一点接地及四极开关

建蓰电气。 l-_一I 口1 6年第2期I 占 接地及四极开关 凌智敏(悉地国际设计顾问(深圳)有限公司，广东省深圳市 518057) 1 8057，to of“to is is to to to be to of“if be to be to E in 摘要：一点接地及四极开关均是治理杂散电 流、杂散电磁干扰的措施介绍“一点接地”及“四 极开关”治理杂散电流的机理，提出：应优先选用 “一点接地”：当变配电所与发电机房相距远采用“四 极开关”时。应加强维护管理将“断零”的可能降到 最低；有条件时可选用高压发电机组与市电进行切 换：提示注意“一点接地”与键词：杂散电流：杂散电磁干扰：低压配电系 统电源侧接地；一点接地；四极开关；多电源系统； 双电源切换装置(中图分类号：献标识码：A 03969j0038493201602002 一点接地及四极开关看起来是风马牛不相及的两 个议题，但两者的内涵及功能却在治理杂散电流、杂 散电磁干扰措施上展现相同的逻辑及思路。 一点接地说的是低压变配电系统电源侧的一种接 地方式；四极开关则是开关的某类属性。采用一点接 地，或四极开关或一点接地+四极开关的设计方式 可以消除 而消除杂散电流、消除杂散电磁干扰。 1 关于一点接地 1。1 低压配电系统的接地方式 大家都知道，低压配电系统的接地型式分：地型式所采用的文字符号第1个 字母表示电源系统对地的关系：T某点对地直接 连接；I所有的带电部分与地隔离，或某点通过 高阻抗接地 第2个字母则表示装置的外露导电部分对地的关 系，这部分因与本文无关，故不作全面介绍。 上文所指的“某点”，在低压交流系统中即是电 源系统中性点N。 12 上所述可知，式是相同的两者的区别仅在于负荷侧的接地方式 不同。因此，压配电系统一点接地的设计是完全一样的(图1)。 负荷侧的接地方式则决定于从低压配电系统所引出导 作者信息 凌智敏，女，悉地国际设计顾问(深圳)有限公司，教授级高级工程师，顾问副总裁。 8 ! I 78 3n 体的功能及是否引出2)。 13变压器单台运行时，不会产生杂散电流。也无 需考虑一点接地 对于单台变压器的于形成环路，当然也不会产生杂散电流，所以无需考 虑一点接地事宜(图3、图4)。 图3表示变压器单台运行接地型式为， 正常工况下时：单相负荷电流、三相不平衡负荷电流的向量 和、3次谐波及其倍数次谐波的算术和及其他高次 谐波的向量和。据此。因此设计中往往将再大些。形成干扰源，但此干扰源与大地无关。在设计中， 要尽量减小负荷不平衡度，尽量消除线路中的谐波， 改善电磁环境。 图1 at in is T N r1 一一手一- 一+十一7 一+十一+。 一一 一一 一一7- 十 蛮 暑呈1 蛮 器2 I 电柜 - ! l l + I l l I I 【 ： l k 剩余电流监测装置 【 十 十 l _ 一| 十 十 l _| I I | 十 十 | l C 十 十 - _ 2 1 3 1 3 N 2 系 ： 统 T CS 系 J I 十一十一十一一 L -L 一 一 -+ 7。_一 2从一点接地的以引出NC、或 NC NCS be N 4是上述单台变压 器发生接地故障时，障电流流向图。 正常工况时极小的正常泄漏电流 外，无剩余电流，大地中 无杂散电流。虽然负荷电流及谐波电流 由于然 不会对与大地有关的建筑 物金属构件、金属管道、 设备金属外壳等产生杂散 干扰。 发生接地故障时。流过故障电流导致电 磁环境恶化。当保护电器 在规定时间内切断故障 故障电流消失，不友好的 就是说。暂的，可不予考虑。 14 多台变压器(即多 电源)并联运行时，电源 侧的外的环路流通。形成杂 散电流、杂散干扰 两台变压器一组运行， 按03032002建筑 电气工程施工质量验收规 范规定接地时，会产生杂 散电流如图5中的蓝色 虚线所示。图6按堡塑墨粤塑堑差 壅塑苎 B 9 建 电荔 _口1 6年第2期1 Il l ； r l 低配电柜 。Il l I l J J l 、 、 、 I I 0 I l 二一r 一 、， I 。 