低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

董德坤，商 濤

(1.黑龍江省電力有限公司，黑龍江哈爾濱 150090;2.哈爾濱電業(yè)局，黑龍江哈爾濱 150001)

低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

董德坤1，商 濤2

(1.黑龍江省電力有限公司，黑龍江哈爾濱 150090;2.哈爾濱電業(yè)局，黑龍江哈爾濱 150001)

介紹了國(guó)內(nèi)電廠低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)幾種接地方式，列出了低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地、高電阻接地方式及采用直接接地方式的特點(diǎn)，并通過實(shí)際計(jì)算比較了不同接地方式對(duì)人體觸電的危害，提出了不同接地方式可采取的安全措施及使用建議。

廠用電;中性點(diǎn);接地方式;選擇

0 引言

長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)電廠低壓廠用電系統(tǒng)的中性點(diǎn)均采用直接接地方式。自20世紀(jì)80年代引進(jìn)國(guó)外的設(shè)計(jì)技術(shù)后，出現(xiàn)了中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高電阻接地的運(yùn)行方式。但使用中發(fā)現(xiàn)全廠采用低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式極不方便，所有采用220 V的設(shè)備和分散的附屬建筑照明需另設(shè)單獨(dú)的380/220 V中性點(diǎn)接地的隔離變壓器。同時(shí)，由于負(fù)荷分散，各處負(fù)荷較小，各隔離變壓器的容量也很小，短路阻抗相對(duì)較大，設(shè)備運(yùn)行滿載，設(shè)備停運(yùn)空載，電壓波動(dòng)很大。因此，在2002年頒布的《DL/T 5153－2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中強(qiáng)調(diào)了在“主廠房?jī)?nèi)的低壓廠用電系統(tǒng)宜采用三相三線制，中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地的方式或采用動(dòng)力與照明共用的三相四線制中性線直接接地方式。”而不是原先的“發(fā)電廠的低壓廠用電系統(tǒng)宜采用380 V中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高電阻接地的系統(tǒng)。”［1］

1 中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高電阻接地方式的特點(diǎn)

低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高電阻接地方式如圖1所示。兩種接地方式均屬中性點(diǎn)不接地范疇，以下簡(jiǎn)稱“不接地系統(tǒng)”。

圖1 低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高電阻接地方式

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn):

1)單相接地故障時(shí)，可以避免開關(guān)立即跳閘和電動(dòng)機(jī)停運(yùn)，提高了低壓廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

2)單相接地故障時(shí)，單相接地電流值在小范圍內(nèi)變化，可以采用簡(jiǎn)單的接地保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)有選擇性的動(dòng)作。

3)必須另設(shè)照明、檢修網(wǎng)絡(luò)，需要增加照明和其它單相負(fù)荷的供電變壓器。

4)不需要為了滿足短路保護(hù)的靈敏度而放大饋線電纜的截面。

5)對(duì)采用交流操作的回路，需要設(shè)置控制變壓器。

2 中性點(diǎn)直接接地方式的特點(diǎn)

單相接地故障時(shí):

1)中性點(diǎn)不發(fā)生位移，防止了相電壓出現(xiàn)不對(duì)稱和超過250 V。

2)保護(hù)裝置應(yīng)立即動(dòng)作與跳閘，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3)為了獲得足夠的靈敏度，要躲開電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，不能利用自動(dòng)開關(guān)的過流瞬動(dòng)脫扣器，必須加裝零序電流互感器組成單相短路保護(hù)。

4)對(duì)于熔斷器保護(hù)的電動(dòng)機(jī)，為了滿足饋線電纜末端單相接地短路電流大于熔件額定電流的4倍，需加大電纜截面或改用四芯電纜，甚至要采用自動(dòng)開關(guān)作保護(hù)電器。

現(xiàn)階段進(jìn)行實(shí)際地面氣象觀測(cè)工作的主要是基層氣象部門。因此，要實(shí)現(xiàn)地面氣象觀測(cè)效果的提高，首先就要加強(qiáng)對(duì)基層氣象部門的管理/首先，建立起一支技術(shù)過硬、業(yè)務(wù)精熟的隊(duì)伍。通過對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)使其對(duì)本職工作中可能用到的相關(guān)氣象只是進(jìn)行掌握。同時(shí)強(qiáng)化人才培養(yǎng)和引進(jìn)，建立完善的人才培養(yǎng)機(jī)制，使得相關(guān)地面氣象觀測(cè)新技術(shù)得以正常開展使用。強(qiáng)化制度建設(shè)，建立起完善的部門管理制度，提高相關(guān)業(yè)務(wù)人員的責(zé)任心，避免在日常工作中出現(xiàn)失誤，影響天氣預(yù)測(cè)的精確度。

動(dòng)力和照明、檢修網(wǎng)絡(luò)可以共用，低壓廠用網(wǎng)絡(luò)比較簡(jiǎn)單，用于采用交流操作的場(chǎng)合，可以省去在每一回路上安裝控制變壓器的費(fèi)用。

3 中性點(diǎn)直接接地與不接地系統(tǒng)安全性的技術(shù)分析

式中:IR為通過人體的電流，mA;UPh為相電壓，V;RR為人體電阻，一般取2 000～4 000 Ω。

將RR=2 000 Ω代入式(1)，可得IR=110 mA。

將RR=4 000 Ω代入式(1)，可得IR=55 mA。

可見，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，如發(fā)生人體與單相帶電導(dǎo)體接觸的事故，流過人體的電流約為55～110 mA;而在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)人身誤碰某一相(如A相)導(dǎo)體時(shí)，流過人體的電流Ir應(yīng)為

