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高低压接地

2014-03-22 4页 pdf 268KB 48阅读

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高低压接地 10/0.4kV变电所的接地需更新观念 王厚余(中国航空工业规划设计研究院,北京市100011) TheConceptto10/0.4kVSubstationGroundingtobeRenewed WangHouyu(ChinaAeronauticalProjectandDesignInstitute,Beijing100011,China) AbstractSomeunsuitablepracticesarestill availablenowin10/0.4kVsubstationforbuilding el...
高低压接地
10/0.4kV变电所的接地需更新观念 王厚余(中国航空工业规划设计研究院,北京市100011) TheConceptto10/0.4kVSubstationGroundingtobeRenewed WangHouyu(ChinaAeronauticalProjectandDesignInstitute,Beijing100011,China) AbstractSomeunsuitablepracticesarestill availablenowin10/0.4kVsubstationforbuilding electricity,suchasneutralpointlocalgroundingof transformerLVside,settingofPEN&PEconductor, resistanceofgroundingdeviceandnecessityoftaking manualgroundingpole.Theauthorconsidersthatthe substationshallbegroundedasperIECstandards,giving uptheout-of-timepractices,renewingtheconceptand meetingthenewrequirementsfortechnologyofpower consumption,SOthatgroundingofsubstationcanensure thesafetyandfunctionofelectricalequipments,as’well asavoidsuchwasteinmanpowerandmaterialresources. KeywordsGroundingofsubstationManual groundingNaturalgroundingEquipotentialbonding I'ENconductorPEconductor 摘要现时我国建筑电气10/0.4kV变电所接 地的一些做法恐存在不少问题。例如在变压器低压侧 中性点的就地接地、PEN线和PE线的设置、接地装 置的接地电阻值、打人工接地极的必要性等都存在一 些问题。变电所的接地应按IEC标准.摒弃一些过时 的做法,更新观念,满足用电技术的新要求,使变电 所的接地既能保证电气装置的安全性和功能性.又可 避免不应有的人力物力浪费。 关键词 变电所接地人工接地 自然接地 等 电位联结PEN线PE线 10/0.4kV配电变电所(以下简称变电所)的接 地.我国多年来沿袭前苏联50年代时的做法,习以 为常。20世纪80年代笔者在国外发现西方一些做法 与其不同.当时不明就里。近年笔者接触IEC/TC64 《建筑物电气装置》IEC60364系列新版标准中有关变 电所接地的一些规定.多少有些领悟。对比之下,现 时国内一些做法相当混乱。莫衷一是。愿借《建筑电 气》一角,提出自己的一些肤浅理解,供同行批评和 探讨。 1 变电所的共用接地和分开接地 变电所既是10kV高压系统的负荷端.需将所内 电气设备的外露导电部分作保护接地.以策人身安 全;同时它也是220,380V低压系统的电源端.需将 一根带电导体(一般是中性线)作系统接地(前苏联 规范称工作接地),以取得大地参考电位.