电力装置接地的几个问题中国航空规划建设发展有限公司 刘屏周

电力装置接地的几个问题电力装置接地的几个问题 中国航空规划建设发展有限公司 刘屏周 1 1 电力装置接地电力装置接地 1.11.1 功能接地与保护接地功能接地与保护接地 电气装置接地涉及两个方面：一方面是电源功能接地，如电源系统接地，多指发电机组、电 力变压器等中性点的接地，一般称为系统接地，或称系统工作接地。另一方面是电气装置外露可导 电部分接地，起保护作用，故习惯称为保护接地。电气装置功能接地与保护接地如图 1-1 所示。 功能接地的主要作用： 为大气或操作过电压提供对地泄放的回路，避免电气设备绝缘被击穿； 提供接地故障回路，当发生接地故障时，产生较大的接地故障电流，迅速切断故障回路； 降低电气设备和和输电线路的绝缘水平； 中性点不接地系统，当发生接地故障时，虽能保证供电连续性，但非故障相对地电压升高 1.73 倍，系统中的设备及线路绝缘均较中性点接地系统绝缘水平高，增加投资费用； 中性点不接地系统，需大量安装绝缘监测装置。 保护接地的主要作用： 降低预期接触电压； 提供工频或高频泄漏回路； 为过电压保护装置提供安装回路； 等电位联结。 图 1-1 电气装置功能接地与保护接地 2 根据电气装置的要求，接地配置可以兼容或分别地承担保护和功能两种目的。对于保护的目的 要求，始终应当予以优先地考虑。 对接地配置的要求，在于提供一种符合下述要求的对地连接： 对装置的防护要求既可靠又适用； 能将对接地故障电流和保护导体电流传导入地，且不会因此电流而产生有害的热的、热机 械的、电动机械的应力以及电击危险； 如兼有功能接地，也应适用于对功能要求； 能耐受可预见的外界影响(见 IEC 60364-5-51)，如机械应力和腐蚀。 1.2 电化学腐蚀电化学腐蚀 GBGB 50057-201050057-2010 建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范中的“5.4.5 在敷设于土壤中的接地体连接到混凝土 基础内起基础接地体作用的钢筋或钢材的情况下，土壤中的接地体宜采用铜质或镀铜或不锈钢导体。 ” GBGB 16895.3-201X16895.3-201X 低压电气装置低压电气装置 第第 5-545-54 部分部分 接地配置和保护导体（送审稿）接地配置和保护导体（送审稿） 中的“542.2.5 应考虑在接地配置中采用不同材料时的电解腐蚀。当自埋入混凝土基础内的接地极引出外接导体时 （例如接地导体） ，埋在土壤内的外接导体不应采用热浸镀锌钢材。 ” 、 “C.4 埋入混凝土基础内接 地极以外的其它接地装置部分可能出现的腐蚀的问题 应注意到埋入混凝土内的普通钢材(裸露或热浸镀锌)与埋入土壤内铜材的电化学电位相等。因 此，对埋入基础附近土壤内的钢材与埋入混凝土基础内的接地极钢材的不同接地装置部分出现电化 学腐蚀危险。此作用也可在大的建筑物钢筋基础内产生。 任何钢质接地极不应直接从混凝土基础进入土壤，除非接地极由不锈钢制作或采用适当的防潮 措施。表面热浸镀锌或涂漆或其它措施，此后发现其防腐蚀的效果不够好。在此建筑物周围或附近 宜采用非热浸镀锌钢材作附加的接地装置，为使接地装置本部分提供足够的使用寿命。 ” 同一种金属暗敷设在不同场所，电极电位是不相同的。暗敷设常用金属接地体电极电位见表 1- 1。 表 1-1 在土层内或混凝土内常用金属电极电位表 金属名称电解液对铜/硫酸铜的电位/V 铅土层湿度-0.5-0.7 铁（钢）土层湿度-0.5-0.8 铁（生锈的）土层湿度-0.4-0.6 铸铁（生锈的）土层湿度-0.2-0.4 锌（包括镀锌铁）土层湿度-0.7-1.0 铜土层湿度 0.0-0.2 混凝土内铁水泥湿度-0.1-0.3 (摘自DIN 57100VDE 0100 等电位联结和基础接地附录 1 中的表 6) 从上表可以看出混凝土内的钢筋电极电位为0.10.3V，而在土壤中敷设的镀锌铁电极电位 为0.71.0V，如果将两处的接地体连接起来，形成原电池，其电位差为0.40.9V 之间。 土壤中敷设的镀锌铁接地体的镀锌层被腐蚀掉，变成生锈铁，其电极电位为0.40.6V，两部 分接地体间电位差为0.10.5V 之间。继续不断腐蚀土壤中的接地体，腐蚀程度取决与两部分 接地体面积的比例，利用混凝土内的钢筋面积越大，土壤中敷设的接地体被腐蚀越块。 为了减小电化学腐蚀，在土壤中敷设的接地体应该用混凝土包围，使接地体完全敷设在相同的 场所内，使两部分接地体具有同一电极电位，不产生电化学腐蚀。 3 1.31.3 TTTT 系统与系统与 TN-STN-S 系统应用在同一建筑物系统应用在同一建筑物 建筑物的底层或地下室部分，由城市公用电网供电，采用 TT 系统供电；而建筑物其它部分， 属于业主自行管理，则采用 TN-S 系统供电。