系统接地的型式及安全技术要求你了解多少

本帖最后由 风平浪静02 于 2015-12-16 10:06 编辑

系统接地的型式及安全技术要求你了解多少

作者：佚名

本文对系统接地及其安全技术的原理，进行一些分析，以飨网友。如有不当，请广大网友拍砖、指正。

第一，关于系统：

由于电压等级为1000V及以下的低压，是直接进入老百姓生产、生活的用电。低压用电的安全直接关乎到老百姓的人身和财产。在保护人身和财产的基础上派生了， TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT 系统。所以，系统仅仅局限于1000V及以下低压，以上五种类型。它不包括其他电力系统。比如，高压系统也有变压器中性点接地或者不接地问题。它们的作用和方法各有不同，它们也不属于上述五个系统。所以，不能用本文的系统接地给予解释。

第二，系统接地作用：

我们这个低压，绝大多数是从10/0.4 kV，35/0.4 kV配电变压器，转换而来。我们一直以来，保持配电变压器低压侧中性点就近直接接地的设计施工方法。但是，很少人关注它为什么要就近直接接地。近来，由于有些专家和学者的掺和，这个问题开始变得日渐模糊起来。甚至国家标准GB50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》第4.1.3说明，明确表示；“由接地装置引出的干线，以最近距离直接与变压器中性点（N端子)可靠连接，以确保低压供电系统可靠、安全地运行。”也受到质疑。

其实，配电变压器低压侧中性点的接地，也就是系统接地。是一种高低压之间的隔离防护措施。因为，高压绕组和低压绕组共同套在同一个铁芯柱上，虽然我们已经考虑了绝缘强度。但是由于变压器运行条件和维护条件的限制，还是存在高压进入低压绕组的风险。而且，变压器高低压套管距离又相对接近，高低压线路同杆架设机会较多，高压线路跨越低压线路也较为平繁。所以，必然存在高压线路坠落在低压线路上风险。所有这些都是高压可能进入低压的隐患。

下面是一张高压进入低压故障电流的示意图。（见图一）

当高压A相与低压系统发生搭接故障，接地电流（Id）就可以通过配电变压器低压绕组→中性点接地（系统接地）→大地→高压分布电容→返回到电源。

在图一的基础上，整理得到故障电压分配示意图（见图二），Eo为高压侧等效电动势10kV。（Zc）是高压系统分布电容等效成阻抗,大约为500～1000Ω。（Zr）是配电变压器低压侧绕组等效成阻抗。由于中性点不接地系统发生单相接地故障，不会产生电源短路问题，所以A相高压绕组电压基本正常。当接地电流（Id）流过低压绕组时，同样产生一个反作用电流。此时的低压绕组阻抗，应该按照短路阻抗计算，Zr＜5Ω 。（Rj）是低压系统对地绝缘电阻，一般Rj≥0.5MΩ。按照上述电压分配图，根据电压分配公式，得到变压器中性点接地（系统接地）时，低压系统绝缘电组（Rj）两端电压;Uj=Eo Zr/(Zc-Zr)＜112V 。低于低压系统额定电压，不对低压系统绝缘构成威胁。如果变压器中性点不接地，没有采用系统接地，（Zr）回路被断开，大部分电压将降落在低压系统绝缘电阻（Rj）的两端，大约为9.8kV。这时低压系统对地绝缘不能承受高电压，造成绝缘击穿，放电事故。这样的放电可能是一个点，也可能是一大片，无法事先预见。如果是在人口密集的综合商贸场所，如果是在易燃易爆大型危化品仓储企业，后果将不堪设想。

第三，高压对低压的影响：

配电系统高压侧为什么需要采用中性点不接地方式。有些人认为是为了提高供电可靠性，其实不然。当配电系统发生故障，哪怕是单相接地故障。如果我们能够迅速准确地切断故障，一定是不会拖延的。从上面分析来看，因为高压系统采用中性点不接地方式。大大地增加了高压侧对地阻抗，保证了高压进入低压时，大部分电压降落在对地分布电容两端，很好地减少了对低压系统的威胁。中性点采用不接地方式，阻断了谐波向系统扩散的路径，提高了供电质量也是其中一个原因。