保证低压 系统的正常运行和电气安全。所以变电所内有两个不 同用途的接地。过去我国10kV电网的系统接地广泛 采用不接地方式.其接地故障电流和它引起的故障电 压小。在变电所内高压系统保护接地与低压系统的系 统接地通常合并为一个接地.以简化接地装置的设 置。改革开放后我国经济飞速发展,用电量剧增,一 些大城市将10kV电网改为经小电阻接地方式.故障 电流和故障电压大增.这种情况下。高压系统保护接 地与低压系统的系统接地最好分开设置.如仍共用一 个接地.需采取适当措施防止变电所10kV侧的接地 故障导致低压系统内的电气危险。详见参考文献[1]第 12章,不赘述。本文所陈仅限于共用接地。 2系统接地应在低压配电盘内一点接地 当变电所以TN系统或Tr系统供电并采用共用接 地时.变压器中性线套管出线应在何处接地.我国过 去无明确规定。《建筑电气工程施工质量验收规范》 (GB50303—2002)规定在变压器处直接接地。但国 际电工标准《低压电气装置第l部分:基本原则、 一般特性评估、定义》(IEC60364—1:2005)和《低 压电气装置第4部分:安全防护第44章:电压 扰动和电磁干扰的防护》(IEC60364—4—44:2007) 不允许这样做。它规定不允许在变压器处直接接地, 只允许在变电所低压配电盘内进行一点接地.如图1 所示。稍加便知IEC标准的规定是正确的。 3 1111:!缱奎曼题照堡塑曼墨堑堡堡!兰曼生!■■■___■ 563 万方数据 建掰电丢9 ——___●—___——-__●一BUILDING 2009年第11期fELECTRICITY 变压器 厂 所内 电气设备 PE 堡垦里皇垄 此电流互感器可作RCM 陟PEN线应绝缘 /1并不允许在变 I压器处就地直 l接接地 三极开关\ 三极开关 \三极开关 Ll L2 L3 PEN PE LlL2L3N PE LlL2L3PEN P.E TN—S TN—C 7 宜供本建筑物用电 有条件处可采用 所内 电气设备 PEN线在柜内一点接地 LlL2L3 TT N 宜供户外电气装置用电 PE L1L2L3PEN TN—C—S 宜供其他建筑物用电 PE 总接地母排 建筑物 建筑物基础接地极 . 变电所 图1在变电所低压配电盘内一点作系统接地 Fig.1Onepointsystemgroundinginlow-voltagedistributionpanelforsubstation 需要说明.变压器中性线套管的出线在建筑物电 气装置中并非中性线而是PEN线。因为整个低压配 电系统内的正常对地泄漏电流和发生接地故障时的对 地故障电流都需通过它返回变压器绕组.它必然是兼 有中性线和PE线作用的PEN线.因此在此线段上不 得装用四极开关。因为PEN线不允许被开关断开的。 还需说明.与整个低压系统相比.从变压器到配 电盘这段PEN线极短.其阻抗可忽略不计而可忽视 其存在。这样就可将变电所看成为一个电源点。这样 各类接地系统的区分不是从变压器内绕组端点开始. 而是从低压配电盘出线开始。如此处理后,从变电所 就可引出除中性点不接地的IT系统外的TT系统和各 类TN系统,而不局限于某一接地系统.从而适应各 种不同现场的需要,如图l所示。 低压配电系统内的对地正常泄漏电流和故障电流 最后都需返回作为电源的变压器绕组。这些电流在变 电所内应通过一个正规的本回路通路返回电源。通过 其他不正规通路返回的电流被称作杂散电流.它可引 起对信息系统的干扰、电气火灾、对地下金属部分的 腐蚀以及其他危害。’进入信息时代后。这种杂散电流 .....上..~,。。。、,.。。。....。 导致的电磁 干扰更易引 起重要信息 系统的严重 后果.应该 注意防止。 对这个问题. 我们的认识 是不够的。 为避免出现 杂散电流. IEC规定各 台变压器引 出的PEN线 只能集中在 图1所示的 配电盘上方 的PEN母排 和下方的接 大地的PE 母排作跨接而实现一点接地.不允许在变压器处就地 接地。只有这样设置才可避免杂散电流.而且系统内 接地故障电流返回各变压器的通路是最短捷的.安装 和维护管理也是最方便的. 因TN—S和TT系统的接地电流都需通过配电盘 内这唯一的接地跨接线返回电源.国外常在此接地跨 接线上装设一电流互感器来检测变电所供电范围内所 有TN—S和TT系统的接地故障进行报警。