 kV 系統(tǒng)接地2 種， 目前我們常用的10 kV 系統(tǒng)多采用不接地方式， 0.4 kV 系統(tǒng)接地指變壓器中性點的接地， 它的作用是為低壓供電系統(tǒng)提供一個跟大地電位相同的參考電位， 從而保證供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

變電所的接地安全關(guān)系到變電所的正常運(yùn)行和用電安全性、 可靠性， 是一項特別重要的內(nèi)容。 任何的電流流經(jīng)不期望的路徑都會引起不期望的電壓升高， 存在著一定的安全隱患， 甚至?xí)斐捎|電或火災(zāi)事故。

10/0.4kV 變電所作為末端配電所的形式已經(jīng)被各行各業(yè)廣泛應(yīng)用， 本文研究查閱部分圖集以及施工圖紙， 發(fā)現(xiàn)變電所接地的做法不盡相同， 很多情況下忽視了電力系統(tǒng)的形式、 用電負(fù)荷性質(zhì)等條件而隨意的引出接地， 如在變壓器中性點處直接通過絕緣線接地、 在變壓器處通過裸銅排接地以及在低壓柜處接地等。

因此， 針對采用△-Y 形接法的民用建筑項目中的10/0.4 kV 變電所， 本文結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗，采用電流路徑分析法， 研究正常工作時電流路徑及發(fā)生接地故障時電流路徑， 探討主進(jìn)線開關(guān)的設(shè)置及不同電力系統(tǒng)下的接地點的設(shè)置， 提出合理的解決方案。

2 主進(jìn)線開關(guān)極數(shù)

10/0.4kV 變電所作為末端變電所應(yīng)用在項目中時， 其低壓供電范圍有可能僅限于本建筑物， 所引出低壓供電系統(tǒng)均為TN-S； 也有可能不僅僅局限于本建筑物的用電， 還要考慮附近其他的建筑物用電、 室外照明設(shè)備用電等。 因此， 選擇主進(jìn)線開關(guān)的級數(shù)要根據(jù)實際情況確定， 特別是在TN-C 和局部TT 系統(tǒng)情況下， 更應(yīng)該慎重選擇。

10/0.4kV 變電所在引出TN-C 系統(tǒng)時， 其低壓柜內(nèi)的N 排兼做PEN 排， 根據(jù)GB50054-2011《 低壓配電設(shè)計規(guī)范》 中3.1.4 條規(guī)定： 在TN-C 系統(tǒng)中不應(yīng)將保護(hù)接地中性導(dǎo)體隔離， 嚴(yán)禁將保護(hù)接地中性導(dǎo)體接入開關(guān)電器[1]。

因此， 末端變電所如果需要引出TN-C 系統(tǒng)時， 其低壓主進(jìn)線開關(guān)應(yīng)選為3P 開關(guān)， 嚴(yán)禁采用3P+N 或4P 開關(guān)。 在多電源情況下（如單母接線方式的2 臺變壓器供電系統(tǒng)） ， 其聯(lián)絡(luò)開關(guān)也需采用3P 開關(guān)。

10/0.4kV 變電所在引出TN-S 系統(tǒng)時， 其低壓柜內(nèi)的N 排與PE 排單獨設(shè)置， 其低壓主進(jìn)線開關(guān)可以選為3P+N 或4P 開關(guān)。 在多電源情況下， 其聯(lián)絡(luò)開關(guān)也需對應(yīng)的采用3P+N 或4P 開關(guān)。

3 單臺變壓器接地探討

變壓器作為低壓配電電流的起點和終點， 無論是正常工作電流還是故障電流， 都需要返回到變壓器中性點[2]。 在電氣設(shè)計中， 應(yīng)該保證中性線的正常電流的路徑盡量唯一， 從而確保正常工作電流不經(jīng)過不期望的路徑， 避免產(chǎn)生雜散電流而引起其他弊端或事故[3]； 此外， 還要確保系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障電流應(yīng)經(jīng)過線路最短、 阻抗最低的路由返回變壓器低壓側(cè)中性點， 以便保護(hù)裝置能快速定位故障點并保證開關(guān)有相應(yīng)的動作來保障配電系統(tǒng)及相關(guān)人員、 設(shè)施的安全。

10/0.4kV 變電所在引出TN-C 系統(tǒng)時， 變壓器中性點引出線為PEN 線， 兼顧了中性線和接地線的功能， 而正常工作電流要通過中性線才能返回變壓器中性點， 因此， 中性線必須是絕緣的。 從變壓器處直接通過裸銅排接地的做法是不妥的， 這樣會造成在正常情況下， 地線會通過部分雜散電流， 產(chǎn)生不利影響。

針對在變壓器中性點直接接地和在低壓柜處接地2 種做法， 本文進(jìn)行簡單的電流路徑分析。

3.1 在變壓器中性點直接接地

變壓器處直接接地示意圖及電流路徑示意圖,見圖1。 由圖1 可知， 正常運(yùn)行時， 三相不平衡電流及零序諧波電流在低壓柜處分為2 個路徑， 大部分電流經(jīng)PEN（N）排返回變壓器中性點（如圖1 中In1路徑），小部分電流經(jīng)In2路徑返回變壓器，這部分通過不正規(guī)路徑返回變壓器的電流稱為雜散電流，會造成一定的電壓升高， 雜散電流引起的電壓升高值表達(dá)式為

