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(shí)， 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(diǎn)的接地， 它的作用是為低壓供電系統(tǒng)提供一個(gè)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(xiàng)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(diǎn)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(xiàng)目中的10/0.4 kV 變電所， 本文結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，采用電流路徑分析法， 研究正常工作時(shí)電流路徑及發(fā)生接地故障時(shí)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(diǎn)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(xiàng)目中時(shí)， 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(shí)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(shí)， 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(jì)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(shí)， 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(shí)， 其低壓柜內(nèi)的N 排與PE 排單獨(dú)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(diǎn)和終點(diǎn)， 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(diǎn)[2]。 在電氣設(shè)計(jì)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(shí)，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(diǎn)， 以便保護(hù)裝置能快速定位故障點(diǎn)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(shí)， 變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)， 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(diǎn)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(diǎn)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(shí)， 三相不平衡電流及零序諧波電流在低壓柜處分為2 個(gè)路徑， 大部分電流經(jīng)PEN（N）排返回變壓器中性點(diǎn)（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(diǎn)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(shí)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(shí)， 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(diǎn)， 不會形成雜散電流， 并且在發(fā)生故障時(shí)， 故障電流經(jīng)過接地扁鋼返回變壓器中性點(diǎn)的路徑也是最短的， 可以按照設(shè)計(jì)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)系統(tǒng)， 卻都統(tǒng)一在每個(gè)電源（變壓器） 處本身的中性點(diǎn)直接做接地。 針對是只在低壓柜內(nèi)做一點(diǎn)接地還是在變壓器中性點(diǎn)直接接地的2種不同思路， 通過分析可了解其優(yōu)缺點(diǎn)。

4.1 在每個(gè)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(shí)， 本文將變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)和低壓柜母排看做一個(gè)點(diǎn)[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(gè)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?yàn)閹着_變壓器聯(lián)絡(luò)時(shí)這種做法就不能保證單點(diǎn)接地， 會引起系統(tǒng)接地雜散電流。

圖3 在每個(gè)電源處均做接地示意圖

由圖3 可知， 正常運(yùn)行時(shí)， 三相不平衡電流及零序諧波電流經(jīng)PEN（N） 排返回中性點(diǎn)； 當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)， 接地故障電流路徑有2， 其一是沿圖3 中方向返回中性點(diǎn)， 其二是沿圖3 中路徑返回中性點(diǎn)， 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(jì)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(diǎn)的電壓升高， 進(jìn)而影響整個(gè)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(diǎn)接地

在低壓柜處做一點(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(shí)， 故障電流路徑只能沿Id方向返回中性點(diǎn)， 路徑唯一， 且最為短捷， 實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)接地， 系統(tǒng)更安全， 沒有雜散電流。

圖4 在低壓柜處做一點(diǎn)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(shí)， 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(shí)變壓器中性點(diǎn)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。