高低压电气装置和信息技术系统接地的几个问题

1、高、低压电气装置和信息技术装置接地的几个问题 卞铠生 2008.10.1 接地问题的难点和对策1.1 多种接地，要求各异A种类繁多难以理清电气技术领域中，接地无处不在。按DL/T 621-1997交流电气装置的接地，接地种类包括：工作接地、保护接地、雷电接地、静电接地；按GB/T 17045-2006电击防护 装置和设备的通用部分，接地归纳为两大类：保护接地、功能接地。按不同的分类法，可有不同的接地种类。实际上，某些接地已超出电气装置，涉及非电设施，如静电接地、阴极保护接地。接地问题的混乱程度，以电子设备为最；从下列五花八门的名词，可见一斑：信号地、逻辑地、参考地、技术地、屏蔽地、电磁兼容性地

2、、安全地、直流地、交流地等，甚至搞出来一个“功率地”（此处power当指电源）！B常用接地分块处理在设计和施工中，我们既不必拘泥学院派的种种分类，更不要理会供货商似是而非的要求。常用的供配电系统和建筑物电气装置的接地可归为三大类。鉴于供电、用电部门双方在高、低压系统的接地理念、适用标准、习惯做法等方面存在很大差异，建议进一步分为五个板块，参见下表。接地大类涵盖的主要功能接地板块交流电气装置接地工作接地（系统接地）、保护接地高压电气装置接地低压（建筑物）电气装置接地防雷（过电压保护）接地工作接地；防直接雷击、反击、雷电侵入波高压电气装置的过电压保护接地防直击雷、雷电感应、雷电波侵入；防雷击电磁脉

3、冲建筑物防雷接地信息技术装置接地保护接地、功能接地信息技术装置接地在不同板块交界处，我们将充分利用现行标准予以整合，使之兼容。1.2 规范标准，政出多门 首先，原有一个国家标准GBJ 65-1983工业与民用电力装置的接地设计规范，但至今既未修订，也未作废。由于该标准早在1974年即已定稿（1983年才颁布），好多条款早已不符合安全要求，因此不能再用！A. 高压电气装置接地-按DL标准 * DL/T 621-1997交流电气装置的接地 ：A类电气装置接地的依据。但B类部分（建筑物电气装置）仍未能与国际标准接轨，不能用！ B. 低压（建筑物）电气装置接地-按IEC标准 * GB 16895.21

4、-2004建筑物电气装置 第4-41部分：安全防护电击防护； * GB/T 17045-2006电击防护 装置和设备的通用部分 * GB 16895.7/.8/.9/.13/.14/.19/.24/.25/.26等建筑物电气装置 第7部分(施工场所、狭窄可导电场所、数据处理设备、浴室、桑拿、游泳池、医疗场所、展览陈列、游乐场等)。 以上是保护（防电击）接地要求的依据。 * GB 16895.3-2004建筑物电气装置 第5部分：电气设备的选择和安装 第54章：接地配置、保护导体和保护联结导体：接地配置的具体要求。 * GB/T 16895.11-2001建筑物电气装置第4部分：安全防护 第44

5、章：过电压保护 第442节：低压电气装置对暂时过电压和高压系统与地之间的故障的防护 ：高、低压共用接地装置的依据。C. 高压电气装置的过电压保护接地-按DL标准 * DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合。 D. 建筑物防雷接地-按GB和IEC标准 * GB 50057-1994 建筑物防雷设计规范（2000版） * GB/T 16895.12建筑物电气装置 第4部分：安全防护 第44章：过电压保护 第443节：大气过电压或操作过电压的保护 E. 信息技术装置接地-按IEC标准 * GB/T 16895.17-2002建筑物电气装置 第五部分：电气设备的选择和安装 第54

6、8节：信息技术装置的接地配置和等电位联结；* GB/T 16895.16-2002建筑物电气装置 第4部分：安全防护 第44章：过电压保护 第444节：建筑物电气装置中的电磁干扰(EMI)的防护。 * 各信息技术系统（弱电系统）设计规范中有关接地的条款。（ GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范 ：有争议，不引用！）1.3 我国接地规范标准的出路 接地在电气技术上具有很高的重要性、普遍性和复杂性。各种系统均有多种复杂的接地要求，而且是与系统紧密联系的组成部分。脱离所在系统论述接地，既无意义、也不现实。因此，接地问题不可能全部纳入一个标准。无论是国际标准（IEC）还是先进国家标