由于现在10kV配电系统规模越来越大，城市采用电缆输电越来越普遍。系统分布电容越来越大，系统对地容抗就越来越小。首先，从上面分析来看，（Zc）的减小，使得变压器低压绕组内阻抗（Zr）的两端电压升高，威胁着低压系统的安全。其次，单相接地电流的增加，很有可能电弧不能自行熄灭。长时间的电弧放电使得系统发生震荡过电压，威胁系统安全运行。所以，母线接地变压器应运而生。母线接地变压器给高压系 统单相接地提供一个电流旁路，相对使得高压系统对地阻抗增加。保证了低压系统安全性。

由于科技的不断进步，数字继电保护的采用，开关设备的改进。国外开始采用高压系统中性点经小电阻接地方式。我国也开展20kV系统采用经小电阻接地试验。由于中性点经小电阻接地，使系统发生单相接地时，可以直接输出短路电流，使得保护准确、迅速地动作切断故障。也因为中性点经小电阻接地，保证了高压单相接地电流回路的阻抗值。使得高压既准确动作，又限制（Zr）两端电压，确保低压系统安全。

不管如何，配电变压器低压侧中性点直接就近接地，是不可或缺的。如果当低压线路已经发生击穿放电事故，高压保护再动作，则为时已晚。

第四，保护接地导线：

由于电器设备不断发展，用电水平日益增长。零线（PEN）上的电流不断增加，随之零线（PEN）上的电压降也越来越大，断零机率也不断上升。保护接零已经不能满足对人员和设备保护的需要。专用的保护导线（PE）应运而生。请看（图三）；我们可以在零线（PEN）上，分离出来专用保护导线（PE），并进行重复接地。由于（PE）不通过负荷电流，压降减小，断线机率减小，增强了保护接地的可靠性。这就是TN-S系统。我们可以不断地从零线（PEN）中分离出（PE）来，这就是TN-C-S系统。

第五，系统接地点的选择：

前面，我们已经讨论了系统接地和保护接地的作用。如果认为系统接地是高低压之间的一种隔离防护措施，这个接地应该离变压器越近越好。如果认为系统接地是一种电气外露可导电部分保护接地，可以离变压器远一些，甚至可以在负荷中心接地，更有利于保护效果。

我们认为，系统接地通过零线（PEN）引入配电室后接地，这样对防护措施带来隐患。如果因为零线（PEN）载流而导致接地缺失，将造成失去防护屏障。（PEN）的两点接地，负荷电流可以和大地造成分流而产生杂散电流。但就近接地与引入配电室接地相比较，没有发现杂散电流的增加或减小的证据，也缺乏导致杂散电流增加的理论依据。再说，开关柜下一点接地，是一个相对含糊的概念。有的是几米，有的十几米，甚至可以是几十米。距离长对高低压隔离不利。而且有很大一部分配电变压器后面不具备配电室和开关柜。系统接地与保护接地（PE）是两个不同作用的接地。如果需要合并，应该首先考虑系统接地的安全，这是TN系统的首要条件。

我们对利用建筑物地下构造，如地梁钢筋、钢筋地网，用作接地体，保留意见。客观上，地下钢结构可能通过一些杂散电流，但是主观地使其通过电流是不可取的。这样钢结构表面因为通过杂散电流而加剧氧化。如果通过电流较大，如接地故障电流。可能使钢结构局部发热，影响钢结构强度。也不利于接地体的日常维护。

结束语

由于缺乏对系统接地的全面了解，导致系统接地范围含糊不清。分不清什么是系统接地，什么不属于系统接地。把保护接地与系统接地混为一谈，甚至认为系统接地是工作接地。比如，低压发电机中性点接地也是系统接地。低压发电机如果并网，则高低压之间的隔离措施，应该由升压变压器中性点承担。如果低压发电机单机运行，完全有条件作为IT系统。没有理由采用中性点接地运行方式。

综上所述；我们分析系统的安全防护，不仅要关注低压系统本身，而且还要从相关的高压侧开始。只有全面地考虑整个系统的相互关联，才能全方位地，可靠地保证系统的安全。

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