農(nóng)村配電網(wǎng)改造中臺區(qū)變接地系統(tǒng)的重要性

王富雄

(云南電網(wǎng)公司怒江貢山供電局，云南 怒江 673500)

0 前言

接地系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)各種電器設(shè)備的零電位點(diǎn)與大地作良性連接，由金屬接地體引至各種電氣設(shè)備零電位部位的裝置，是保證電力系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施，接地技術(shù)關(guān)系到系統(tǒng)的正常運(yùn)行和供電可靠性。

1 低壓配電系統(tǒng)接地方式

低壓配電系統(tǒng)的接地制式按配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備不同的接地組合來分類。按照國際電工委員會(IEC)規(guī)定，低壓配電系統(tǒng)的接地制式分為TT、TN、IT 三種。農(nóng)村低壓電力網(wǎng)宜采用TT 系統(tǒng)，城鎮(zhèn)電力用戶宜采用TN－C 系統(tǒng)，對安全有特殊要求的可采用IT 系統(tǒng)。同一低壓電力網(wǎng)中不應(yīng)采用兩種保護(hù)接地方式。

1)TT 系統(tǒng):變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，系統(tǒng)內(nèi)所有受電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分用保護(hù)接地線(PEE)接至電氣系統(tǒng)接地點(diǎn)無直接關(guān)連的接地極上，如圖1 所示。

圖1 TT 系統(tǒng)

TT 系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，由于受到電源側(cè)接地電阻和電器設(shè)備接地電阻的限制，短路電流不大，所以可減少接地短路時(shí)的危險(xiǎn)性，但除了小容量的用電設(shè)備以外，在大多數(shù)情況下不足以使一般過電流保護(hù)設(shè)備切斷電源，容易造成電擊事故，因此，TT 系統(tǒng)特別適用于容量較小的電氣負(fù)荷，例如對住宅供電等。如果電氣負(fù)荷容量較大，必須采用剩余電流動作保護(hù)器，利用接地故障時(shí)的泄漏電流使漏電保護(hù)器動作切斷電源。

2)TN－C 系統(tǒng):變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，整個(gè)系統(tǒng)的中性線(N)與保護(hù)線(PE)是合一的，系統(tǒng)內(nèi)所有受電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分用保護(hù)線(PE)與保護(hù)中性線(PEN)相連接，如圖2 所示。

圖2 TN－C 系統(tǒng)

圖3 IT 系統(tǒng)

在TN－C 系統(tǒng)中，保護(hù)線與中性線合并為(PEN)線，具有簡單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生接地短路故障時(shí)，故障電流大，可采用過電流保護(hù)器切斷電源，保證安全，但對于單相負(fù)荷或三相不平衡負(fù)荷以及有諧波電流負(fù)荷的線路，(PEN)線路有電流其所產(chǎn)生的壓降呈現(xiàn)在電氣設(shè)備的金屬外殼和線路金屬套管上，對敏感的電子設(shè)備不利。同時(shí)，由于(PEN)線路在同一建筑物內(nèi)往往相互有電氣連接，因此當(dāng)(PEN)線路斷線或相線直接與大地短路時(shí)，都將呈現(xiàn)相當(dāng)高的對地故障電壓，這有可能擴(kuò)大事故范圍。

3)IT 系統(tǒng):變壓器中性點(diǎn)不接地或高阻抗接地，系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分用保護(hù)接地線(PEE)單獨(dú)接在接地極上，如圖3 所示。在這種系統(tǒng)中當(dāng)出現(xiàn)第一次故障時(shí)，故障電流受到限制，電氣設(shè)備的金屬外殼上不會產(chǎn)生危險(xiǎn)性的接觸電壓，因此可以不切斷電源，電器設(shè)備還能繼續(xù)運(yùn)行。此時(shí)報(bào)警設(shè)備報(bào)警，通過檢查線路來排除故障，可減少或消除電氣設(shè)備的停電時(shí)間，所以特別適用于要求連續(xù)工作的電氣設(shè)備，如大型電廠的廠用電和需要連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)用電等。IT 系統(tǒng)要求不要配出中性線，因?yàn)榕涑鲋行跃€后，當(dāng)發(fā)生第一次故障時(shí)，IT 系統(tǒng)將根據(jù)電器設(shè)備外露導(dǎo)電部分的接地情況轉(zhuǎn)變?yōu)門T 或TN 系統(tǒng)，而保護(hù)設(shè)備原來按IT 系統(tǒng)配置，IT 系統(tǒng)往往引出中性線，在這種情況下中性線上需要裝設(shè)過電流檢測裝置，該裝置受到激勵(lì)時(shí)，應(yīng)將包括中性線在內(nèi)的所有帶電導(dǎo)線從電源斷開。若該中性線短路已受到電源側(cè)保護(hù)電器的有效保護(hù)，或該回路由剩余電流動作保護(hù)裝置保護(hù)，且其額定剩余動作電流不超過該中性線載流量的0.15 倍，該裝置動作時(shí)又能將所有帶電導(dǎo)線包括中性線斷開，則可不裝設(shè)檢測設(shè)備。