TT 系统低压供电时，如图 1-2 所示。在一个建筑物内 TT 系统与 TN-S 系统供电，为了总等电位联结，保护接地在一个建筑物内只能有一个。当 TT 系统 采用高压供电时，变压器低压侧的中性点要独立接地，该接地配置应与保护接地配置绝缘，如图 1-3 所示。 图 1-2 TT 系统低压供电与 TN-S 系统供电接地示意图 图 1-3 TT 系统高压供电与 TN-S 系统供电接地示意图 2 10kV 系统的接地方式系统的接地方式 4 10kV 系统中性点接地可分为： 中性点非有效接地系统（中性点不接地系统） 包括中性点绝缘（不接地）系统、谐振（经消 弧线圈）接地系统、高电阻接地系统； 中性点有效接地系统（中性点接地系统） 中性点直接接地系统或经低电阻接地系统 。 2.1 10kV 系统中性点不接地系统系统中性点不接地系统 (1) 接地故障特点 配电系统在正常运行时，三相基本平衡电压作用下，各相对地电容电流 ICL1、ICL2 、ICL3相等， 分别超前相电压 90，ICL1ICL2ICL3UC，其 ICL1ICL2ICL30，系统中性点与地有相同 电位。 L1 相发生接地故障，忽略故障点的接地电阻，视为金属性接地，10kV 系统各支路的电容电流 的流向如图 2-1 所示： 图 2-1 10kV 系统接地故障示意 从 10kV 系统接地故障示意图可以得出结论： a)全系统所有非故障的各支路，故障相的电容电流均为零，非故障相均有电容电流； b)在故障支路，故障相流过所有各支路的电容电流的总和； c)故障支路的电容电流其方向由负载流向电源，非故障各支路的电容电流其方向由电源流向负 载； d)故障支路检测的零序电流为各非故障支路电容电流总和； e)接地故障电流大小与接地故障点的位置无关，只与接地故障点的接地电阻有关。 10kV 系统接地故障，电压与电流相量关系如图 2-2 所示： 5 图 2-2 10kV 系统接地故障相量图 L1 相发生接地故障，相当于在 L1 相上加上 U0UL1，L2 相 L3 相也加上 U0UL1，非故 障相对地电压升高倍，其夹角由 120变成 60，合成的电容电流增大倍，接地故障电流为33 单相电容电流的 3 倍，Id3UC。 (2) 优缺点 a)接地故障引起系统内部过电压可达 3.5 倍相电压，易使设备和线路绝缘被击穿。 b)油浸纸绝缘电力电缆达 20A，聚乙烯绝缘电力电缆达 15A，交联聚乙烯绝缘电力电缆达 10A，接地故障电流引燃电弧则不能自熄，引起间歇性电弧，产生过电压易产生相间短路或火灾； c)非故障相对地电压升高倍。系统内设备或电缆绝缘等级相应提高；3 d)发生接地故障时，报警而不切断故障支路，保证供电的连续性； e)接地故障在一段时间内存在，接地故障电压易使人遭受电击或引起火灾。 DL/T 401-2002 高压电缆选用导则高压电缆选用导则中的 “3“3 电缆和附件的额定电压电缆和附件的额定电压 3.1 在本标准中以U0、U 表示电缆和附件的额定电压，以Um表示电缆运行最髙电压；以Upl和Up2分别 表示其雷电冲击和操作冲击绝缘水平。这些符号的意义如下： U0设计时采用的电缆和附件的每一导体与屏蔽层或金属套之间的额定工频电压； U设计时采用的电缆和附件的任何两个导体之间的额定工频电压； Um设计时采用的电缆和附件的任何两个导体之间的运行最高电压，但不包括由于事故和突然 甩负荷所造成的暂态电压升髙； 注：U值仅在设计非径向电场的电缆和附件时才有用。 Upl设计时采用的电缆和附件的每一导体与屏蔽层或金属套之间的雷电冲击耐受电压之峰值； Up2设计时采用的电缆和附件的每一导体与屏蔽层或金属套之间的操作冲击耐受电压之峰值。 3.2 电缆的额定电压值U0/U和Um的关系列于表1。 表1 电缆的额定电压值U0/U和Um的关系 kV 序号 U0/UUm 1 2 3 1.8/3, 3/3 3.6/6, 6/6 6/10, 8.7/10 3.6 7.2 12 6 4 5 6 7 8 9 8.7/15, 12/15 18/20 18/30, 18/33 26/45, 26/47 36/60,36/66，36/69 64/110，64/115 17.5 24 36 52 72.5 123 5.15.1 电力系统种类电力系统种类 A 类：接地故障能尽可能快地被清除，但在任何情况下不超过lmin的电力系统。 B 类：该类仅指在单相接地故障情况下能短时运行的系统。一般情况下，带故障运行时间不超 过lh。但是，如果有关电缆产品标准有规定时，则允许运行更长时间。 注：应该认识到在接地故障不能被自动和迅速切除的电力系统中，在接地故障时，在电缆绝缘上过高的电场强 度使电缆寿命有一定程度的缩短。