小电阻接地lOkV变电所高压侧接地短路导致的电气危险及其防范措施

小电阻接地小电阻接地 lokvlokv 变电所高压侧接地变电所高压侧接地 短路导致的电气危险及其防范措施短路导致的电气危险及其防范措施 我国多年来 10kv 网络采用不接地系统 由于这些年城市 10kv 网络电缆线路增多 对地电容电流增大 不少城市将 10kv 网络改为经小电阻接地系统 这种系统的接地短路电流高达数 百上千安 如不采取有效的防范措施将对 10kv 电网和低压 220 380v 用户招致一些电气危险 包括烧坏防雷 spd 的危 险 国际电工标准 iec60364 对其在低压用户内的电气危险和防 范措施规定了专门的要求 1 本文拟依据这些要求作些陈述 1 tn 系统内的人身电击危险系统内的人身电击危险 10 0 4kv 变电所 以下简称变电所 既是 10kv 系统的负荷端 也是低压系统的电源端 它需作 10kv 负荷端设备外壳的保护接 地 也需作低压电源端中性点的系统接地 以往不接地 10kv 网 络内接地故障电流小 这两个接地可合用一个接地极 在经小 电阻接地的系统内 接地故障电流大 如图 1 所示的接地故障 设故障电流 id 为 600a 变电所接地电阻为 4 则在接地电阻 rb 上的电压降 也即低压侧中性点对地故障电压为 uf id rb 2400v 此 uf 将如图 1 中虚线所示沿 tn c s 系统 的 pen 线和 pe 线传导至另一建筑物低压用户电气设备外壳上引 起电击事故 图 2 为人体电击时发生心室纤颤致死的 uf 和其持 续时间 t 的关系曲线 1 此持续时间为变电所高压断路器和保 护继电器动作时间之和 约为数百毫秒 从图 2 可知当 uf 超过 千伏时接触电气设备的人电击致死的危险是很大的 2 防范 防范 tn 系统人身电击事故的安全措施系统人身电击事故的安全措施 为防范上述电击事故可采用以下防范措施 2 1 在建筑物内实施总等电位联结 图 3 所示的 tn c s 系统用户与变电所不在同一建筑物内 当上述危险鼓掌电压 uf 沿图中 pen 线和 pe 线传导至电气设备 外壳时 图中点划线所示的总等电位联结使人的手 足触及的 可导电部分都同为 uf 电位而没有电位差 不论 uf 多大 都不 可能发生电击事故 2 2 在无等位联结作用的建筑物电气装置户外部分采用局部 tt 系统 电气装置的户外部分一般不具备等电位联结作用 当 pen 线 pe 线和设备外壳带上述危险故障电压 uf 时双足触及的却 是地电位 也即 0v 电位 电击事故将难以避免 为此应如图 4 所示在户外部分采用局部 tt 系统 2 即户外的电气设备的外壳 不经电源引来的 pe 线接地 而是在户外另打接地极另引接地线 图 4 中的 pe 线 接地 这样就不会接触故障电压 uf 而发生电 击事故 需注意的是在引向户外的回路上应如图 4 所示装用动 作电流不大于 30ma 的漏电保护器以确保该回路发生接地故障 时能有效地切断电源 当然 如在户外采取措施满足等电位联 结要求 也可不改用局部 tt 系统 2 3 在变电所内分开设置 10kv 侧的保护接地和低压系统的 系统接地 如果如图 5 所示将 10kv 侧的保护接地和低压侧的系统接地 分开设置 如图 5 中的 rb 和 r b 所示 则 10kv 侧的上述危 险故障电压将不可能传导至低压用户 电气事故自然无由发生 为变电所设置两个电气上无联系的接地并不困难 只需将 自变压器引出的中性线及低压配电盘的中性线母排加以绝缘 自中性线母排引一单芯绝缘电缆至户外 在距变电所保护接地 至少 10m 处另接低压系统的系统接地的接地极即可 3 tt 系统内的绝缘击穿危险系统内的绝缘击穿危险 在 tt 系统内 电源端中性点的系统接地和另一建筑物内的 电气设备外壳的保护接地都是分别直接接大地的 所以 tt 系统 不存在上述 tn 系统内的电击危险 但却存在低压电气装置内的 绝缘因承受变电所高压侧接地故障引起的工频暂态过电压而被 击穿的危险 1 这是因为当变电所发生高压侧接地故障时 如 图 6 所示 tt 系统内的绝缘将承受 us uf uo uf 220v 的工 频暂态过电压 此过电压值往往大大超过千伏 持续时间超过 数百毫秒 tt 系统低压绝缘和防雷 