2 等電位聯(lián)接

等電位聯(lián)結(jié)就是將建筑物內(nèi)部和建筑物本身的所有大金屬構(gòu)件全部用母排或?qū)Ь€進(jìn)行電氣連接，使整個(gè)建筑物的正常非帶電體處于電氣連通狀態(tài)。是低壓交流配電系統(tǒng)防止電擊事故的主要措施之一，保護(hù)接地和等電位聯(lián)結(jié)都可以減小建筑物電氣裝置內(nèi)出現(xiàn)電位差，是防止人體間接觸電的有效措施，即使在接地故障保護(hù)失靈的情況下，也能在較大限度范圍內(nèi)消除觸電傷亡事故?？偟入娢宦?lián)結(jié)的作用是使建筑物內(nèi)的電位均衡，降低觸電電壓，消除電源線路引入建筑物的危險(xiǎn)電壓，防止雷擊，防止和消除靜電危害及電磁干擾。在采用TN 系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障，故障電流流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)接地電阻時(shí)，將產(chǎn)生故障電壓，故障電壓將沿PEN 線或PE 線蔓延至建筑物內(nèi)，使建筑物內(nèi)所有連接PEN 線或PE 線的電氣裝置外露導(dǎo)電部分都將帶此故障電壓。如果建筑物內(nèi)設(shè)置了總等電位聯(lián)結(jié)，則PEN 線或PE 線通過總等電位聯(lián)接與外部導(dǎo)電部分相連接，使人能觸及的各種金屬導(dǎo)體和地面的電位都上升到與PEN 線或PE 線基本相等的電位，因而不會產(chǎn)生電位差引起的電擊危險(xiǎn)，能達(dá)到防止電擊的目的。當(dāng)PEN 線發(fā)生斷線故障，如果三相負(fù)荷不平衡，則會造成配供用電系統(tǒng)的中性線位移，中性點(diǎn)對地將有電壓。此時(shí)與PEN 線相連接的電氣裝置的外露部分也有電壓，這是很危險(xiǎn)的，如果設(shè)置了總等電位連結(jié)，則電擊危險(xiǎn)將顯著減輕或消除。

3 電氣設(shè)備接地和接零

按接地目的的不同，主要可分為工作接地、重復(fù)接地、保護(hù)接地、過電壓保護(hù)接地、防靜電接地和屏蔽接地等。電力系統(tǒng)中為了運(yùn)行的需要而設(shè)置的接地稱為工作接地，如變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地(圖4 所示);變壓器、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)除工作接地外，與中性點(diǎn)連接的引出線為工作零線，將工作零線上的一點(diǎn)或多點(diǎn)再次與地連接稱為重復(fù)接地，如圖5 所示。

圖4 工作地接地

圖5 重復(fù)接持電氣原理圖

圖6 (a)保護(hù)接地;(b)保護(hù)接零

電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬鐵塔、構(gòu)件等由于絕緣損壞可能帶電，為了防止這種電壓危及人身安全而設(shè)置的其外殼及金屬部分與大地可靠連接的接地為保護(hù)接地，如圖6 (a)。中性點(diǎn)不接地而當(dāng)一相接地后，似乎不能構(gòu)成回路，但是由于每相導(dǎo)線對地有絕緣電阻R'，對地還有電容C，因此，接地的一相通過R'和C 與另外兩相構(gòu)成回路，當(dāng)設(shè)備絕緣損壞使外殼帶電而外殼未接地的情況下，人體觸及外殼，相當(dāng)于單相觸電，系統(tǒng)絕緣性能下降時(shí)有觸電的危險(xiǎn)，當(dāng)設(shè)備外殼可靠接地，人體觸及設(shè)備外殼時(shí)，由于通過人體的電流很小，不會有危險(xiǎn)。

