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(diǎn)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(hù)接地。系統(tǒng)接地給配電系統(tǒng)提供了一個(gè)參考電位，降低了系統(tǒng)對(duì)地絕緣的要求；保證配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣安全。當(dāng)?shù)蛪号潆娋€路發(fā)生接地故障時(shí)。保護(hù)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(shí)的對(duì)地電壓或接觸電壓，同時(shí)故障電流還能使低壓配電線路上的保護(hù)電器動(dòng)作，及時(shí)切斷電源。

目前實(shí)際工程中，10/0.4kV變電所變壓器中性點(diǎn)接地多參照《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)出線被多點(diǎn)接地，則其供電范圍內(nèi)的中性線電流可沿多個(gè)途徑返回電源，正常運(yùn)行時(shí)接地導(dǎo)體中存在雜散電流，可能會(huì)引起火災(zāi)、電磁干擾和接地極腐蝕。本文將對(duì)此進(jìn)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(lái)研究接地的合理性。以下從正常工作時(shí)電流路徑和發(fā)生接地故障時(shí)電流路徑兩個(gè)方面來(lái)分析，見圖1和圖2。

圖1 正常工作時(shí)電流示意圖

圖2 發(fā)生接地故障時(shí)電流示意圖

1.1 正常運(yùn)行時(shí)

正常運(yùn)行時(shí)相線電流從變壓器（電流端）流向負(fù)載，中性線電流（包括三相不平衡負(fù)荷電流和零序諧波電流）從負(fù)載流向變壓器中性點(diǎn)。中性線電流在流回變壓器中性點(diǎn)的過(guò)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(shí)

發(fā)生接地故障時(shí)（相線對(duì) 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(diǎn)，沿PE線返回變壓器中性點(diǎn)。此故障電流應(yīng)滿足過(guò)流保護(hù)電器動(dòng)作要求。

2 實(shí)際工程中10/0.4kV變電所的接地設(shè)計(jì)做法分析

2.1 實(shí)際工程中的接地設(shè)計(jì)做法

變壓器中性點(diǎn)通過(guò)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(hù)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(shí)現(xiàn)保護(hù)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(shí)（見圖 3），N線電流在由負(fù)載流回變壓器中性點(diǎn)的過(guò)程中，在進(jìn)線低壓配電屏內(nèi)N母排與PE母排連接點(diǎn)處發(fā)生分流，大部分N線電流IN1通過(guò)N線返回變壓器中性點(diǎn)；少部分電流IN2繞經(jīng)PE母線、室內(nèi)保護(hù)接地干線、室外接地裝置返回至變壓器中性點(diǎn)。

2）變壓器低壓側(cè)繞組發(fā)生對(duì)外殼接地故障時(shí)（見圖4），接地故障電流在變壓器室保護(hù)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(diǎn)。另一部分接地故障電流經(jīng)保護(hù)接地線、低壓配電柜PE母排、N母排返回變壓器中性點(diǎn)。

圖3 正常工作時(shí)N線電流示意圖

圖4 變壓器接地故障時(shí)故障電流示意圖

2.2 存在的問題

正常運(yùn)行時(shí)室內(nèi)保護(hù)接地線及室外接地裝置平時(shí)都存在不期望的雜散電流，它可引起電氣火災(zāi)、對(duì)地下金屬部分的腐蝕、引起對(duì)信息系統(tǒng)的干擾等危害。變壓器低壓側(cè)繞組發(fā)生對(duì)外殼接地故障時(shí)，接地短路電流是通過(guò)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(yàn)環(huán)形PE干線的電流熱穩(wěn)定。仔細(xì)分析，出現(xiàn)上述問題是因?yàn)樽儔浩髦行渣c(diǎn)處被多點(diǎn)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(guó)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(píng)估、定義》IEC60364-1:2005和《低壓電氣裝置 第4部分：安全防護(hù) 第44章：電壓擾動(dòng)和電磁干擾的防護(hù)》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(jìn)行一點(diǎn)接地，如圖5、圖6所示。從圖中可以看出，正常運(yùn)行時(shí)N線電流通過(guò)N線返回變壓器中性點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生雜散電流。接地故障時(shí)，接地故障電流沿PE線返回變壓器中性點(diǎn)。

圖5 正常工作時(shí)N線電流示意圖

圖6 變壓器接地故障時(shí)故障電流示意圖

依據(jù)國(guó)際電工規(guī)定10/0.4kV變電所兩臺(tái)變壓器的TN系統(tǒng)接地。各臺(tái)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(shí)現(xiàn)一點(diǎn)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(xiàng)

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(guò) PE線和變電所總接地端子（MEB）進(jìn)行連接，以防人身電擊。我國(guó)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(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)接地，它同時(shí)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(duì)外殼接地故障時(shí)，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(diǎn)，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(jī)械強(qiáng)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(hù)接地由于承載主接地故障電流，其保護(hù)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(jì)，其依據(jù)是供電部門制定的國(guó)標(biāo)《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)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(jì)合理，接地電阻越小，低壓系統(tǒng)越安全。在設(shè)計(jì)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(jìn)一個(gè)可靠的地電位。但有時(shí)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(cè)，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(duì)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(shí)，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(jì)中是十分重要和復(fù)雜的問題，但目前的做法多參照國(guó)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(guó)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(jì)人員的高度重視。同時(shí)希望制定規(guī)范的專家，對(duì)變電所的接地做法進(jìn)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(yàn)收規(guī)范.

[4]IEC60364低壓電氣裝置.