spd 受此过电压的冲击可能 被击穿或烧坏 从而引起设备损坏或 spd 烧坏短路起火事故 4 防范 防范 tt 系统电气绝缘击穿事故的安全措施系统电气绝缘击穿事故的安全措施 为防范 tt 系统绝缘击穿事故可采取以下安全措施 4 1 限制 10kv 网络的接地故障电流 id 值和变电所接地电阻 值 为防止低压系统绝缘被暂态工频过电压击穿损坏 iec 标准 3 规定了低压绝缘允许承受的工频暂态过电压和切断电源时间 如下表 由表和图 6 可知 如果变电所 10kv 断路器能在 5s 内切断 电源 只要 rb 上的故障电压降 uf id rb 不大于 1200v 用户低 压绝缘就能承受此过电压而不损坏 为此应尽量限制 rb 和 id 值 使其乘积不大于 1200v 对于户内变电所 如利用等电位 联结内的基础钢筋 金属水管和电缆金属外皮等自然接地体作 接地极 rb 可不难达到 1 以下 但对于孤立的杆上变压器 靠人工接地极达到低接地电阻是困难的 综合考虑各种电气安 全要求 rb 值不大于 2 是比较安全也是可行的 如前例所述 10kv 网络小电阻接地系统的接地故障电流 id 若不大于 600a 则在变电所采用一共用接地装置且接地电阻 rb 不大于 2 的情 况下 tt 系统低压绝缘将是安全的 有些地区供电部门采用过 大的接地故障电流值 却要求高压用户将变电所接地电阻大大 降低以至小到 0 5 显然是不合适的和缺乏依据的 在防雷击电脉冲装置中 spd 的 uc 值一般为 300v 左右 在 tt 系统内如图 6 所示的相地间的 uf 220v 暂态过电压将使 spd 导通 其持续时间长达数百毫秒 它泄放的过大能量将烧 坏 spd 为此在 tt 系统内应采用 3 1 的 spd 装用方式 以防 spd 被烧坏 这在有关防雷规范已有具体规定 此处不多叙述 4 2 在变电所内分开设置 10kv 侧的保护接地和低压侧的系 统接地 前文已述 5 变电所与低压用户同处于一建筑物内时不存在高压侧接 变电所与低压用户同处于一建筑物内时不存在高压侧接 地故障引起低压用户电气事故的危险地故障引起低压用户电气事故的危险 当变电所与低压用户共处于同一建筑物内时是不能采用 tt 系统的 因在同一建筑物内低压系统的系统接地和保护接地是 难以做到电气上的隔离的 因此不存在低压绝缘被暂态过电压 击穿和防雷 spd 被暂态过电压烧坏的危险 在同一建筑物内也 不能采用 tn c s 系统 因 pen 线难以做到与地绝缘 其对 地电位将产生杂散电流 4 引起地下金属部分的腐蚀 它也对 信息设备引起干扰 所以在同一建筑物内只能采用 tn s 系统 这样如图 7 所示 变电所 10kv 侧的保护接地和低压侧的系统接地及保护接地 通过建筑物的总等电位联结而共用一接地极 即基础钢筋和水管 等自然接地体构成的接地极 它们同处在一相同的电位水平上 这样当变电所高压侧发生接地故障时 无论图中接地母排对地 电位 uf 升至多高 在此建筑物内由于总等电位联结的作用 全 部电气装置的电位都升高至同一 uf 而不出现危险的电位差 前 述人身电击以至绝缘损坏事故都不可能发生 没有必要采取任 何防范措施 6 结束语 结束语 6 1 城市 10kv 网络改用小电阻接地系统后可能在另一建筑 物的低压用户内引起人身电击事故以及绝缘击穿导致设备损坏 短路起火等事故 这种事故发生后变电所内很快切断电源 现 场故障电压瞬即消失 很难查出事故起因 对此电气危险 供 电部门或低压用户都不能掉以轻心 应在变电所和低压用户内 采取有效的安全措施 6 2 最彻底的安全措施 是在变电所将 10kv 侧的保护接地 和低压侧中性点的系统接地分开设置 以隔断 10kv 侧危险接地 故障电压传导至低压用户的途径 6 3 如变电所难以分开设置两个接地极 可采取如下安全措 施 6 3 1 在 tn 系统内为防人身电击危险 在建筑物内应实施 总等电位联结 以消除沿低压线路导入的危险电位差 在难以 作等电位联结的 tn 系统户外部分应改用局部 tt 系统 6 3 2 在 tt 系统内为防低压绝缘被暂态工频过电压击穿 应限制 10kv 网络小电阻接地系统的接地故障电流 id 和变电所 共用接地极的接地电阻 rb 使故障电压 uf id rb 不大于