配電網接地方式對用戶安全性影響比較

崔東君

(國網北京市電力公司順義供電公司，北京　101300)

配電網接地方式對用戶安全性影響比較

崔東君

(國網北京市電力公司順義供電公司，北京101300)

摘要：以目前常見的中性點不接地和經消弧線圈接地方式與中性點經小電阻接地方式為研究對象，結合北京地區電網的實際情況，通過分析兩類接地方式在不同短路情況下對用戶用電安全的影響，得出目前使用小電阻接地方式在安全性、適用性方面具有優勢的結論。

關鍵詞：接地方式；小電阻接地；安全性

0引言

隨著社會發展，配電網的結構和特性也發生著變化。以北京市配電網發展為例，2000年以前，全市10 kV配電系統以中性點不接地和經消弧線圈接地為主。2000年以后，隨著全市配電網中電纜使用量的增加，造成電容電流數值大幅增加，北京市部分變電站將中性點接地方式改為了經小電阻接地，在發生接地故障時保護裝置動作切斷故障電流。這種接地方式的改變也影響著配電系統的配置和用戶的用電安全。

下面將以北京市配電網為例比較不接地或中性點經消弧線圈接地系統與中性點經小電阻接地系統的特點，以及這兩類接地方式對用戶用電安全的影響。

1配電網接地標準

IEC國際電工委員會將低壓配電系統接地方式分為：TT系統、TN系統、IT系統[1]。TN、TT、IT 3種形式均使用了兩個字母，以表示三相電力系統和電氣裝置的外露的可導電部分(設備外殼、底座等)的對地關系。第1個字母表示電力系統的對地關系，即T表示一點直接接地(通常為系統中性點)；I表示不接地(所有帶電部分與地隔離)，或通過阻抗(電阻器、電抗器)及通過等值線路接地。第2個字母表示電氣裝置外露可導電部分的對地關系，即T表示獨立于電力系統可接地點而獨立接地；N表示與電力系統可接地點直接進行電氣連接。

1.1　TN系統

在TN系統中，為了表示中性線和保護線的組合關系，有時在TN代號后面還可附加以下字母：S表示中性線和保護線在結構上是分開的；C表示中性線和保護線在結構上是合一的(PEN線)。

TN系統常見的接線形式如下：

1)TN-S系統：整個系統的中性線與保護線是分開的，見圖1。

圖1　TN-S接地系統

2)TN-C-S系統：系統中有一部分中性線與保護線是合一的，見圖2。

3)TN-C系統：整個系統的中性點與保護線是合一的，見圖3。

圖2　TN-C-S接地系統

圖3　TN-C接地系統

1.2　TT系統

TT 系統有1個直接接地點，電氣裝置的外露導電部分接至電氣上與低壓系統的接地點無關的接地裝置。

圖4　TT接地系統

1.3　IT系統

IT 系統的帶電部分與大地間不直接連接(經阻抗接地或不接地)，而電氣裝置的外露導電部分則是接地的。

圖5　IT接地系統

2兩類接地系統在故障時對用戶的影響分析

為分析低壓配電系統不同接地方式對用戶的影響，選擇高壓側為10 kV的配電變壓器為研究對象。10/0.1 kV 配電變壓器既是10 kV 配電系統的負荷側，又是220/380 V 系統的電源側，因此它既需做10 kV 側的設備外殼的接地(保護接地)，也需要做低壓側中性點的接地(工作接地)。

中性點不接地或經消弧線圈接地系統與中性點經小電阻接地系統兩類接地方式在發生單相接地時對用戶的影響在于單相接地時入地電流的大小不同以及故障切除時間的差別，下面將從高壓側外殼擊穿和高壓側對低壓側擊穿兩種故障情況進行分析。

2.1　配電變壓器高壓側對外殼擊穿

2.1.1對不接地或經消弧線圈接地系統影響

不接地或經消弧線圈接地系統中的接觸電位差不應超過下列數值：

Ur+50+0.05ρ

(1)

