10/0.4 kV變電所低壓側(cè)中性點(diǎn)的接地形式及PE線配電箱接法

盧國勇

（中國船舶七五〇試驗(yàn)場，云南昆明 650217）

1 變電所的接地形式（共用接地和分開接地）

現(xiàn)階段，我國10 kV電網(wǎng)系統(tǒng)的接地形式多樣，日常建設(shè)工作中，通常考慮高低壓兩類系統(tǒng)保護(hù)接地的協(xié)同處理思路，將兩者合并為一個接地，有利于降低工作量、簡化接地裝置的設(shè)置口。該思路也存在局限性，變電所充當(dāng)多重角色，是高壓系統(tǒng)的負(fù)荷端以及低壓系統(tǒng)的電源端。需要取特定的中性線作為系統(tǒng)接地，提高低壓系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

系統(tǒng)運(yùn)行特性等方面均有獨(dú)特性時，對應(yīng)的接地方式不同。如TN-S系統(tǒng)中，變壓器室PE線能夠與變電所總PE線互連，但在TN-C、TN-C-S、TT系統(tǒng)中無法直接相連，需要與某些特定的接地裝置實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連接。選擇接地方式時，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的具體類型，保證所用接地形式的適用性。

在部分環(huán)境中，10 kV電網(wǎng)采取小電阻接地的方法，容易迫使故障電流和故障電壓異常增加，對安全性進(jìn)行考慮，高、低壓系統(tǒng)宜分開設(shè)置，在某些特殊需求下，必須共用一個接地時，采取針對性防護(hù)措施，防止誘發(fā)危險(xiǎn)事故。

2 10/0.4 kV變電所低壓側(cè)中性點(diǎn)的接地

10/0.4 kV變電所的接地主要有兩種形式，即系統(tǒng)接地和保護(hù)接地，不同接地形式的應(yīng)用特點(diǎn)存在差異。

系統(tǒng)接地時，系統(tǒng)對地絕緣的要求較低，有利于維持配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，切實(shí)保證電氣安全。保護(hù)接地時，可以形成一套具有可行性的安全防控機(jī)制，為故障電流返回電源提供通道。發(fā)生某些故障后，電氣裝置的外露導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的對地電壓能夠被控制在相對較小的范圍內(nèi)，故障電流的產(chǎn)生將觸發(fā)保護(hù)電氣動作，在較短的時間內(nèi)響應(yīng)，及時切斷電源，以免造成更大范圍的不良影響。

現(xiàn)階段，10/0.4 kV變電所變壓器中性點(diǎn)接地普遍的思路為接地裝置引出接地干線，與變壓器的低壓側(cè)中線點(diǎn)形成穩(wěn)定可靠的連接關(guān)系。變壓器箱體、干式變壓器配套的支架裝置均應(yīng)采取接地措施，對于接地干線與箱式變電所的N母線和PE母線，在接地工作中采取直接連接的處理方法。高低壓開關(guān)室和變壓器室，在其配套的所有接地干線中，與接地裝置引出干線形成連接關(guān)系，應(yīng)達(dá)到2條或更多。

按照該數(shù)量要求操作后，存在低壓側(cè)中性點(diǎn)被多點(diǎn)接地的情況，為中性線電流返回電源提供多條路徑，接地導(dǎo)體的狀態(tài)可能趨于異常（存在雜散電流）。在周邊因素的作用下，易誘發(fā)火災(zāi)、電磁干擾故障。需要圍繞接地方法進(jìn)行進(jìn)一步探索。

3 接地分析方法

引入電流路徑分析法判斷接地方法的可行性，考慮正常運(yùn)行和故障時兩類工況，展開分析。

正常工作時電流如圖1所示。

圖1 正常工作時電流示意圖

發(fā)生接地故障時電流如圖2所示。

圖2 接地故障時電流示意圖

3.1 正常運(yùn)行狀態(tài)

相線電流從變壓器流向負(fù)載，中性線電流從負(fù)載流向變壓器中性點(diǎn)，在此流動路徑中，不允許該部分電流流經(jīng)接地導(dǎo)體，容易產(chǎn)生雜散電流或造成其他干擾。

3.2 接地故障狀態(tài)

故障電流從相線流經(jīng)接地故障點(diǎn)，順著PE線流動，返回變壓器中性點(diǎn)，在該路徑中故障電流必須滿足過流保護(hù)電氣動作要求。

4 10/0.4 kV變電所的接地設(shè)計(jì)方法

4.1 接地設(shè)計(jì)做法

依托接地線的連接作用，實(shí)現(xiàn)變壓器中性點(diǎn)向室外接地裝置的可靠連接。設(shè)置變壓器室和高低壓配電室時，分別沿各自的墻腳布設(shè)接地保護(hù)干線，此部分連接對象包含PE接線端子、室外接地裝置，實(shí)現(xiàn)與柱內(nèi)筋的連接，發(fā)揮保護(hù)接地作用。采取接線連接方法后，低壓配電屏中N母排與PE母排結(jié)合，形成一套相對完整的TN-S系統(tǒng)。

（1）正常工作狀態(tài)下，N線電流在進(jìn)線低壓配電屏內(nèi)的連接點(diǎn)處（指N母排與PE母排的連接部位）有分流的現(xiàn)象，形成兩條路徑，分別為大量電流IN1經(jīng)由N線返回；剩余的少量電流IN2繞經(jīng)PE母線返回，最終返回變壓器中性點(diǎn)。