7、准（如NEC），接地要求均列入所在系统的相关标准中。接地标准或章节中，仅包括接地的具体配置。按国际惯例，供电部门(发电、输电、变配电)和用电部门(工业与民用供配电或建筑物电气装置)遵循各自的标准。今后，我国的接地规范标准只能向国际惯例靠拢：接地要求与接地配置分开；供电部门与用电部门分开；宣贯并完善IEC标准，使各方共同遵守，做到各接地系统兼容。2 A类电气装置的接地2.1 高压系统的中性点接地方式中性点接地方式涉及电力系统诸多方面（配电设计手册P33、34列出了14项之多），但选择接地方式的决定性因素有二：供电连续性、过电压水平（绝缘配合）。依据交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620

8、-1997： A、110kV及以上系统应采用有效接地方式（X03X1，R0 X1 ），通常为直接接地。 B、310kV不直接连接发电机的系统和所有35kV、66kV系统，当单相接地故障电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；超过时，应采用消弧线圈接地方式： * 310kV导电电杆架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，10A； * 310kV非导电电杆架空线路构成的系统：10kV，20A；3和6kV，30A； * 310kV电缆线路构成的系统，30A。 C、635kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电流较大时，可采用低电阻接地方式（ R0 / X0 ） 2 。 D、610

9、kV配电系统以及厂用电系统，单相接地故障电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压，可采用高电阻接地方式（ R0 XC0 ）。【注】 系统阻抗量的符号：R0为零序电阻，X0为零序电抗，X1为正序电抗，XC0为每相对地电容的电抗。2.2 A类电气装置保护接地的范围保护接地的范围是DL标准的要点之一，现将其内容归类排序列出。主要目的是与低压电气装置接地做对比，也便于应接地和可不接地的辨别。A. 应接地的 * 设备、电器的底座、外壳、框架、架构、围栏等；GIS的接地端子； * 互感器的二次绕组；* 铠装控制电缆的外皮；电力电缆接线盒、终端盒的外壳 ；电缆外皮、穿线钢管和电缆桥架；* 装在配电线路杆

10、塔上的开关设备、电容器等电气设备；* 装有避雷线的架空线路杆塔；非沥青地面的居民区内，不接地、经消弧线圈和高电阻接地系统中，无避雷线架空线路的金属和钢筋混凝土杆塔。 B. 可不接地的 * 不良导电地面的干燥房间内，交流标称电压380V及以下的电气设备外壳,且维护人员不可能同时触及其它接地物体者；标称电压220V及以下的蓄电池室内的支架；* 安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气仪表、继电器外壳和其他低压电器的外壳；* 安装在已接地的金属架构上的设备（应保证电气接触良好），如套管； 安装在配电装置上，当绝缘损坏时在支持物上不会引起危险电压的绝缘子金属底座；* 沥青地面居民区内，不接地、经消弧线圈

11、和高电阻接地系统中，无避雷线架空线路的金属和钢筋混凝土杆塔；* 由发电厂、变电所区域内引出的无防静电接地要求的铁路轨道。 2.3 A类电气装置的接地电阻A. 变电所的接地电阻 * 有效接地和低电阻接地系统：R2000/5，即IR=U2000 V。* 不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统： 高压电气装置-R250/10，即IR=U250（V）；高压与电力生产用低压电气装置共用-R120/4，即IR=U120 V。* 架空线杆塔保护接地R30；雷电接地见DL/T 620。B. 保证人身安全的措施上述电压均超过50V安全电压，2000V和250V尤其危险。显然，只靠接地电阻的要求，不能保证人身安全。

12、实际上，变电所中更重要的安全措施有三：* 敷设以水平接地极为主的人工接地网，降低接触电位差和跨步电位差；* 配备安全工具，如绝缘毯、绝缘手套、绝缘靴；* 客观上存在总等电位联结。这些措施不能用于变电所之外。因此，低压系统的保护接地应遵循IEC标准。 C. 接地电阻4数据的出处和应用接地电阻4源于R120/，其中计算用接地电流I取30 A（非有效接地系统的上限值）。长期以来，4被广泛采用，但我们不要忘记其原始条件。（120 V的正确性如何？30 A适用于何种网络？）必须指出，某些人已把4当做“万能”数据，凡是提不出接地电阻要求时，就把它抛出来。例如，好多弱电系统设计规范均要求接地电阻4，根据何在