保護(hù)接零就是將電氣設(shè)備的金屬外殼接到零線，如圖6 (b)所示，當(dāng)電動機(jī)某一相繞組的絕緣損壞而外殼接地時(shí)，就形成單相短路，將這一相中的熔絲熔斷，因而外殼便不再帶電。即使在熔絲熔斷前人體觸及外殼時(shí)，由于人體電阻遠(yuǎn)大于線路電阻，通過人體電流是極小的。在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，不宜采用保護(hù)接地，這是因?yàn)楫?dāng)電氣設(shè)備的絕緣損壞時(shí)，接地電流Ie=Up/R0+R'0，式中Up為系統(tǒng)相電壓;R0和R'0分別為保護(hù)接地和工作接地的接地電阻。若系統(tǒng)電壓為380V/220V，R0=R'0=4Ω，則接地電流Ie=220/4+427.5A，為了保證保護(hù)裝置能可靠動作，接地電流不應(yīng)小于繼電保護(hù)裝置動作電流的1.5 倍或熔絲額定電流的3 倍。如果電器設(shè)備容量較大，就得不到保護(hù)，接地電流長期存在，外殼也將長期帶電，而一般接觸36V 以下電壓時(shí)，通過人體的電流不宜超過0.05A，否則就有生命危險(xiǎn)。

4 接地裝置的安裝要求

接地裝置在必須按照設(shè)計(jì)和規(guī)程要求施工，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范化，保證工程質(zhì)量確保接地裝置安全運(yùn)行，為了便于運(yùn)行維護(hù)，運(yùn)行單位應(yīng)備有接地裝置接線圖、施工檢查記錄、測量記錄等相關(guān)工程質(zhì)量評定表。接地裝置施工安裝必須符合以下基本要求。一是接地電氣回路要連續(xù)、完整、可靠連接;電氣設(shè)備至接地極之間，必須保證可靠連接，并不得有脫節(jié)現(xiàn)象，以保證接地裝置具有良好的導(dǎo)電性。二是為防止接地導(dǎo)線機(jī)械受損，工程建設(shè)上應(yīng)將接地線盡量安裝至不容易接觸到的地方，但為了便于檢查必須敷設(shè)在明顯處。三是接地支線不得串聯(lián)。為了提高接地的可靠性，電氣設(shè)備的接地(零)支線應(yīng)單獨(dú)與接地(零)干線或接地網(wǎng)相連，而不得進(jìn)行單獨(dú)串聯(lián)。四是保證埋設(shè)深度及地下安裝距離。確定接地極的埋深時(shí)應(yīng)盡量減小自然因素的影響，一般不應(yīng)使埋深小于0.6m，并應(yīng)將其埋在凍土層以下。在特殊地區(qū)，水平接地極用扁鋼帶敷設(shè)時(shí)，其埋深也不應(yīng)小于0.3m，接地極與建筑物及人行道的地下安裝距離不應(yīng)小于1.5m，與獨(dú)立避雷針等的集中接地極間的距離不得小于3m。

5 結(jié)束語

為了避免中性線燒斷事故，必須對中性線各部分的接觸處與相線一樣嚴(yán)格要求，堅(jiān)持定期維修檢查，調(diào)整負(fù)荷盡量使三相平衡，減少中性點(diǎn)電壓位移機(jī)會和數(shù)值。主要措施有:

1)在變壓器JP 柜和用戶電能表后裝設(shè)剩余電流動作保護(hù)器。

2)做好重復(fù)接地，除在變壓器中性點(diǎn)接地外，在每個(gè)分支線首端和末端采取多點(diǎn)重復(fù)接地。

3)杜絕檢修后后將相線與中性線接觸。

［1］《農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程》DL/T499－2001;

［2］《實(shí)用接地技術(shù)》劉丙江編者;

［3］《電力系統(tǒng)接地技術(shù)》杜松懷 主編、張?bào)慊?副主編;

［4］《10kV 及以下配電線路典型故障分析與預(yù)防》丁榮 編;