变压器接地系统.doc

变压器接地系统1低压配电系统接地型式概述民用建筑中的配电变压器。现时有35/0.4 kV、10/0.4 kV、6.3/0.4 kV等.而以1O，O.4 kV为常见。变压器单台容量有的已超过2 000kVA，提供本建筑物或建筑群所需220/380 V低压电源。此类配电站多附设在相应建筑物内，低压电源系统的接地型式，以TN-S系统为主，也有使用TT接地型式。所需接地体大多使用自然接地体。也有使用人工接地体或两者相结合。低压电源系统接地型式，按电源系统和电气设备不同的接地组合来分类。根据IEC标准规定。低压电源系统接地型式，一般由两个字母组成，必要时可加后续字母，其中第一个字母表示电源接地点对地的关系(直接接地，不接地)。第二个字母表示电气设备外露可导电部分与地的关系(独立于电源系统接地点的直接接地.N-直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连接)。后续字母表示中性线与保护线的关系(C-中性线N与保护线PE合并，中性线N与保护线PE分开)。故低压电源系统的接地型式可分为五种。在民用建筑中使用最多的为TN-S、，IN-C-S、TT三种。而变配电站中常用的为TN-S或TT两种.在此三种接地型式中，规定了电源的中性点应直接接地，电气设备的外露可导电部份应接地。上述电源系统，指提供用电设备的220/380 V电源，如：由变压器低压侧开始至配电屏，由屏至配电箱。由箱至水泵电动机的低压电源系统等，上述电气设备包括了变压器、配电屏(箱)、电梯、水泵等，故上述的电源中性点，就是该配电系统的中性点，就是变压器的中性点。显然这类变压器应有两种接地要求，即中性点的直接接地，称为工作接地；变压器外壳接地。称为保护接地。工作接地的作用是使低压电源系统在正常工作或事故情况下，降低人体的接触电压，保障电器设备的可靠动作，迅速切断故障设备，降低电器设备和输电线路的绝缘水平。保护接地的作用是在电气设备电源系统运行故障时，保障人身和设备的安全。如何正确处理上述配电站及变压器的工作接地和保护接地，使其安全可靠运行是我们应该认真去研究解决的重要内容。现分述于下。2现时常见的四种接地的具体作法2.1接地型式为TN-S系统。由变压器低压侧中性点接线柱上。并联三根导体。其中一根引往变电站内MEB板(总等电位板)，该导体有用扁钢也有用单芯电缆。另两根导体，均为铜排，同时引入进线屏。一根引入4极开关的第4极配出N铜排，另一根与PE铜母排相连接。再由该PE母排用扁钢与MEB板相连接。MEB板接地。另外在变电站内四周墙上明设一圈扁钢，该扁钢与MEB板相连接。供保护接地使用，详图1 TN-S接地系统示意图(一)。2.2接地型式为TN-S系统。由变压器低压侧中性点接线柱上，并联两根导体，其中一根引往MEB板。该导体有用扁钢，也有用单芯电缆，如：YJV一1185或YJV-l24o等。另一根使用铜排，引往进线屏，进入4极开关的第4极并配出N母排。屏内另设PE铜母排，由该PE母排用扁钢引入MEB板，MEB板接地。另外在变电站四周墙上明敷一圈扁钢，并与MEB板相连接，供保护接地使用。详图2 TN-S接地系统示意图(二)。2.3接地型式为TN-S系统，由变压器中性点接线柱上，并联两根相同截面铜导体同向叠合或分开引入进线屏。其中一根进入4极主开关的第4极，并配出N铜母排，另一根与屏内PE铜母排相连接。由PE母排用扁钢与MEB板相连接，MEB板接地，另外在配电站内四周墙上明敷一圈扁钢，该扁钢与MEB板相连接，供保护接地用。详图3 TN-S接地系统示意图(三)。2.4国家标准设计图集接地装置安装(03D501-4)第4851页中TN、丌系统的中性线，均由变压器中性点接线柱上引出，引至总等电位MEB板，引出材料性质由具体设计定。对于TN接地系统可组合成本条中的图1、图2两种型式中的任一种，均符合本条对TN接地型式的要求。2.5接地型式为1-r系统，由变压器低压侧中性点接线柱上并联两根导体。