二， l 1 2 、 J J 6 6 6占一一 电气装置 图3 系统正常工况下 in NS 压器1 低压配电柜 。 J I I J f l I 、丈、)l(、) f I l l l r 、， l 二一一， I l L“一 一 1 7N l 2 、 ， 、 (I I 6 6 l l 电气装置 _J 图4 系统接地故障工况下 PE in of NS 5 两台变压器一组运行，按03032002建筑电气工程施工质量 验收规范规定接地时，会产生杂散电流，形成杂散干扰 be to a of is in as B 503032002 规定采用一点接地，消除了杂散电流形成的通路， 消除了杂散电流。 有人提议将两台变压器间的联络开关改用四极 似也可以消除杂散电流形成的通路。这种设计方法与 一点接地相比不仅增加成本，而且还隐藏“断零”的 隐患 。 10 _l! ： ! !题 ! 80 经济，还消除“断零” 15发电机房与低压变配 电室相距很近均采用一点 接地 实际工程设计中因 消防要求，往往要设计应 急发电机组。通常，发电 机房与低压变配电室相距 很近，彼此相邻。此时变 配电系统及发电机配电系 统均采用一点接地由于 两者相距很近。发电机配 电系统是通过低压变配电 系统的一点接地实施一点 接地的。值得注意的是， 不论变配电系统或发电机 配电系统的主电源开关、 母联开关以及均为三极这种设计不 仅可以消除杂散电流，而 的隐患(图7)。 16按03032002建筑电气工程施工质量 验收规范规定接地和按 1 68951200803641：2005规定一点接地 当变压器低压侧中性线套管出口处发生接地故障， 故障电流绝大部分经变压器金属外壳返回电源，所以 图6按除了杂散电流形成的 通路，消除了杂散电流 to be by in EC 配电房的环形接地线不是 属等电位联结线。 通常是选用404镀锌扁钢 作为该环形等电位联结线 (图8) 按 1689512008 03641：2005规定 一点接地同样是在变压器 低压侧中性线套管出口处接 地故障，故障电流流经配电 室内部分环形干线返回电 源，此环形干线是图9)。接地故障实际上是 一种短路，当然要及时切断 电源，作为故障回路的要满足该故障时的热稳定 要求，即要根据变压器的容 图7 当变配电室与应急发电机房相毗邻，为消除杂散电流，变压器、发电机均采用一点接地， 且发电机是通过变压器的一点接地实施一点接地 In be in to in is in 1 曼堡些墨 塑 薹 堡塑苎 1 避 电乏 _l1年第2期l 8按03032002规定接地变配电房的环形接地线是等电位 接地干线，选用404镀锌扁钢即可 in B 503032002，in is 0 X 4 9按 168951200803641：2005规定一点接地 变配电房的环形接地线是要按变压器容量计算校核其截面 eain BT 168951200803641：2005，in is E of be on of 来计算由此可见低压电源侧变配电室环形接线的截面不相同。 17将“一点接地”当成是对极大 的误会 综上所述可知， “一点接地”指源侧从电源中性点引出的2 虫 82 只能在低压配电柜或总配 电屏内与在同一建筑物内，不得再在 其他处接地。 有些人总以为只有才接地，忘记了统低压电源侧的实施系统接地。 所以。将“一点接地” 当成是对极 大的误会。 有 人称其为电气工作者的生命 线，它除了在接地端子接线 外，可以成十上百次地接 地。这种多次接地具有较多 的联结点及并联分流通路 可以大大地降低回路阻抗。 特别对于高频运行的，抗大幅降低，提高了抗干 扰能力及工作稳定性口。 2 学习供配电系统 设计手册第一册：配 电系统设计原则图 423：“配电系统境友好的典型案例” 的心得 西门子(中国)有限 公司基础设施和城市业务 领域中低压集团为我们提 供了供配电系统设计手册第电系统设 计原则，为加快供配电系统设计的速度和提高设 计质量作出了贡献，是电气设计工作者十分乐见及 感谢的 在进行低压配电系统 细地学习和研究该手册3：配电系统境友好的典型案例。下面说说学习的心得、体会。 