10/0.4kV變電所接地設計的探討

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接地與電氣設備外露導電部分接地。前者稱為系統接地或功能性接地，后者稱為保護接地。系統接地給配電系統提供了一個參考電位，降低了系統對地絕緣的要求；保證配電系統的正常運行和電氣安全。當低壓配電線路發生接地故障時。保護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電部分在故障時的對地電壓或接觸電壓，同時故障電流還能使低壓配電線路上的保護電器動作，及時切斷電源。

目前實際工程中，10/0.4kV變電所變壓器中性點接地多參照《建筑電氣工程施工質量驗收規范》執行，規范5.1.2 條規定：接地裝置引出的接地干線與變壓器的低壓側中性點直接連接；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接地（PE）。25.1.2條規定：變壓器室、高低壓開關室內的接地干線應有不少于兩處與接地裝置引出干線連接。但若按此執行，則變壓器低壓側中性點出線被多點接地，則其供電范圍內的中性線電流可沿多個途徑返回電源，正常運行時接地導體中存在雜散電流，可能會引起火災、電磁干擾和接地極腐蝕。本文將對此進行分析和討論。

1 接地分析方法

關于變電所的接地，通常采用電流路徑分析法來研究接地的合理性。以下從正常工作時電流路徑和發生接地故障時電流路徑兩個方面來分析，見圖1和圖2。

圖1 正常工作時電流示意圖

圖2 發生接地故障時電流示意圖

1.1 正常運行時

正常運行時相線電流從變壓器（電流端）流向負載，中性線電流（包括三相不平衡負荷電流和零序諧波電流）從負載流向變壓器中性點。中性線電流在流回變壓器中性點的過程中，不應流經接地導體，以免產生雜散電流和不良后果。

1.2 發生接地故障時

發生接地故障時（相線對 PE線或外漏可導電部分單相短路），故障電流從相線經接地故障點，沿PE線返回變壓器中性點。此故障電流應滿足過流保護電器動作要求。

2 實際工程中10/0.4kV變電所的接地設計做法分析

2.1 實際工程中的接地設計做法

變壓器中性點通過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一圈保護接地干線，連通 PE接線端子、室外接地裝置，并與柱內主筋可靠連接，以實現保護接地。在低壓配電屏內N母排與PE母排連接構成TN-S系統。

1）正常工作時（見圖 3），N線電流在由負載流回變壓器中性點的過程中，在進線低壓配電屏內N母排與PE母排連接點處發生分流，大部分N線電流IN1通過N線返回變壓器中性點；少部分電流IN2繞經PE母線、室內保護接地干線、室外接地裝置返回至變壓器中性點。

2）變壓器低壓側繞組發生對外殼接地故障時（見圖4），接地故障電流在變壓器室保護接地干線處分流，一部分故障電流經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。另一部分接地故障電流經保護接地線、低壓配電柜PE母排、N母排返回變壓器中性點。

圖3 正常工作時N線電流示意圖

圖4 變壓器接地故障時故障電流示意圖

2.2 存在的問題

正常運行時室內保護接地線及室外接地裝置平時都存在不期望的雜散電流，它可引起電氣火災、對地下金屬部分的腐蝕、引起對信息系統的干擾等危害。變壓器低壓側繞組發生對外殼接地故障時，接地短路電流是通過變配電所墻角敷設的一圈-40mm×5m鍍鋅扁鋼環形PE干線返回變壓器的。由于接地故障發生在變電所內，故障回路阻抗小，短路電流大，需慎重校驗環形PE干線的電流熱穩定。仔細分析，出現上述問題是因為變壓器中性點處被多點接地，必然導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

按照國際電工標準《低壓電氣裝置 第1部分：基本原則、一般特性評估、定義》IEC60364-1:2005和《低壓電氣裝置 第4部分：安全防護 第44章：電壓擾動和電磁干擾的防護》IEC60364-4-44:2007規定，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進行一點接地，如圖5、圖6所示。從圖中可以看出，正常運行時N線電流通過N線返回變壓器中性點，不會產生雜散電流。接地故障時，接地故障電流沿PE線返回變壓器中性點。

圖5 正常工作時N線電流示意圖

圖6 變壓器接地故障時故障電流示意圖

依據國際電工規定10/0.4kV變電所兩臺變壓器的TN系統接地。各臺變壓器引出的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母排做跨接實現一點接地，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，且系統內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

4.1 變電所內PE線的設置

變電所內的變壓器、配電柜以及其他電氣設備的金屬外殼都需要通過 PE線和變電所總接地端子（MEB）進行連接，以防人身電擊。我國通常沿變電所墻角敷設一圈-40×5mm2鍍鋅扁鋼做環形PE干線來實現保護接地，它同時也可作為等電位聯結干線。從圖7中可以看出，當發生變壓器低壓側繞組對外殼接地故障時，主要接地故障電流沿變壓器及配電柜內 PE母排返回變壓器中性點，周圈設置的環形 PE線不承載主接地故障電流，考慮到短路熱穩定性、機械強度、防雷及抗腐蝕性的要求，可選擇-40×5mm2鍍鋅扁鋼或 25mm2的銅導體。變壓器外殼的保護接地由于承載主接地故障電流，其保護接地導體截面不應小于低壓配電柜內PE母排截面。

4.2 變電所的接地電阻

變電所系統接地的接地電阻一般按不大于 4?設計，其依據是供電部門制定的國標《工業與民用電力裝置的接地設計規范》（GBJ65-83）。限制接地電阻是為了保證人身和系統絕緣的安全，只要經濟合理，接地電阻越小，低壓系統越安全。在設計中，一般在變電所外地下做多組接地極作為變電所的接地，從而引進一個可靠的地電位。但有時因地質原因，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，多年后需重新更換。因此變電所的接地裝置除在室外敷設以水平接地極為主的人工接地網外，應盡量利用建筑物的自然接地極，并在建筑物內做總等電位聯結。對于3～10kV變電所、配電所，當采用建筑物的基礎作接地極且接地電阻又滿足規定時，可不另設人工接地。

5 結論

變電所的接地在電氣設計中是十分重要和復雜的問題，但目前的做法多參照國家及地方接地標準圖集，而圖集中接地做法也各有不同，且與國際電工標準有所出入，由此導致接地系統存在安全隱患，這應引起我們電氣設計人員的高度重視。同時希望制定規范的專家，對變電所的接地做法進行明確規定。

[1]王厚余.變電所的系統接地和雜散電流[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量驗收規范.

[4]IEC60364低壓電氣裝置.