此時土壤電阻率取干燥的混凝土地面等于1 000 Ω·m，不接地或經消弧線圈接地系統中接地點最高接觸電位差應小于100 V。

當10 kV 配電系統中性點不接地或經消弧線圈接地時，10 kV 配電系統發生高壓側對外殼擊穿時，接地電流將不大于10 A ，該電流在配電變壓器接地裝置上將產生約40 V的電壓(按照電力行業標準，假設配電變壓器的保護接地裝置的接地電阻符合標準，且按照最嚴重情況考慮為4 Ω)，由于工作接地與保護接地是共用的，這個電壓將沿低壓側中性線傳遞到用電器具的金屬外殼上，從而可能在高壓側發生對外殼擊穿時，使接觸用電器具金屬外殼的人員觸電，但是由于該電壓小于前述的接觸電位100 V，所以對人身來說是安全的，而且用戶在線路入戶處做了重復接地，配電變壓器的接地電阻非常小，所以實際傳遞到用戶用電器具的金屬外殼的電壓是非常小的[2]。

2.1.2對經小電阻接地系統影響

小電阻接地系統接觸電位差不應超過下列數值：

(2)

北京市電力公司規定小電阻接地系統中發生單相接地故障時跳閘時間取0.2 s(保護動作時間+開關動作時間)，且按照IEC規定，低電阻接地系統中故障情況下0.2 s跳閘時所允許的故障電壓應小于450.0 V。

在10 kV配電系統中性點經小電阻接地系統中，按照北京現在這種配電網低壓中性線的接線方式，如果此時配電系統發生高壓側對外殼擊穿時，此時接地電流較不接地系統或經消弧線圈接地系統的短路電流大。北京實測的電流約為430 A，考慮極嚴重情況接地電阻為4 Ω，此時該電流在配電變壓器接地裝置上將產生略小于2 000 V 的電壓降，遠大于允許的接觸電位，此電壓將沿低壓側中性線傳遞到用電器具的金屬外殼上，從而給人身安全也帶來危險。其實這種極嚴重情況是不可能出現的，因為配電變壓器中性點為并聯連接，假設接地電阻為1 Ω(即僅有4臺變壓器的接地裝置并聯)，此時的電壓將為430 V，小于允許的數值。所以小電阻接地系統發生高壓側對外殼擊穿時，用戶用電是安全的[3]。

2.1.3對用戶影響分析

1)雖然小電阻接地系統在發生高壓側對外殼擊穿時入地電流較大；但是由于公共地線的并聯分流效果，對于用戶的用電安全仍然是有保證的，并不會因為接地方式的改變而使用戶受到電氣上的危害。

2)兩種接地系統在發生高壓側對外殼擊穿時，對用戶的電氣危害是非常小的。

2.2　配電變壓器高壓側對低壓側擊穿

2.2.1對不接地或經消弧線圈接地系統影響

若發生高壓側對低壓側擊穿故障，電流將沿著進戶線(火線或零線)串入用戶，將危及用電設備及用戶的安全；但因不接地或經消弧線圈接地系統短路電流數值較小，接觸電壓也不高，若配電變壓器的保護接地裝置的接地電阻符合R≤50/I要求且不超過4 Ω時，低壓系統電源接地點可以與該變壓器保護接地共用接地裝置。

2.2.2對經小電阻接地系統影響

在小電阻接地系統中，短路電流較大，接觸電壓也較高，需要按照配電變壓器安裝在室內或室外兩種情況進行分析。

1)當配電變壓器安裝在建筑物外時，對于低壓零線接在一起的多臺配電變壓器的等效接地電阻在0.5 Ω或以下時(相當于接地電阻為4 Ω的8個或以上連入公共零線的接地裝置并聯)，保護接地與工作接地可以不分開；

如果低壓零線接在一起的多臺配電變壓器等效接地電阻在0.5 Ω以上時，應該采取措施降低配電變壓器的接地電阻，使等效接地電阻等于或小于0.5 Ω；對于單獨接地的配電變壓器，如果接地電阻在4 Ω及以下時，保護接地與工作接地分開的距離不得小于5 m；