圖1 變壓器處直接接地示意圖及電流路徑示意圖

式中： Ra為變壓器中性點到MEB 箱的電阻； In2為雜散電流。

正常情況下， Ra/In2較小， 引起的電壓升高低于安全電壓。 因此， 大部分時候不會引起人身觸電事故， 但是雜散電流In2長期存在仍然會引起電磁干擾、 加快接地線的腐蝕等， 甚至在PEN 排出現(xiàn)虛接情況下， In2會大幅增大， 導(dǎo)致MEB 電壓超過安全電壓， 引發(fā)觸電事故。

3.2 在低壓柜處接地

在低壓柜處接地示意圖及電流路徑示意圖， 見圖2。 由圖2 可知， 正常運(yùn)行時， 三相不平衡電流及零序諧波電流經(jīng)PEN（N） 排直接返回變壓器低壓側(cè)中性點， 不會形成雜散電流， 并且在發(fā)生故障時， 故障電流經(jīng)過接地扁鋼返回變壓器中性點的路徑也是最短的， 可以按照設(shè)計思路為相關(guān)裝置提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)， 為保護(hù)裝置提供可靠依據(jù)。

圖2 在低壓柜處接地示意圖及電流路徑示意圖

4 多電源（變壓器） 的接地做法

隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的日臻完善， 用戶對供電可靠性要求的越來越高， 很多項目都需要做多電源供電。 本文在查閱圖集、 施工案例的過程中發(fā)現(xiàn)， 很多項目可能有若干電源（變壓器） ， 變壓器之間尚未聯(lián)絡(luò)成一個系統(tǒng)， 卻都統(tǒng)一在每個電源（變壓器） 處本身的中性點直接做接地。 針對是只在低壓柜內(nèi)做一點接地還是在變壓器中性點直接接地的2種不同思路， 通過分析可了解其優(yōu)缺點。

4.1 在每個電源（變壓器） 處均做接地

通常情況， 變壓器至低壓柜之間PEN 母排的長度很短， 其阻抗較小， 而低壓供電線路的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過變壓器至低壓柜之間PEN 母排的長度， 其阻抗遠(yuǎn)大于變壓器至低壓柜PEN 排的阻抗， 因此，在多電源系統(tǒng)分析時， 本文將變壓器低壓側(cè)中性點和低壓柜母排看做一個點[4]， 這樣一來， 10/0.4 kV末端變電所可以具備為TN-S（TN-C-S） 系統(tǒng)和TT系統(tǒng)供電的能力， 提高相關(guān)變電所的供電范圍及適用性。

為在每個電源處均做接地示意圖， 見第126 頁圖3。 這種做法是最為常見的， 在每臺變壓器低壓柜處直接接地的做法， 如果有需要設(shè)置零序互感器， 就安裝在低壓柜接地電纜上。 簡單分析就可以明白這種做法的缺陷， 因為幾臺變壓器聯(lián)絡(luò)時這種做法就不能保證單點接地， 會引起系統(tǒng)接地雜散電流。

圖3 在每個電源處均做接地示意圖

由圖3 可知， 正常運(yùn)行時， 三相不平衡電流及零序諧波電流經(jīng)PEN（N） 排返回中性點； 當(dāng)發(fā)生單相接地故障時， 接地故障電流路徑有2， 其一是沿圖3 中方向返回中性點， 其二是沿圖3 中路徑返回中性點， 故障電流經(jīng)過不期望路徑， 形成了雜散電流， 雜散電流同樣會引起MEB 箱電壓升高， 計算與式（1） 一致， 甚至有可能會造成正常運(yùn)行的變壓器中性點的電壓升高， 進(jìn)而影響整個供電系統(tǒng)的中性線電壓水平， 甚至?xí)l(fā)安全事故。

4.2 在低壓柜處做一點接地

在低壓柜處做一點接地示意圖， 見圖4。 圖4展示了2 臺變壓器聯(lián)絡(luò)成1 個系統(tǒng)的情況下， 中性線不在本變壓器直接接地， 而是在某點先與中性線連接后， 再與PE 線相連。 這種做法在發(fā)生接地故障時， 故障電流路徑只能沿Id方向返回中性點， 路徑唯一， 且最為短捷， 實現(xiàn)了一點接地， 系統(tǒng)更安全， 沒有雜散電流。

圖4 在低壓柜處做一點接地示意圖

在GB/T 16895.10-2021《 低壓電氣裝置第4-44部分安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》 中也做了相關(guān)的要求[5]。

5 結(jié)束語

10/0.4kV 變電所廣泛應(yīng)用的同時， 發(fā)生事故的概率就更大。 因此， 變電所的安全性就顯得尤為重要。 本文針對10/0.4 kV 變電所接地系統(tǒng)進(jìn)行探討分析， 在10/0.4 kV 變壓器采用△-Y 形接法、 變電所可以具備為TN-S（TN-C-S） 系統(tǒng)和TT 系統(tǒng)供電能力的前提下， 分別針對單電源、 多電源的情況分析了變壓器接地的合理做法： 單電源時變壓器中性點接地最好在低壓柜處進(jìn)行接地（變壓器至低壓柜的PEN 線應(yīng)該絕緣） ， 接地排應(yīng)與建筑物的總接地排連接； 在多電源的情況下， 不同母線段應(yīng)僅在低壓柜的一處進(jìn)行接地。