如果预期电力系统经常会出现持久的接电故障，也许将该系统归为下述的C 类是 经济的。 C 类：该类包括不属于A 类或B 类的所有系统。 为了使本标准的推荐能适用于各种型式电缆，还应参照有关电缆产品标准，如GB 11017（额定 电压110kV 铜芯、铝芯交联聚乙烯绝缘电力电缆）、GB/T 12706（额定电压1kV（Um=1.2kV）到 35kV（Um=40.5kV）挤包绝缘电力电缆及附件）和 GB/T 12976（额定电压35kV(Um=40.5kV)纸绝缘电 力电缆及其附件）。 5.4 Upl的选择 根据线路的冲击绝缘水平、避雷器的保护特性、架空线路和电缆线路的波阻抗、电缆的长度以 及雷击点离电缆终端的距离等因素通过计算后确定，但不应低于表2 的规定值。 表2 电缆的雷电冲击耐受电压 kV ” DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中的 “表 3 无间隙金属氧化物避雷器持续运行电压和额定电压 持续运行电压 UC /kV 额定电压 UR /kV系统接地方式 相 地中性点相 地中性点 110kV 3/ m U 0.45 Um0.75 Um0.57 Um 220kV 3/ m U 0.13 Um (0.45 Um)0.75Um 0.17 Um (0.57 Um) 有 效 接 地330kV、50 0kV )59. 0( 3 m m U U 0.13 Um 0.75 Um (0.8 Um) 0.17 Um 3kV20kV1.1 Um; Umg 3/;64 . 0 gmm UU 1.38 Um;1.25 Umg 0.8 Um;0.72 Umg 不 接 地 35kV、66k V Um 3/ m U 1.25 Um0.72 Um 7 消弧线圈Um; Umg 3/ m U ; 3/ gm U 1.25 Um;1.25 Umg 0.72 Um；0.72 Umg 低电阻0.8 UmUm 高电阻1.1 Um; Umg 3/1 . 1 m U ； 3/ gm U 1.38 Um；1.25 Umg 0.8 Um;0.72 Umg 注 1 220kV 括号外、内数据分别对应变压器中性点经接地电抗器接地和不接地。 2 330kV、500kV 括号外、内数据分别与工频过电压 1.3p.u.和 1.4p.u.对应。 3 220kV 变压器中性点经接地电抗器接地和 330kV、500kV 变压器或高压并联电抗器中性点经接地电抗器接地 时，接地电抗器的电抗与变压器或高压并联电抗器的零序电抗之比小于等于 1/3。 4 110kV、220kV 变压器中性点不接地且绝缘水平低于表 21 所列数值时，避雷器的参数需另行研究确定。 表 19 电压范围电气设备选用的耐受电压 雷电冲击耐受电压 /kV 短时(1min)工频耐受电压 (方均根值) /kV 断 口断 口 系统 标称 电压 kV 设备 最高 电压 kV 设备 类别 相对地相 间断路 器 隔离 开关 相对地相 间断路 器 隔离 开关 变压 器 4040 2020 33.6 开关4040404625252527 变压 器 60(40)60(40)25(20)25(20) 67.2 开关60(40)60(40)607030(20)30(20)3034 变压 器 75(60)75(60)35(28)35(28) 1012 开关75(60)75(60)75(60)85(70)42(28)42(28)42(28) 49(35) 变压 器 1051054545 1518 开关105105115464656 变压 器 125(95)125(95)55(50)55(50) 2024 开关12512512514565656579 变压 器 185/200185/20080/8580/85 3540.5 开关185185185215959595118 变压 器 350350150150 6672.5 开关325325325375155155155197 8 变压 器 450/480450/480185/200185/200 110126 开关 450、55 0 450、55 0 450、 550 520、 630 200、2 30 200、23 0 200、 230 225、 265 变压 器 850、95 0 850、95 0 360、3 95 360、39 5 220252 开关 850、95 0 850、95 0 850、 950 950、 1050 360、3 95 360、39 5 360、 395 410、 460 注 1 分子、分母数据分别对应外绝缘和内绝缘。 2 括号内和外数据分别对应是和非低电阻接地系统。 3 开关类设备将设备最高电压称作“额定电压” 。 ”。