13、？D.“配电电气装置”和“B类电气装置”部分存在的问题* “配电电气装置”的定义（包括电压等级）不明确。* 非有效接地系统-R50/I：对变电所保护接地，要求过高；对TN系统工作接地没有意义（接地故障电流经PE线返回电源接地点，不通过接地电阻！）* 低电阻接地系统-R2000/：共用接地装置时，低压系统能否承受；另设接地装置是否合理？*“建筑物内未作总等电位连接”，这是不允许的！*“TT系统中当系统接地点和电气装置外露导电部分已进行总等电位连接时，电气装置外露导电部分不另设接地装置”，什么含义？这些问题的实质是“低压电气装置对高压系统接地故障的防护”的要求，在GB/T 16895.11中有整套

14、解决方案。2.4 接触电位差和跨步电位差 A. 变电所（室外配电装置）降低接触电位差和跨步电位差措施* 敷设以水平接地极为主的人工接地网：外缘应闭合，各角为圆弧，敷设水平均压带等。* 接地网边缘的走道处铺设砾石、沥青路面或装设两条均压带。B. 接触电位差和跨步电位差的允许值* 110kV及以上有效接地系统和635 kV低电阻接地系统： Ut Us* 366 kV不接地、经消弧线圈和高电阻接地系统： Ut50+0.05 Us50+0.2C. 接触电位差和跨步电位差的计算步骤 * 计算用入地短路电流：分别计算变电所内、外发生接地短路时，流经本所接地装置的电流，取较大者； * 计算发生接地故障时，接

15、地装置的电位Ug = IR；* 计算接地网的最大接触电位差Utmax=Ktmax Ug =KdKLKnKsUg；* 计算接地网的最大跨步电位差Usmax = KsmaxUg 。（各个系数的计算详见规范附录B或配电设计手册P875、876。）2.5 A类电气装置的接地装置A. 变电所的接地装置 条文有17款之多，现将其内容归类如下，不详述。* 人工接地网-以水平接地极为主：（1）、（2）、（3）。 * 与线路避雷线的关系：（4）。 * 接地线专用、利用：（5）、（6）。 * 热稳定校验：（7）、（8）、（9）。 * 敷设与连接：（10）、（11）、（12）、（13）。 * GIS的接地：（14）

16、。 * 雷电保护的接地：（15）、（16）、（17），并见DL/T 620。B.架空线的接地装置（略） C.接地装置的热稳定校验(见规范附录C)3 低压电气装置的接地3.1 低压系统的接地型式及其适用范围A. 接地型式 * 首先，在概念上应区分“带电导体系统”型式、系统的“接地型式”，二者不能混为一谈。* IEC标准中低压系统的接地型式：TN系统、TT系统、IT系统；其中TN系统又细分为TN-S、TN-C-S、TN-C。对此，大家都耳熟能详，不赘述。值得一提的是，直流系统亦适用。 B. 各种接地型式的适用范围 IEC标准对接地型式的选择不予规定，仅对各种接地系统提出要求。从实际需要考虑，配电设

17、计手册给出了一些建议，现补充整理如下。 * TN-S系统适用于设有变电所的下列工业与民用建筑：-对供电连续性或防电击要求较高着； -单相负荷较大或非线性负荷较多者；-有较多信息技术系统者；-有爆炸、火灾危险者。* TN-C-S系统适用于无变电所的上述建筑。* TN-C系统适用于有专业人员维护管理的一般工业厂房。* TT系统适用于：-适用TN-C-S系统的民用建筑；-无等电位联结的室外场所。* IT系统适用于：-对供电连续性要求很高者，如应急电源系统、矿井下电气装置，计算中心；-对防电击要求较高着，如医疗场所；-电气安全要求高的其他场合，如爆炸危险场所，重要的控制回路，特殊的试验设备等。 C.不

18、同接地系统的兼容性 * 同一电源供电的不同建筑物，可分别采用TN和TT系统。* 同一建筑物内宜采用TN系统或TT系统中的一种。 如果能够分设接地极，二者也可以兼容；由TN系统向局部TT系统供电没有任何问题，如室外照明。* 同一电源（变压器或发电机）供电范围内，IT系统不能与TN系统或TT系统兼容。* 同一建筑物内IT系统可以与TN系统或TT系统兼容，只要IT系统与T字头的系统不并联运行。 典型的例子是：正常电源为TN系统，应急电源不接地即为IT系统。二者虽自动切换，但在电气上无任何联系，故能兼容。外露可导电部分的接地是通过PE线和变电所的接地装置实施的，既符合TN系统的规定，更满足IT系统的要