一根引入MEB板，由MEB板引出至接地体。该MEB板与变电所内的保护接地装置不应有导体连接。互相独立。另一根导体引。入进线屏4极主开关的第4极.配出N线。以上四种情况，并根据图1图3分析，首先来讲，均满足变电站及变压器的工作接地和保护接地的要求，故现在被广泛地使用，但笔者认为，从技术、施工、维护、耐久等方面分析，均存在不妥之处，愚见于下。3分析上述接地处理方式存在的问题接地的目的是确保低压电源系统在安全可靠运行的前提下。尽量做到经济、施工、维护、管理、耐久等方面的最佳组合。上述接地处理方式存在以下问题。3.1变压器中性点接线柱上，并接2或3根刚性连接接头，其接线柱上的机械负荷是很大的，运行中的热胀冷缩容易造成接头处松动，接触不良等现象的发生，有的甚至使用扁钢和铜排不作处理叠合并接，更是不妥。Cu、Fe有+o.777V电位差，造成阳极Cu腐蚀是不可忽视的。3.2无法准确检测变压器中性线的总电流及总剩余电流数值，有的情况下，在rlT、TN接地型式中，检测其中性线总电流及剩余电流数值是十分必要的。3.3在上述2.2条中所述情况，变压器中性点用Y.1V单芯电缆(或镀锌扁钢)引至总等电位MEB板.当发生相、地(L、PE)短路时。其短路电流路径为Cu(PE母排)_+Fe(PE接地扁钢、MEB板)-屺u电缆或Fe扁钢至变压器中性点接线柱。显然。这里的PE接地扁钢，由原来的主要作用于电压(电位)传递，而变成了尚应担负短路电流传递。其计算等均要十分慎重。3.4在上述2.1条及2.3条中。两根并联铜排，在进线屏内分开为N、PE母排，其叠合部分。只起到了增大截面的作用.而从技术上来分析并无此必要，这种作法中的2.3条有时尚被审图者提出异议。4国外及国内资料介绍的接地做法为了找到一个合理的解决方法。笔者查阅了一些国内资料和西欧一些国家的有关作法，对变压器上的工作接地和保护接地的实施方法。介绍于下。4.1英国、法国、德国等均完全按照IEC标准划分低压电源系统接地型式，以rlT、TN接地系统为常见。变压器低压出线均采用单芯电缆、电缆与变压器接线柱的联结。采用专用软连接接头。变压器中性点的连接单芯电缆与相线电缆一同进入低压电源配电系统的进线屏。当为rITI1接地型式时，此电缆与屏内的N母排相连接。并同时用铜芯电缆引至室外独立铜板接地装置(接地电阻1叽)。如果是TN接地型式。则将进入屏内的该电缆与屏内的N母线相连接，配出N母排，并同时与屏内PE母排相连接。PE母排多处与接地装置相连接，另外又必须装设相应的电流互感器，检NN母排不平衡电流和PE线剩余电流数值。这是符合相应国家(英国IEE规程、法国UTE规程、德国VDE规程)的要求。这些作法当否我们应该研究。4.2查阅我国的有关资料，如实用接地技术(见电世界杂志1996年增刊，由王厚余、王常余、章长东、林维勇等主编)P228、P229中.有如下叙述：通常TN-S系统的PE和N的连接是在第一只低压配电柜内完成的；需要强调的是：TNStJ式中，N线的直接接地点除在变压器的中性端子处外，也可在N线的其他位置处，例在低压配电柜内直接接地。4-3由日本承建我国某超高层大楼，采用TN接地型式。其作法是将变压器的中性点用一根铜排引至低压配电系统进线屏，在此屏内分为N、PE/：排，并分别装设电流互感器.检测N母排不平衡电流值和PE母排剩余电流数值。在运行中，曾出现剩余电流值超标报警，即时消除了隐患。5如何实施变电所、变压器的保护接地、工作接地在rlT、TN接地型式中，其变压器中性点的接地应该在低压配电电源系统的进线屏内实施.即由变压器中性点配出与相线同材质，相同截面或小一级截面的母排，至系统的进线屏，再根据其接地型式的不同而进行接地。显然，在三相变压器内的三个二次侧绕组的结合点经变压器的相应出线套管引至变压器上的中性端子。由该中性端子至进线屏内的这段母线是中性端子或变压器三个绕组结合点的延伸.该线路既通过三相不平衡电流也通过接地故障电流(剩余电流)即为PEN线，现时设计。