、 GBGB 311.1-2012311.1-2012 绝缘配合绝缘配合 第第1 1部分：定义、原则和规则部分：定义、原则和规则(IEC(IEC 60071-160071-1：2006,IEC2006,IEC 60071-60071- 1 1：2010,MOD2010,MOD） 表 2 范围（1 kV Um 252 kV）的标准绝缘水平 kV 额定雷电冲击耐受电压（峰值）系统标称电压 Us（有效值） 设备最高电压 Um（有效值）系列 I系列 II 额定短时工频耐受 电压（有效值） 67.2406025 1012.0 6075 90 30/42c; 35 1518 7595 105 40; 45 2024.09512550; 55 3540.5185/200a80/95c; 85 6672.5325140 110126450/480a185; 200 (750)b(325)b 850360 950395 220252 1 050460 9 1系统标称电压 3 20 kV所对应设备的系列I的绝缘水平,在我国仅用于中性点直接接地（包 括小电阻接地）系统。 a 该栏斜线下之数据仅用于变压器类设备的内绝缘。 b 220 kV 设备，括号内的数据不推荐使用。 c 该栏斜线上之数据为设备外绝缘在湿燥状态下之耐受电压（或称为湿耐受电压） ；该栏斜 线下之数据为设备外绝缘在干燥状态下之耐受电压（或称为干耐受电压） 。在分号“；”之 后的仅用于变压器类设备的内绝缘。 IECIEC 60071-160071-1：20112011 InsulationInsulation co-ordinationco-ordination PartPart 1 1：Definitions,Definitions, principlesprinciples andand rulesrules 10 11 2.2 10kV 系统中性点谐振（经消弧线圈）接地系统系统中性点谐振（经消弧线圈）接地系统 中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧， 实践证明，当接地电流大于 30A 时，一般形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁线路和 可能引起多相相间短路。如果接地电流大于 5A10A，但小于 30A，则有可能形成间歇性电弧，这 是由于电网中电感和电容形成了谐振回路所致。间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，从而危及整 个电网的绝缘。如果接地电流在 5A 以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。中性点经消弧 线圈接地的电力系统, 所谓消弧线圈，其实就是具有气隙铁芯的电抗器，它装在变压器或发电机中 性点与地之间，如图 2-3 a)所示。由于装设了消弧线圈，构成了另一回路，接地点接地电流中增加 了一个电感性电流分量，它和装设消弧线圈前的电容性电流分量相抵消，减小了接地点的电流，使 电流易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。 从图 2-3 b)可看出，例如 L1相接地时，中性点电压 U0变为-UL1，消弧线圈在 U0作用下产生电 感电流 IL(滞后于 U090)，其数值为 （21） arar c L L U X U I 式中 U电网的相电压，V； Lar消弧线圈的电感，H。 Xar消弧线圈的电抗，。 a)示意图 b)相量图 图 2-3 中性点经消弧线圈接地的系统单相接地故障示意图和相量图 中性点谐振（经消弧线圈）接地，系统正常运行时，消弧线圈与系统相线对地的分布电容形 成串联谐振回路，如图 2-4 所示。中性点位移电压 U0为： （22） 22 0 d U U 式中 电网不对称度， 其中 a 为复数算子 321 32 2 1 LLL LLL CCC aCCaC ， ，CL1、CL2、CL3分别为 L1 相、L2 相、L3 相对 2 3 2 1 Ja 2 3 2 1 2 Ja 12 地分布电容，F。设 CL1CL2CL33C； 补偿脱谐度， ； C LC 3 /13 d电网阻尼度， ； C gg d L 3 3 U电网相电压，V； g电网每相对地漏电导。S； L消弧线圈补偿电感，H； gL消弧线圈有功损耗等效电导，S。 图 2-4 中性点谐振（经消弧线圈）接地系统正常运行时等效电路 中性点经谐振（经消弧线圈）接地系统发生接地故障时，消弧线圈与系统的分布电容组成并 联谐振电路，如图 2-5 所示。补偿后的接地故障残余电流 IE为： 22 )/13()3(LCggUI LE 按消弧线圈对系统容性电流补偿大小可分为： a) ，称全补偿。