它被称作 RCM(剩余电流监测,residualcurrentmonitor).它对 全面防接地故障火灾十分简便有效。如果不按照IEC 规定作变电所PEN线一点接地.这一RCM报警也是 无法实现的。 我国规范和一些安装图册规定在变电所变压器处 就地直接接地的规定。迄今未见其依据和理由.令人 担心其误导引起的不良影响。 3变电所内PEN线和PE线的设置 由于PEN线通过中性线电流.它必然对地带有 电位,因此PEN线必须包以绝缘.以免裸露的PEN 线与地接触时产生杂散电流。 万方数据 变电所内的变压器、配电盘以及电气设备的金属 外壳都需接PE线以防人身电击。我国过去通常沿变 电所墙脚敷设一40mm×4mm扁钢作环形PE干线来 实现此保护接地,它同时也用作等电位联结干线。在 国外变电所内也作此环形PE干线.但采用的多是铜 带而非扁钢。出现这一差异与国外配电盘内一点接地 有关。当变电所内发生相线碰外壳接地故障时.接地 短路电流是通过此环形PE干线返回变压器的。由于 接地故障发生在变电所内.故障回路阻抗小。短路电 流大.需慎重校验其热效应.其结果往往是需采用较 大截面的铜带。我国现时有些设计仍沿袭过去陈规. 不校验热效应.一概采用40mm×4mm扁钢.这一做 法是欠妥的. 4配电盘内后接PE母排的问题 笔者常被询及这样一个问题:IEC标准规定在 TN—C—S系统供电的建筑物进线配电箱内.PEN进 线需首先接配电箱内PE母排.然后接中性线母排. 如图2所示。而在变电所配电盘内变压器引出的PEN 母排则是先接PEN母排,后接PE母排,正好相反, 原因何在?IEC标准这两个要求的不同是不难理解的。 图2所示的建筑物进线配电箱内PEN进线如果先接配 电箱内中性线母排.后接PE线母排,这时如跨接线 连接处导电不良.配电箱所供全部用电设备都将因 PE线不导通而失去接地,从而导致种种电气危险。 而在变电所内。为减少回路电抗,从变压器引出的大 截面PEN母排和三条相线母排是靠紧敷设.且用同一 梯架或槽盒接向配电盘上方的四条母排的.而PE母 排则位于配电盘下方。就减少阻抗和安装方便而言. 电 源 进 线 配电箱 I1【一2【一3 10 PE Ll T. L2 L3 N L— PEN PE 上 = 用 电 设 备 图2进线配电箱内PEN线先接PE线 Fig.2FirstconnectionofPENconductor toPEconductorinsidetheinputlinesdistributionbox 自然是先接上方的PEN母排后接下方的PE母排为好。 另外.很重要一点是变电所大截面母排的连接是用多个 螺栓压接的.没有必要担心其连接的导电不良引发的电 气危险。 5变电所的接地电阻值 我国将变电所系统接地的接地电阻值规定为不大 于4Q以至10n。其依据是供电部门制定的现仍有效 的国标《工业与民用电力装置的接地设计规范》 (GBJ65—83),但IEC和发达国家电气标准都没有 这一接地电阻值的规定。原因是供配电系统的要求太 复杂.理论上需视具体要求来计算确定.难以简单地 规定一个统一的数值。查有关IEC标准.其中有多处 提到发生各种接地故障时变电所接地电阻R。的不同 计算公式。例如: a.R8/RE≤50/(%一50),t=∞;参阅《低压 电气装置第4部分:安全防护第41章:电击防 护》(IEC60364—4—41:2005)。 b.屯·RB≤1200V,t=5S;参阅IEC60364— 4—44:2007。 c.如’·R8≤250V,t=5s;参阅IEC60364— 4—44:2007。 d.彬·%+Uo≤250V,t=∞;参阅《低压系 统中的绝缘配合》(IEC60664:1992)。 e.对R曰值无要求,t=∞;参阅IEC60364—4— 44:2007。这种情况出现在变电所位于所供建筑物 内。且该建筑物内作有总等电位联结时。 上述公式中: R。——不经PE线,而是经大地返回变压器的故 障点的接地电阻,Q; 屯、蹦、坩——不同故障情况下的接地故障电 流值.A: 巩——相电压,V; t——接地故障持续的时间。s。 上式内容限于篇幅。本文不作陈述。 以上所举尺B值数例,其要求都是为了保证人身 和系统绝缘的安全。情况十分复杂,涉及变电所高压 侧和低压侧接地系统的类型.