变压器至进线屏的距离一般均不会很长，且该段母线相对截面均不小，故其阻抗可忽略不计，故低压电源系统工作接地可在进线屏内进行。变电站内设备的外露可导电部件，包括了变压器外壳、配电屏(箱)金属外壳、电缆金属外皮。外部可导电部份，包括了变压器、屏(箱)金属支撑件、各金属支架、建筑金属构件等，均应进行保护接地。如何正确实现变电站的等电位连接，是确保人身及设备安全的最有效措施。在站内四周墙上明敷镀锌扁钢。如：-40X4，并形成一闭合环路，且与相邻高压间、发电间接地装置相连通。并可延伸至其他需要接地的系统形成等电位网络系统。该扁钢应称为MEB接地母排，以自然接地体为例，该接地母排应不少于两处，并尽量多处与柱主筋相连接，包括在站外方便接地的地方提供接地。其他需要接地的电气设备、构件以及TN型式的PE线应就近各自不少于两处用扁钢与该MEB接地母排相连接。这是有效安全的方式。根据图4、图5分析，当为TN-S接地型式时，不管是站内配电屏或站外末端设备对地短路。其短路电流均通过阻抗小、路径短的PE支线和PE干线及PEN线回到变压器中性点，而这时的MEB接地母排，只是平衡电位。使配电站内需要保护接地的金属件等电位，而不会通过大的短路电流或部份短路电流。当为TT接地型式时，其短路电流值相对较小，也只是平衡电位的关系(根据其工作接地和保护接地的各自接地装置接地电阻来分析)。显然，该MEB接地母排使用扁钢是安全、经济的方式，现有的使用扁铜、紫铜板等是没有必要的举措，也是资源的浪费。下面以接地型式为Tr、TN-S系统，分述于下。5.1当为-rr接地型式，电源总开关为4极，自变压器中性点引往进线屏的PEN母排，引入进线屏后，分支进入总开关的第4极.并同时使用绝缘导体，引至专用接地通道。详图4，IfI接地型式示意图。在此图中。要求O-a-b段线路应具有与相线相同绝缘水平；自aA以后的N线，应具有与相线相同绝缘水平；系统的接地装置，不得与保护接地的接地装置有金属体相连接；如果出现连接，则其系统转换为TN接地型式。5.2当为TN-S接地型式，自变压器中性点引往进线屏的PEN母排.引入进线屏后，首先T接引出N母排，再延伸引入屏内的PE母排。由PE母排用扁钢与站内的MEB接地母排相连，如果其总开关为4极，则T接的N母排首先进入开关的第4极，再配出N母排供配电用(笔者不主张在此使用甜及开关，在此不述)，详见图5。在此图中。要求O-a-b段线路应具有与相线相同绝缘水平，相同材质(铜或铝)的导体。必须确保PEN、PE线不应装设任何开关设备，对于PE线自图5中的b点开始的以后段除确保两点接地外，在方便的地方应尽量接地。该变电站，就是一个电源点，可引出除IT接地型式外的任一种接地型式。例如：供本楼使用TN-S接地型式.供其他建筑采用TN-C-S接地型式，对室外电气装置，当不能满足R/R5o/(uo一50)公式时，采用，IfI接地型式等。5_3不论是，IfI还是TN-S接地型式，在变电站内，对于重要的民用建筑中的变压器分别检测电源系统不平衡电流和接地电流数值，并设置报警限值，是确保电气安全的有效手段之一。5.4当为TN-C接地型式时，引至屏内的母排，屏内N、PE母排，合并为PEN母排，并可多处与接地装置相连.此法在民用建筑中应该不采用，在此不分析。6结束语变配电站、变压器等的工作接地和保护接地的目的就是最大限度地确保电源系统的安全运行，和故障运行时人身和设备的安全。为了达到此目的，现时采用的各种接地型式、方式、方法等手段均不是十分完整。国际电工委员会标准，即IEC标准中自勺，I1N-S、TN-C、TN-C-S、r兀等接地型式，尽管总结了世界上现时的各种有效接地型式。获得全世界上的广泛公认，但还并不是最完美的。故应根据具体的变电站及设备情况和电源系统的要求来分析。确定具体的实施手段。现时的一律在站内墙上的某处。设置一块钢板或紫铜板(MEB板)和墙四周明敷扁钢(见图l一图3)，这种方法，尽管达到了接地的目的。但不是很好的手段。有的将此MEB板附设在某一处结构柱上，利用自然接地体，这实