21 一组变压器与相距远的一组发电机房该如何防 止杂散电流、杂散电磁干扰 图423说的是一组变压器与相距远的一组发电 机间该如何防止杂散电流、杂散电磁干扰的设计事 宜。图中低压变配电系统是按一点接地设计发电机 系统则按设计接地。这种设计原本无可厚非 由于低压开关柜内各导体的标注部分出现弊端：本应 按标注为2、 中却误为2、及得该系统成为名 符其实的系统。查询有关资料，其标注确实 有错。本文对图423的讨论及以下各图讨论均是按 2、正标注后 的图423如图10所示。 I 、 、 、： l ， 。 l 一 r 1 ， 、， ! k 、 变电所 、 低压配电柜 内一点接地 2 E 作系统接地 22变配电室与发电机房相邻和两者相距远所采用 的防杂散电流、杂散电磁干扰的措施不同的原因 这里要简单地说明一下，变配电室与发电机房相 邻和两者相距远所采用的防杂散电流、杂散电磁干扰 的措施不同的原因是因为两者相距远时。其联络线的 阻抗大如果仍采用前述图7所示的共用一点接地措 施，会使长的联结线过大的阻抗无法满足保护电器设 备短路灵敏度要求。 23变电所和发电机房远离时各自设系统接地 图111示出市电供电时，负荷侧流流向，无杂散电流，就是说西 门子提供的典型案例在经过修改后理论上是可行的。 I 四极t t i 害气 柳拱 ， ， 、i ( 、一 、 联锁 1 1 、 I l l I J l f l I I l 1 l I I 一般负荷 应急负荷 图10变电所和发电机站远离时各自设系统接地(此图是替代改换导体标注的图423) 0 be is to 23 in I 1 一 I II f l厂r j 1 )f I I f l l f l l j l ， 一J 1 l l 厂一 一1 1 一J I l I I ! 卜、 变 上、 _ 低压配电柜 ! I l 内一点接地 I 作系统接地 I 5 二) I 更、苎 唐专 棚越 ，戈， f 联镦 7 ) l l l 1 I J 1 I I I I l 11 变电所和发电机站远离时各自设系统接地，市电供电时，无杂散电流产生， l In is O no he MC is 1 3 N 堡垫墨粤塑 差 壅!竺 c“ 13 建虢电乞。 l口1 6年第4 置位置的比较 仔细分析这个典型案例。它能阻止杂散电流发生 的原因在于：将配电系统中我们常用的双电源切换装 置(换对象、设置位置进行变换，具 体变换如表1所示。 表1 西门子图423典型案例与国内设计单位换对象、设置位置的比较 of as 23 of 比较对象 西门子图423典型 国内设计单位 案例(现改为图电机电源总开关与 发电机出线开关与市 市电联络出线开关切 电联络出线开关切 切换对象 换且为四极开关 换可为三极开关 在低压配电室与 设置位置 设在发电机房 正常使用低压配电柜 并列或分列设置 消防设备用应急低 设在发电机房 设在低压配电室 压开关柜设置位置 从图10(等效修改后的西门子3)知 道，低压变配电系统是采用一点接地，发电机系统则 采用即建筑物内整个系统出现了两个系统接 地，一定会形成令通，形成杂散电流、杂散电磁干扰。为了消除这些 杂散电流、消除杂散电磁干扰，西门子的设计者将发 电机的总电源开关与市电联络出线开关设计为四极， 且彼此间联锁，以保证两个系统不并联运行，从而消 除了产生杂散电流的环路。这时、设置位置与国内已有的设计大相径庭。也就是 说。若要消除杂散电流、杂散电磁干扰，国内设计同 行要改变已有的、且无错误的设计思路及设计规定， 去满足西门子的典型案例的相关规定及做法。 25低压配电室内供正常用电的低压柜及应急负荷 用低压柜的设置 通常，低压配电室内设置有供正常用电的低压柜 及应急负荷用低压柜，两者并列或分列设置，便于管 理人员监控及管理。按西门子典型案例设计，供正常 用电的低压柜设在配电室，供应急负荷用低压柜则要 设置在发电机房。由于配电室与机房相距远，监控及 管理十分不便，增加了监管成本。 