如果單獨接地的配電變壓器接地電阻大于4 Ω時，公式L(m)=R(Ω)+1選取保護接地與工作接地分開的距離L。

2)當配電變壓器安裝在建筑物內時，配電變壓器保護接地的接地裝置接地電阻符合R≤ 2000/I的要求，且建筑物內采用(含建筑物鋼筋的)總等電位連接時，低壓系統電源接地點可與該變壓器保護接地共用接地裝置。

2.2.3對用戶影響分析

中性點不接地或經消弧線圈接地系統由于其接地電流較小，所以在防止短路故障對用戶造成危害的措施方面較為簡單，即僅需要考慮接地電阻的要求；中性點經小電阻接地系統應該充分考慮環境、接線形式等因素，采用適當方式降低接地電阻[4]。

3兩類接地方式在防雷方面的區別

10 kV城市配電網系統的防雷主要是防止感應雷對系統的危害，對于接地方式的不同，防雷方面需要做的措施區別不大，即選擇合適的避雷器安裝在合適的位置等。

但是在此需要注意的是：原有中性點接地方式(不接地或經消弧線圈接地)中的氧化鋅避雷器主要是防雷擊過電壓。 而對于系統中的操作過電壓等是采取躲避的方式。即要求此時避雷器不工作；但是在系統采取中性點經小電阻接地方式后，由于操作過電壓的大幅降低，即此時避雷器不僅可以作為防雷的設備，還可以用來限制操作過電壓。這也給氧化鋅避雷器在10 kV 系統中的大量推廣使用提供了條件[5-6]。

4結論

接地方式對于人身的安全影響主要體現在兩個方面，一方面是由于接地方式不同，單相接地時的入地電流不同，而引起地電位抬高、接觸電壓過大而使人發生觸電的事故；另一方面是由于人體直接接觸帶電線路而發生觸電的事故，從前面的分析得出，中性點經小電阻接地這種方式與不接地或經消弧線圈接地方式相比具有一定的優勢。

1)不接地或經消弧線圈接地系統改成經小電阻接地這種方式，不會由于入地電流增大而對低壓(380/220 V)用戶造成種種電氣危險。

2)由于人體直接接觸帶電線路而發生觸電這種方式與中性點的接地方式并沒有絕對的關系；而與觸電者接觸帶電體的方式及觸電后脫離的時間有著密切關系，對于北京的配電線路而言，由于電纜的大量使用(四環以內主要以電纜為主)、裸架空線換成了絕緣線等因素，四環以內配電系統采用中性點經小電阻接地與不接地或經消弧線圈接地有一定優勢。

參考文獻

[1]朱仲鳴. 6～35 kV電纜系統采用中性點經電阻接地[J]．電力安全技術，1996(5).

[2]M．Clement，D．Daniel，J．Borgeal .Developments in MV Neutal Control at Electricite De France[J].Cired 1991(2):14.

[3]中國電機工程學會，高壓專委會，過電壓與絕緣配合分專業委員會．過電壓討論會論文集[C].1997.

[4]賀景亮．電力系統電磁兼容[M]．北京：水利電力出版社，1993.

[5]DL 5033-94，送電線路對電信線路危險影響設計規程[S]．

[6]DL/T 5063-1996，送電線路對電信線路干擾影響設計規程[S]．

中圖分類號：TM727

文獻標志碼：B

文章編號：1003-6954(2015)04-0041-03

作者簡介：

崔東君 (1984)，工學碩士，工程師，主要從事供電方案制定、工程組織方面的工作。

(收稿日期：2015-03-29)

Abstract：Taking the common grounding modes, that is, neutral point unearthed and neutral point earthed via arc-suppression coil, and neutral grounding through low resistance as studying objects, the influences of these kinds of grounding modes on the security of using electricity under different short circuits are analyzed combining with the actual situation of power grid in Beijing area, and it is obtained that at present using low resistance grounding has its advantages in security and applicability.

Key words：grounding mode; low resistance grounding; security