CL3/1 b) ，称欠补偿；CL3/1 c) ，称过补偿。CL3/1 图 2-5 中性点谐振（经消弧线圈）接地系统接地故障时等效电路 全补偿方式，接地故障残余电流 Id最小，有利接地故障点电弧自熄；但补偿脱谐度 为零， 系统中性点位移电压 U0最大，当电网不对称度 较大时，系统中性点有较高的电压，出现虚幻的 13 接地现象。 欠补偿方式，接地故障残余电流 Id较大，接地故障点电弧自熄较困难。因故障或运行需要切 除部分回路，易产生串联谐振过电压。在实际运行中，欠补偿方式不被采用。 过补偿方式，接地故障残余电流 Id较大，不利于接地故障点电弧自熄，但它不易产生串联谐 振过电压。实际运行中，过补偿方式常被采用。 系统在运行中，经常接通或切除部分回路，系统中分布电容电流有较大的变化，满足脱谐度的要求， 消弧线圈的电感也相应改变，需人工改变消弧线圈的抽头位置，接地故障残余电流 Id小于 5A10A 以下，系统出现谐振过电压可能性降低。发生接地故障时，非故障相对地电压升高 倍。3 谐振（经消弧线圈）接地系统应满足： (1) 谐振（经消弧线圈）接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系 统标称相电压的 15%。 (2) 谐振（经消弧线圈）接地系统故障点的残余电流不宜超过 10A，必要时可将系统分区运行。 消弧线圈宜采用过补偿运行方式。 (3) 谐振（经消弧线圈）的容量应根据系统 5 年10 年的发展规划确定，并应按下式计算： （23） 3 35 . 1 U I n c w 式中：W消弧线圈的容量，kVA； IC接地电容电流，A； Un系统标称电压，kV。 (4)系统中消弧线圈装设地点应符合下列要求： 1)应保证系统在任何运行方式下，断开一、二回线路时，大部分不致失去补偿。 2)不宜将多台消弧线圈集中安装在系统中的一处。 3)如变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器，其容量应与消弧线圈的容量相 配合。 当采用零序电流互感器时，首先要估算系统零序电流的大小，其估算方法如下： a）架空线的电容电流计算 （24） 350 lU I n C 式中：Un电网的标称电压，kV； l线路长度 ，km； IC接地电容电流，A。 b) 电缆线的电容电流计算 一般来讲，电缆要比同样长度的架空线的电容电流大 25 倍（三芯电缆）50 倍（单芯电缆） ， 在近似计算中可采用 （25）lUI nC 1 . 0 式中：Un电网的标称电压，kV； l线路长度 ，km； IC接地电容电流，A。 上述电容电流的计算值只能用于某些对准确度要求不很高的场合. 14 通过上述估算,可知道系统的总的零序电流，然后进行电流互感器的选择，电流互感器选择的 基本原则是：线路发生单相故障时，安装在该线路的零序电流电流互感器二次侧能提供大于 10mA ,且 小于 800mA 的零序电流。 零序电流的检测，架空出线是采用三相电流组成滤过器来检测零序电流，接线如图 2-6a)所示； 电缆出线是采用零序电流互感器，电缆穿过零序电流互感器内孔，电缆头的接地线务必穿过零序电 流互感器后再接地，接线如图 2-6 b)所示。 图 2-6a) 三相电流组成滤过器(架空线路) 图 2-6 b) 零序电流互感器(电缆线路) 2.3 10kV 系统中性点经高电阻接地系统系统中性点经高电阻接地系统 中性点经高电阻接地接地故障等值电路，如图 2-7 所示。若忽略电源的零序阻抗，则接地故 障电流 IE为： （26） gngn n E RCRJRR CRJ EI 3 31 对于金属性接地故障，可认为 ，上式变为：0 g R （27） n n d R CRJ EI 31 取 ，则 C Rn 3 1 cd IUCI232 图 2-7 中性点经高电阻接地接地故障等值电路 15 中性点经高电阻接地系统，系统中容性电流达 7.5A10A 时，则接地故障电流 Id为 10.6A14.1A。低压系统接地电阻 4 时，传导到低压侧接地故障电压 Uf 为 42.3V56.4V。因接 地故障长期存在，供电的连续性得到保证，但高电阻接地系统仅适用于系统容性电流小于 7.5A 系 统。 举例说明中性点经高电阻接地系统应用： 1）发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时，宜采用高电阻接地方式。电阻器一般接 在发电机中性点变压器的二次绕组上。接地电阻是通过接地变压器 TV 接入系统的，如图 2-8 a)所 示。U1为高压系统的相电压，I1 接地故障电流，选定为 4A，接地变压器的容量 STU1I1 （应考 虑变压器容量的过载系数） 。