（2）低壓側(cè)繞組故障時，產(chǎn)生接地故障電流，形成兩條路徑。

①經(jīng)接地干線、室外接地裝置返回。

②經(jīng)保護(hù)接地線、PE母排、N母排返回，兩者最終均回至變壓器中性點(diǎn)。

4.2 主要問題

正常運(yùn)行狀態(tài)下未發(fā)生故障，但室內(nèi)保護(hù)接地線、室外接地裝置均有一定受擾因素，存在雜散電流以及潛在的安全隱患，可能在外部因素的誘發(fā)下發(fā)生地下金屬腐蝕、火災(zāi)等危害。

接地故障時，接地短路電流經(jīng)由PE干線返回變壓器，接地故障所處位置并不在變電所內(nèi)，僅存在相對較小的回路阻抗，短路電流偏大，必須充分考慮環(huán)形PE干線使用狀態(tài)，要求其電流熱穩(wěn)定性滿足要求，避免異常。變壓器中性點(diǎn)實(shí)施多點(diǎn)接地的模式時，將產(chǎn)生多條路徑以供中性線電流的流通，經(jīng)過特定路徑后返回變壓器。

4.3 合理的設(shè)置方法

禁止在變壓器處直接接地，可以在變電所低壓配電柜內(nèi)的合適點(diǎn)位采取一點(diǎn)接地的方法。在正常運(yùn)行條件下，N線電流的流動機(jī)制可靠，經(jīng)由N線返回變壓器中性點(diǎn)，在該過程中不存在雜散電流；發(fā)生接地故障時，對應(yīng)電流的流動路徑為沿著PE線返回。

變壓器引出的N線只能分布在低壓配電柜上方的N母排和下方的PE母排中，在該連接方式進(jìn)行跨接，達(dá)到一點(diǎn)接地的效果。無論何種場景，均禁止出現(xiàn)在變壓器處直接接地的行為。采取此方法后，可有效規(guī)避雜散電流，減小不良因素的干擾；系統(tǒng)內(nèi)接地故障電流能夠獲得一條順暢的流通路徑，高效返回變壓器。

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 變電所內(nèi)PE線的設(shè)置

變壓器、配電柜及電氣設(shè)備金屬外殼安裝中，應(yīng)與總接地端子連接，提升安全性，避免人身電擊故障。多數(shù)變電所的建設(shè)工作中，通常采取沿墻角敷設(shè)環(huán)形PE干線的方法，達(dá)到保護(hù)接地的效果。

變壓器低壓側(cè)繞組對外殼接地故障時，通過配電柜內(nèi)PE母排的連通作用，使故障電流返回變壓器中性點(diǎn)。設(shè)置環(huán)形PE線時，保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，無須承受主接地故障電流。為了兼顧短路熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等多重要求，應(yīng)注重對材料的選擇，25 mm2的銅導(dǎo)體較為合適。變壓器外殼保護(hù)接地的關(guān)鍵作用在于承受主接地故障電流；設(shè)置時著重考慮接地導(dǎo)體的截面大小，要求其不小于PE母排截面。

5.2 變電所的接地電阻

接地電阻通常不超過4 Ω，嚴(yán)格控制接地電阻的阻值是保證人身安全的關(guān)鍵前提。隨著接地電阻減小，低壓系統(tǒng)的安全性突出。部分項(xiàng)目在變電所外地下設(shè)置多組接地極，將該部分作為變電所的接地，可以產(chǎn)生穩(wěn)定性強(qiáng)、安全特征突出的電位。地質(zhì)條件較差時，部分場景下接地電阻的阻值難以達(dá)到4 Ω的要求，且接地極易受到外部因素的干擾。如接地極在泥土的作用下腐蝕，需要定期檢查，及時予以維護(hù)，必要時換新。設(shè)置接地裝置時，利用建筑物自然接地極，提升接地效果，在建筑物內(nèi)部采取等電位聯(lián)結(jié)措施。

5.3 靈活接地

部分區(qū)域接地難度大，直接與大地相連，與變電所的“地”相比，并非完全是大地，采取接地措施時，需要注重對實(shí)際情況的分析，靈活采取接地方法。干式變壓器變電所的接地具有特殊性，常規(guī)的思路是接樓外的大地，但樓層內(nèi)等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)或其他裝置，無額外的人工接地極接地電阻，電阻相對較小，建筑的接地效果突出。

存在布設(shè)人工接地極的工作需求時，在變電所外地搭設(shè)人工接地極，其與泥土接觸后容易發(fā)生腐蝕，隨時間的推移，需要重新設(shè)置，導(dǎo)致工作量明顯增加，經(jīng)濟(jì)效益下降。可以預(yù)埋扁鋼或圓鋼，結(jié)合鋼筋網(wǎng)作接地極，其阻值較小，鋼筋網(wǎng)設(shè)置在基礎(chǔ)水泥材料內(nèi)，可以得到有效防護(hù)，受腐蝕概率較低。必須提前與土建專業(yè)進(jìn)行緊密地協(xié)調(diào)，在指定安裝位置設(shè)置標(biāo)記。

6 結(jié)語

電氣施工是建筑工程領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一，具有復(fù)雜性，容易因設(shè)計(jì)缺陷、方法不合理等原因影響電氣施工效果。文章著重圍繞具體的接地形式以及PE線配電箱接法展開探討，提出一些工作思路與要點(diǎn)，為類似工程提供參考。