变电所内两个接地是分 开还是共用.变电所和低压用户是否同处于一建筑物 51111:!!!奎曼题敛楚些!里堑婴垒!!!!!—■__ 565 万方数据 建箍电乞。 _———____——●___——__●IBUILDING 2口09年第11期IELECTRIClll"Y 内,建筑物是否具备总等电位联结等诸因素。但有一 点可以肯定,只要经济合理,尺R值越小,低压系统 越安全. 笔者曾询问供电部门变电所取尺只值不大于4Q 的依据,答复是供电部门取此尺R值数十年来未发生 什么问题,是安全的。没有其他理论依据。对此 笔者难以苟同。供电部门电气设备与一般用户电气设 备工作条件是不同的。前者具备有种种安全措施(例 如铺绝缘垫、戴绝缘手套),并由专业人员操作,而 后者并不具备这些条件。前者安全不能说明后者也安 全,两者是不能画等号的。R8值偏大的后果是某些故 障情况下用户处故障电压过高.它可能导致种种电气 事故。 建筑电气的IEC标准和发达国家标准系由权威性 和对1:3的深谙用电技术的民间学会编制.而非由政府 部门组织编制.对变电所接地的要求十分严格和科 学。笔者参加建筑电气IEC/TC64年会时曾调查过孤 立的变电所接地电阻的阻值.答复是标准中无法规定 具体电阻值,但他们实际工作中通常取RR≤2n,此 值一般能保证安全并留有一定裕量。此2Q的足疗值 在建筑物中利用总等电位联结的自然接地作用是很容 易实现的.对于户外孤立的箱式变电所.如能利用 其高低压电缆金属外皮的自然接地作用也是不难实 现的。相比之下,我国规范中不大于4Q以至10Q 的采用人工接地极的变电所接地电阻的规定恐是有 欠安全的。 6变电所的接地并非必须以打接地极来接 大地 我国不少同行顾名思义认为接地就是打接地极接 大地.且必须有个接大地的电阻为若干Q的规定。这 个观念早已过时。现时的“接地”也可是指一个电气 系统与它所依附的导体相连接.以导体电位作为该系 统的参考电位,该导体即是该系统的“地”。例如飞 机、汽车、轮船的金属机身、车身、船身即是其内各 电气系统共用的“地”。这时何来接大地的接地电阻? 同理.一建筑物内的变电所的“地”并非一定是地球 的大地.而是它所依附的建筑物内总等电位联结形成 的近似金属等电位的法拉第笼。建筑物内变电所与它 6 ———●型竖!嫩型:垫坠堑 566 连接就实现了接地。例如位于20层楼的干式变压器 变电所的接地并非接楼外的大地.而是接该楼层内等 电位联结系统内金属结构、管道等装置外导电部分。 由于这一接地不存在有大幅值的人工接地极接地电 阻.变电所的接地电阻仅为接地线的若干mQ.所以 对本建筑物而言.变电所接地的效果非常好.完全 没有必要来规定接大地的接地电阻不大于若干Q的 要求。 这时变电所通过总等电位联结的地下部分与大 地连通仍然实现了自然接大地。这也是需要的.它 用以泄放低压系统内可能出现的雷电流、静电荷 等。以避免可能发生的电气事故,它对接地电阻值 的要求不高.总等电位联结的自然接地一般可满足 要求。 关于人工接地极的设置.我国建筑电气设计中因 循旧习.一般在变电所外地下打人不大于若干Q的人 工接地极作变电所接地,因阻值过大,效果并不佳。 需知这种接地极受泥土腐蚀.不多年就需重新设置. 而且周而复始,长期浪费人力物力。对此发达国家更 重视基础接地极的采用.即将扁钢或圆钢预埋在基础 水泥内作接地极,非但施工简便,接地电阻小,且受 水泥的保护,接地极不被腐蚀而一劳永逸。详见参考 文献⋯第20章,不赘述。 7结束语 在建筑电气中变电所的接地是个十分重要和复杂 的问题。由于我国建筑电气与国际标准接轨不够.观 念陈旧,非但浪费人力物力.电气安全却未得到充分 保证.电气装置的作用。特别是信息技术装置的作用 也常难以正常发挥.抛砖引玉献丑此文.希我建筑电 气专业人员.包括编写教材的老师和制定规范的专 家,在理解国际电工标准的基础上,更新观念。积极 采用用电科学新技术.改进变电所和其他电气装置的 接地.使我国建筑电气的设计安装水平百尺竿头更上 一层楼。 l王厚余.低压电气装置的设计安装和检验.第二版. 北京:中国电力出版社,2007:95—78,174—176. 2009—08—3l来稿 万方数据
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