接地变压器付端电压 U2选定为 100V 或 220V，接地变压器付端电流 I2U2/ U1I1，则 RnU2 / I2。虽然 Rn不到 1，但归算到一次侧，则有数百 ，仍为中性点经高 电阻接地系统。 a)经接地变压器接地 b)经接地电阻接地 图 2-8 中性点经高电阻接地系统 2）发电机单相接地故障保护采用中性点经高电阻直接接地，如图 2-8 b)所示。由电流互感 器检测单相接地故障电流，作用与报警或跳闸。 中性点经高电阻接地系统中，安装绝缘监测装置。发生接地故障时，绝缘监测装置发出信号， 运行管理人员找出接地故障回路，及时排除故障。 2.4 10kV 系统中性点经低电阻接地系统系统中性点经低电阻接地系统 根据接地故障电流大小，划分低电阻或高电阻接地。当接地故障电流大于或等于 100A 而小 于或等于 1000A 时，为低电阻接地方式；接地故障电流小于 10A 时，为高电阻接地方式。低电阻 接地方式的接地故障电流一般情况下选择为 300A800A，10kV 系统低电阻接地方式接地电阻不同 地区选择为 10 或 16。 当低压系统接地型式为 TT 系统时，外露可导电部分与变压器低压中性点有相互独立的接地极， 高压系统发生接地故障，接地故障电流 IE流经外露可导电部分的接地电阻 RE产生接地故障电压 Uf，引起设备的工频过电压如图 2-9 所示。 高压系统中性点有效接地系统，发生接地故障时迅速地切断电源，保护电器动作时间小于 5s， 按绝缘配合要求，低压系统绝缘电压为 1200V。 高压系统中性点非有效接地系统，发生接地故障时不切断电源，接地故障持续时间可达 2h，按 16 绝缘配合要求，低压系统绝缘电压为 250V。 图 2-9 高压系统的接地故障引起 TT 系统工频过电压 当低压系统接地型式为 TN 系统时，外露可导电部分与变压器低压中性点相互连接的接地极， 高压系统发生接地故障，接地故障电流 IE流经外露可导电部分的接地电阻 RB产生接地故障电压 Uf，TN 系统内 PEN（PE）导体对地电位升高如图 2-10 所示。 高压系统中性点有效接地系统，发生接地故障时迅速地切断电源，保护电器动作时间内， PEN（PE）导体对地电位升高持续存在。 高压系统中性点非有效接地系统，发生接地故障时不切断电源，接地故障持续时间可达 2h，PEN（PE）导体对地电位升高持续存在。 图 2-10 高压系统的接地故障在 TN 系统内 PEN（PE）导体对地电位升高 1.2 防护措施 1.2.1 设备工频过电压防护 从绝缘配合要求，接地故障保护电器动作时间5s，工频过电压不超过 1200V；接地故障保护 电器动作时间5s，工频过电压不超过 250V。设备工频过电压其值为接地故障电流 IE流经外露可 17 导电部分的接地电阻 RE产生接地故障电压 Uf，高压系统中性点经低电阻接地，可限制接地故障电 流 IE，或降低接地电阻 RE。 1.2.2 PEN（PE）导体对地电位升高防护 (1)限制接触电压 高压系统发生接地故障引起 PEN（PE）导体对地电位升高，未做总等电位联结场所，接触电压 值为接地故障电压 Uf，允许接触电压与接地故障保护电器动作时间函数曲线见图 2-11。 图 2-11 高压发生接地故障时允许接触电压值 高压系统中性点有效接地系统，接地保护电器动作时间内，为了使 PEN（PE）导体对地电位升 高数值应满足图 2-11 要求，尽量缩短保护电器动作时间或降低接地故障电流 IE直至满足要求为止。 高压系统中性点非有效接地系统，发生接地故障时 PEN（PE）导体对地电位升高持续存在，应 采取总等电位联结措施。 (2)总等电位联结 图 2-12 为常用的 TN-C-S 系统，在电源进线处 PEN 导体分成 PE 导体和 N 导体(N 导体从此处开 始与 PE 导体绝缘)，未安装总等电位联结,如果设备发生接地故障，忽略接地故障点的阻抗，RA与 RB串联后再与 ZPEN并联，RA+RBZPEN；人体阻抗 Zh与鞋袜和地板电阻 Rp串联后再与 ZPE并联， Zh+RpZPE，接地故障电流 IE流经相导体和 PE 导体、PEN 导体，返回变压器低压绕组，即 图 2-12 TN 系统等电位联结作用 18 （2-8） PEPENLT E ZZZZ U I 0 式中 IE接地故障电流，A； U0相对地标称电压，V ； ZT变压器零序阻抗， ； ZL相导体阻抗， ； ZPE电气装置内部 PE 导体阻抗， ； ZPEN电气装置外部 PEN 导体阻抗， 。 接触电压 UT1可用下式计算 （2-9） PEE BA A PENET ZI RR R ZIU 1 式中 UT1未设置总等电位联结接触电压，V； IE接地故障电流，A； ZPEN电气装置外部 PEN 导体阻抗， RA外露可导电部分接地电阻，； RB变压器低压侧中性点接地电阻，； ZPE电气装置内部 PE 导体阻抗，。 