在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)人手接觸某相導(dǎo)體時(shí)，流過人體的電流IR為式中U'A為A相對(duì)地電壓，V。

低壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)人體觸電時(shí)的等效電路如圖2所示［2］。由圖2可得

圖2 低壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)人體觸電時(shí)的等效電路圖

例如，電廠內(nèi)1臺(tái)1 000 kVA變壓器的饋電網(wǎng)絡(luò)有5～6 km電纜，1臺(tái)2 000 kVA變壓器的饋電網(wǎng)絡(luò)有10～11 km電纜。按電纜平均截面為70 mm2計(jì)，低壓電纜的電容量為 0.72 μF/km，則單相對(duì)地電容C:

對(duì)于1 000 kVA變壓器的電纜電容，C1=0.72×6=4.32 μF;對(duì)于2 000 kVA變壓器的電纜電容，C2=0.72 ×11=7.92 μF。

將上述電容值、RR=2 000～4 000 Ω、UA=220 V代入式(5)，可分別求出不同容量變壓器的對(duì)應(yīng)參數(shù)值。

如取RR=4 000 Ω，根據(jù)同上的計(jì)算，可得

可見，在低壓廠用電中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，盡管變壓器所帶電纜的電容量足夠大，也不能保證人身觸電時(shí)的安全。相對(duì)于1 000 kVA和2 000 kVA變壓器，流過人身的電流為54.5～110 mA。這與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)相比較(55～110 mA)，相差無幾，這是由于在上面例子中人體電阻比系統(tǒng)對(duì)地容抗大，而且電阻與容抗有90°相角差的原因。而流過人身的電流達(dá)到80～100 mA時(shí)，心臟就會(huì)發(fā)生心室纖維顫動(dòng)，所以對(duì)人身安全有很大的危險(xiǎn)。

4 低壓系統(tǒng)的電容電流

在低壓廠用電中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，單相接地故障電流主要由電纜的電容電流組成。電容電流的大小會(huì)影響系統(tǒng)接地報(bào)警裝置的靈敏度。

低壓廠用電系統(tǒng)中的電容電流主要來自電纜對(duì)地的等值電容。在中小型機(jī)組中，由于受供電范圍及開斷設(shè)備參數(shù)的限制，1臺(tái)低壓廠用變壓器的容量在1 000～1 250 kVA，電纜長(zhǎng)度有限，所以低壓系統(tǒng)的電容電流基本忽略不計(jì)。但大機(jī)組的低壓廠用變壓器容量上升到2 000 kVA及以上時(shí)，電纜網(wǎng)絡(luò)便擴(kuò)大，加之采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，因此低壓廠用電系統(tǒng)的電容電流必須予以充分重視。

當(dāng)使用無鎧裝全塑電纜時(shí)，其對(duì)地電容電流極小，可近似認(rèn)為等于零。當(dāng)使用金屬保護(hù)層的鎧裝電纜時(shí)，其每相對(duì)地電容值如表1所示。

表1 1 kV鎧裝電纜每相對(duì)地電容值

變壓器容量為1 000 kVA和2 000 kVA，對(duì)應(yīng)的電纜的總長(zhǎng)度最大約為6 km和11 km，設(shè)電纜平均截面為70 mm2，分別計(jì)算最大單相接地電容電流值。

對(duì)應(yīng)1 000 kVA變壓器，最大單相接地電容電流ICmax為

對(duì)應(yīng)2 000 kVA變壓器，最大單相接地電容電流ICmax為

式中:ICmax為單相接地電容電流最大值，A;Umax為低壓廠用電最高電壓，V;C為每相對(duì)地電容。

5 結(jié)論

1)低壓廠用電系統(tǒng)接地電容電流比較小，一般在1 A左右，而且單相接地時(shí)的檢測(cè)手段較復(fù)雜，因此，應(yīng)采用高電阻接地方式，增加一個(gè)固定的電阻電流，可使單相接地時(shí)的電流足夠大，確保接地報(bào)警裝置可靠動(dòng)作，以簡(jiǎn)化檢測(cè)手段。

2)采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)時(shí)，需將主廠房照明等主要220 V電源系統(tǒng)獨(dú)立出來，并設(shè)置好相應(yīng)的高壓開關(guān)柜及電動(dòng)機(jī)的加熱器等所需380/220 V干式變壓器。這樣，中性點(diǎn)直接接地就無需增加控制變壓器，簡(jiǎn)化了低壓廠用網(wǎng)絡(luò)。

6 結(jié)論

通過上述分析可知，低壓廠用電中性點(diǎn)無論接地或不接地，都有其優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，正如國(guó)際上這兩者都在廣泛使用一樣，所以在實(shí)際使用中應(yīng)視情況而定。

［1］DL/T 5153－2002，火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［2］邱關(guān)源.電路(上冊(cè))［M］.北京:高等教育出版社，1989.

The choice of low－voltage auxiliary power system neutral grounding modes

DONG Dekun1，SHANG Tao2
(1.Heilongjiang Electric Power Co.，Ltd.，Harbin 150090，China;2.Harbin Electric Power Bureau，Harbin 150001，China)

The paper introduced several grounding method of neutral point of the low－voltage auxiliary power system in domestic power plant，listed in the low －voltage auxiliary power system neutral point ungrounded，high resistance grounding and directly to ground characteristics，and compare different grounding on the human body to electric shock hazards throuhg the actual calculation.Different grounding method that can be taken safety measures and use recommendations.

auxiliary power;neutral point;grounding method;select

TM727

A

1002－1663(2012)02－0125－03

2011－11－16

董德坤(1976－)，男，1998年畢業(yè)于東北電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師。

(責(zé)任編輯 郭金光)