14 ： ：堡 _2 84 6西门子典型案例(图1O)的设计使发电机组 只能向应急负荷供电的分析 通常应急负荷分为两类：一类是正常情况下也要 投入运行的，如应急照明、消防电梯、排风兼排烟 机、送风兼补风机等；另一类则是只在应急情况下才 投入运行，如消火栓泵、喷淋泵、排烟风机、补风 机、加压风机及防火卷帘等。市电因种种原因停止供 电时有发生。对于世界发达国家也曾发生过纽约大停 电、东京大停电等。市电停供时不见得会发生火灾， 但停电期间存在发生火灾的可能。所以好的变配电系 统的设计应将上述可能出现的各类情况都纳入其中。 而西门子的典型案例设计，发电机组仅能满足应急负 荷用电需求。市电停供时，发电机组的容量富裕，而 大量重要负荷却因配电系统设计弊端得不到电源，造 成“有电送不出”的怪异现象。这样设计的配电系统 是难以受到业主欢迎的。 3 当变配电所与发电机房相距远。且又有 防止杂散电流的要求时虽无法实施一点接 地，但可以酌情选用四极开关防止杂散电 流、杂散电磁干扰 现代的综合体建筑不仅体量愈来愈大，地下室 的面积也十分庞大因种种原因会出现变配电所与 发电机房设置位置遥遥相望。两者联络线因距离远， 线路阻抗加大，无法满足线路故障时短路灵敏度的 要求，采用“一点接地”消除杂散电流的措施行不 通了。当该建筑物有防止杂散电磁干扰要求时，在 保证配电系统设计合理前提下，是可以采用四极开 关达到目的的。 变配电所与发电机房相距远，当变压器间的母联 开关及市电和发电机问电源切换装置(均采用四极时，能消除杂散电流、杂散电磁干扰。 图12显示上述情况在市电供电时，负荷的流向，图13是市电供电，电气设备接地故障，故障电 流流向，图14、15则是发电机供电时，负荷流向及设备故障故障电流流向图。 从图12图15可知变压器组及发电机组均采 用接地方式建筑物整个系统中共有三处接 图12变配电所和发电机房相距远。变压器及发电机均采用接地方式，变压器间的母联开关、 电供电时，负荷2 in is in NS in is 13变配电所与发电机房相距远，市电供电时，故障电流流向， 3 in is is MC 5 =璺堡塑墨 塑 壅童苎 一 5 建裁电乞。 _- 2131 6年第6 图14 变配电所与发电机房相距远，发电机供电时，负荷in is by su t on is MC 016 5 一图15 5 好 友。 境暑 环 ， 肌 流 _譬 电b 故甜_g ， 瞻 时 电 供 啪 蝴一 房 机埘 d 地点，很容易形成产生杂散电流的环路为此在变压 器间的母联开关及路，也消除杂散电流的产生。 笔者曾见过一家设计院防杂散电流设计图纸。其 上变压器电源开关、发电机电源开关、发电机出线开 关等等，总之，凡属配电系统的开关均为四极。 问：为什么用这么多四极开关?答日：防止杂散 电流。 君不知，消除通，只要一个断开点且是关键断开点即可。能够将 不必要的环路断开，杂散电流自然无法产生，所以没 有必要设计那么多的四极开关!在不该装设的地方也 设置四极开关，恐有“滥用”之嫌。 这里需要说明的是，对于、按规范的要求全面实施等电位联结，从维护电气安 全考虑是不需要在其系统内设计四极开关的。现将变 压器的母联开关、消除令 除杂散电流、杂散电磁干扰。 在讲“一点接地”时，已经说过四极开关有可能 发生“断零”的危险。因此，在防止杂散电磁干扰时 应优先采用经济实惠、简便可行的“一点接地”措 施。只有在变配电所与发电机房相距远，两者联结线 的阻抗过大。无法满足短路电流灵敏度的要求时才会 采用四极开关的办法。采用四极开关时一定要合理， 一定避免滥用。当然，采用四极开关后，要勤于维护 管理，尽可能减小中性线触头的接触电阻，将“断 零”的危险降至最低。 对于数据机房，防杂散电磁干扰极为重要。根据 01742008电子信息系统机房设计规范对 机房用电的要求，建议采用高压发电机作为备用电 源，即在高压侧对市电与备用电源进行切换，这种设 计在经济上可能优于低压的切换。由于低压变配电系 统不需要与高压发电机系统进行切换，也不存在两 者联络线阻抗过大的问题，采用“一点接地”措施 防范杂散电流、杂散电磁干扰十分简便、经济且有 效，不妨一试1 4 结语 a “一点接地”及“四极开关”均是防