做了总等电位联结后接触电压为 （2-10） PEET ZIU 2 式中 UT2设置总等电位联结接触电压，V； IE接地故障电流，A； ZPE电气装置内部 PE 导体阻抗，。 式（2-9）-式（2-10） ，做了总等电位联结后，减少的接触电压为 （2-11） BA A PENETT RR R ZIUUU 21 式中 U做了总等电位联结后减少的接触电压，V； UT1未设置总等电位联结接触电压，V； UT2设置总等电位联结接触电压，V； IE接地故障电流，A； ZPEN电气装置外部 PEN 导体阻抗， RA外露可导电部分接地电阻，； RB变压器低压侧中性点接地电阻，。 (3）局部等电位联接降低 PE 导体对地电位升高 线导体发生与外露可导电部分或保护接地导体之间可忽略不计阻抗的故障，保护电器应在所要 求的切断电源时间内自动切断线导体: 对于不超过 32A 的终端回路，其最长的切断电源的时间见表 2-1。 19 表 2-1 最长的切断时间 50 V400 V/s 系统 a.c.d.c.a.c.d.c.a.c.d.c.a.c.d.c. TN0.8 注 1 0.450.20.40.10.1 TT0.3 注 1 0.20.40.070.20.040.1 当 TT 系统内采用过电流保护电器切断电源，且其保护等电位联结连接到电气装置内的所有装 置外可导电部分时，该 TT 系统可以采用表中 TN 系统最长的切断电源时间。 U0：交流或直流线对地的标称电压。 注 1：切断电源的时间要求可能是为了电击防护之外的原因。 注 2：采用剩余电流保护器 （RCD）切断电源的时间预期剩余故障电流通常为 5In确定。 TN 系统内32A32A 配电回路，其切断电源的时间不允许超过 5s。 TT 系统内32A32A 配电回路，其切断电源的时间不允许超过 1s。 如图 2-13 所示，如果发生32A 设备接地故障，接地故障电流 IE则为： （2-12） 21 0 PEPEPENLT E ZZZZZ U I 式中 IE接地故障电流，A； ZT变压器零序阻抗，； ZL相导体阻抗，； ZPENPEN 导体阻抗，； ZPE1进线配电箱至终端配电箱 PE 导体等值阻抗，； ZPE2固定式设备至配电箱 PE 导体等值阻抗，； U0相导体对地的标称电压，V。 32A 供电回路设备的接触电压 UT1为： （2-13） 11PEET ZIU 式中 UT1-32A 供电回路设备的接触电压，V； IE接地故障电流，A； ZPE1进线配电箱至终端配电箱 PE 导体等值阻抗，。 电源系统接地的电阻值 RB与保护导体接地电阻值 RA之和远远大于 PEN 导体阻抗 ZPEN，故在以 上的接地故障电流的计算中，忽略了接地极的分流。 采用如图 2-14 所示的局部等电位联结时，其接地故障电流为 （2-14） 2 1 1 0 PE PEPE PEPE PENLT E Z ZZ ZZ ZZZ U I 式中 IE接地故障电流，A； ZT变压器零序阻抗，； ZL相导体阻抗，； ZPENPEN 导体阻抗，； 20 ZPE1进线配电箱至终端配电箱 PE 导体阻抗，； ZPE2固定式设备至配电箱 PE 导体阻抗，； ZPE与 ZPE1并联回路导体阻抗，； 6543PEPEPEPEPE ZZZZZ U0相导体对地的标称电压，V。 接地故障电流 IE的分流 IE2为 （2-15） PEPE PE E PE PEPE PEPE E E ZZ Z I Z ZZ ZZ I I 1 11 1 2 式中 IE2流过局部等电位联接接地故障电流，A IE接地故障电流，A； ZPE1进线配电箱至终端配电箱 PE 导体阻抗，； ZPE与 ZPE1并联回路导体阻抗，；。 6543PEPEPEPEPE ZZZZZ 32A 供电回路设备的预期接触电压 UT2为 （2-16）)( 4322PEPEET ZZIU 式中 UT2设置局部等电位联接后32A 供电回路设备的接触电压，V； IE2流过局部等电位联接接地故障电流，A； ZPE3局部等电位联接端子至终端配电箱辅助等电位联接导体阻抗，； ZPE4局部等电位联接端子至混凝土内钢筋辅助等电位联接导体阻抗，。 通过 UT1与 UT2的比较可发现，局部等电位联结消除自总等电位联结后沿 PE 导体的危险故障电 压，即使保护电器切断时间超过 5s，32A 供电回路设备的预期接触电压 UT2仅为接地故障电流的 分流 IE2在 ZPE3和 ZPE4的电压降，ZPE3和 ZPE4的值甚小，不致于发生电击事故。 图 2-13 TN 系统未有局部等电位联结 21 图 2-14 TN 系统有局部等电位联结 (4）局部 TT 系统供电 总等电位联结作用范围以外低压供电应采用 TT 接地型式供电，保护电器为额定动作电流不大 于 30mA 剩余电流动作保护器。 从图 2-12 可知，做了总等电位联结后，电源线路中 PEN 导体对地电位升高的电压虽不在建筑 物内产生接触电压，但它能使接地母排对地电位升高。由于在总等电位联结作用范围内电气装置外 露可导电部分和装置外可导电部分都和接地母排相连通，其电位都同样升高而基本处于同一电位上， 人体接触这些可导电部分时，没有接触不同电位，自然不存在电击危险的。 总等电位联结范围外低压配电应采用 TT 接地型式供电，但仍有采用 TN-S 接地型式供电，有产 生电击的可能。TN-S 供电系统如图 2-15 所示。 图 2-15 T N-S 供电电路图 在每基电杆处做重复接地，重复接地的主要作用在于降低保护接地的接地电阻值。由于 TN-S 系统不能消除 PE 导体带故障电压，总等电位联结范围外低压配电应采用 TT 接地型式供电，如图 2-16 所示。 图 2-16 TT 供电电路图 供电线路的泄漏电流超过时： 采用三相供电（线路的泄漏电流估算：1/2000 负载电流（三相） ；1/1000 负载电流（单相） ； 分成多回路供电，使每回路泄漏电流不使剩余电流动作保护器误动作； 双重绝缘或加强绝缘； 特低电压。 确定变电所接地电阻值应考虑高压系统中性点对地情况（中性点有效接地和中性点非有效接地） 及低压系统接地型式（常用 TN、TT）组合： 高压系统中性点有效接地 （a）低压为 TT 系统，应考虑绝缘配合要求：电压限值 1200V； 22 （b）低压为 TN 系统，接地故障保护电器动作时间内，PEN（PE）导体对地电位升高限值应小 于按图 1-3 确定接触电压限值。 高压系统中性点非有效接地 （a）低压为 TT 系统，应考虑绝缘配合要求：电压限值 250V； （b）低压为 TN 系统，接地故障可存续 2h，PEN（PE）导体对地电位升高限值应小于按图 1-3 确定接触电压限值。 通过计算可得出流经变电所接地电阻的接地电流，或规定接地电流数值，如经低电阻接地的 10kV 接地电流为 600A，根据以上电压限值和接地电流，可得出接地电阻值。 变电所接地电阻值不宜定为单一值，根据高、低压系统组合确定不同值。 3 接到总接地端子的保护（接到总接地端子的保护（等电位）等电位）联结导体联结导体 GBGB 16895.3-201X16895.3-201X 低压电气装置低压电气装置 第第 5-545-54 部分部分 接地配置和保护导体（送审稿）接地配置和保护导体（送审稿） 中的 “542.4.1 在采用保护等电位联结的每个装置中都应配置总接地端子，并应将下列导体与其连接： 保护联结导体； 接地导体； 保护接地导体；（接到总接地端子的保护等电位联结导体） 有关的功能接地导体。 注 1：当保护导体已通过其它保护导体与总接地端子连接时，则不需要把每根保护导体直接接到总接地端子上。 注 2：建筑物的总接地端子，通常可用于功能接地的目的。对信息技术目的，它被认为是对地的连接点。 多个接地端子配置场所，其接地端子应相互连接。 ” 、 “附录 B （资料性附录） 接地配置和保护导体的示例 23 索引 符 号名 称备 注 C外界可导电部分 C1水管, 引入的金属管或区域供热管 C2排水管, 引入的金属管 C3插入绝缘段的燃气管，引入的金属管 C4空调 C5供热系统 C6水管，如浴室里的金属水管 见 GB 16895.13-2012 的 701.415.2 C7排水管，如浴室里的金属水管 见 GB 16895.13-2012 的 701.415.2 D插入绝缘段 MDB总配电盘 DB配电盘由总配电盘供电 MET总接地端子见 542.4 SEBT辅助等电位联结端子 T1 埋入混凝土基础内接地极或埋入土壤基础内接地 极 见 542.2 T2可能安装的防雷装置的接地极见 542.2 LPS可能安装的防雷装置 PE配电盘内的 PE 端子(排) PE/PEN总配电盘内的 PE/PEN 端子(排) M外露可导电部分 1保护接地导体（PE） 见 543 截面积见 543.1 保护接地导体类型见 543.2 电气连续性见 543.3 1a 如适用, 来自供电网络的保护接地导体或 PEN 导 体 2连接到总接地端子的保护联结导体见 544.1 3辅助联结的保护联结导体见 544.2 4如适用, 防雷装置引下线 5接地导体见 542.3 注：功能接地导体在图 B.54.1 中未示。 图 B.54.1基础接地极和保护导体的接地配置示例” 、 “544“544 保护联结导体保护联结导体 24 544.1544.1 接到总接地端子的保护联结导体接到总接地端子的保护联结导体 接到总接地端子的保护联结导体其截面积不应小于装置内最大保护接地导体一半，且不小于： 6mm2 铜；或 16 mm2