19、求。D.变电所低压侧接地的做法* 为避免产生环流，各变压器中性点不应就地分别接地，而应在配电屏PE母排上一点接地。（如中性点接到单独的接地极，应采用绝缘电缆引出。） * 变压器中性点引出对地绝缘的PEN导体接到配电屏的PEN母排上。* 由配电屏PEN母排和PE母排上可任意接出N线、PE线、PEN线。这样，变电所所在建筑物为TN-S系统，其他建筑物仍可采用TN-C-S系统。3.2 低压电气装置的接地要求A.总则 * 系统接地型式和保护导体，是自动切断电源法的重要组成部分。 * 外露可导电部分接PE线；PE线按不同系统的要求接地。 * 可同时触及者应接到同一个接地系统上。B.各种系统的接地要求 -

20、1. TN系统 * 外露可导电部分应通过保护导体与电源系统的接地点连接。 * 一般情况下应满足的条件：ZsIaU0 （Ia-保护电器在规定条件下自动切断电源的动作电流。） 为减小故障回路的总阻抗Zs，PE线应尽量靠近相线。不宜用沿墙敷设的扁钢、起重机钢轨之类作PE线，但可用于等电位联结。* 相对地故障的异常情况下： -2. TT系统 * 受同一保护电器保护的所有外露可导电部分应接至共同的接地极上。 * 中性线不应重复接地（部分电流经大地返回电源，使首端RCD误动。） * 应满足的条件：RAIa50V。（Ia使保护电器自动动作的电流。）-3. IT系统 * 装置的任何带电导体不应直接接地。 *

21、外露可导电部分单独地、成组地或集中地接地。 单独或成组接地时，第二次故障的保护应符合TT系统的要求； 集中接地时，第二次故障的保护应符合TN系统的要求。 （第二次接地故障也指同相的，如RCD前后同相先后接地。） * 应满足的条件：RAId50V。（Id第一次故障电流。）C. 可以省去接地的情况 * 触及不到钢筋的钢筋混凝土电杆；* 伸臂范围以外的架空线绝缘子的支撑物；* 因尺寸小或因其位置不会被抓住或不会与人身有效接触，且与保护导体连接很困难或连接不可靠时。D. 不应接地的各种情况 * 类设备或等效的绝缘； * 非导电场所内不应有保护导体；* 不接地的局部等电位联结；（可同时触及的外露可导电部

22、分和外界可导电部分应实施等电位联结。）* 电气分隔（给多个项目供电时，隔离回路的各外露可导电部分应实施绝缘的不接地的等电位联结，包括通过插座和软缆。） * SELV回路。3.3 建筑物电气装置的接地配置、保护导体和保护联结导体A. 接地配置（略）B. 保护导体 具体要求不赘述，但有两点值得注意。-1.保护导体的类型* 除多芯电缆中的导体之类，还包括与带电导体共用的外护物，符合规定条件的电缆金属护套、屏蔽层、铠装、金属编织物、同心导体、金属导管；好多国家允许用电缆托盘和梯架。* 规定条件是：保证稳定的电气连续性；满足最小截面的要求。* 电气设备、母线槽的金属外护物或框架可用作保护导体，除符合上述

23、规定条件外，还要求预留与其他保护导体连接的分接点。必须指出，我国有利用金属导管和外护物作PE线的传统和丰富经验，理应贯彻这些条文。 -2.加强型保护导体* 电流超过10mA为加强型保护导体。* 要求最小截面为：铜10mm2、铝16mm2。C. 保护联结导体（略）4 低压电气装置对高压系统接地故障的防护注：高压接地故障电流小时，问题不大。低电阻接地系统，问题突出！4.1 通则 * 接触电压及其持续时间，不应超过图44A中曲线所给的值。 * 应力电压及其持续时间，不应超过下表的规定。 低压电气装置允许的应力电压，V切断时间，sU0+250 5U0+1200 54.2 变电所的接地系统 * 变电所中

24、低压设备的外露可导电部分接入高压保护接地系统。* 中性导体和低压电缆的金属护层可能单独接地。 4.3 变电所的接地配置 * 变电所接地电阻不超过1和/或带金属护层电缆的总长度超过1km 时，则可认为满足要求。* 否则，应采取4.4和4.5的措施。4.4 建筑物低压电气装置的接地配置A. TN系统 TN系统不存在应力电压升高问题。防电击的措施如下： * 故障电压能在规定的时间内被切断；或* 建筑物内实施总等电位联结，“接触电压实际为0V”；或 * 低压系统接地单设接地极。B. TT系统 TT系统不存在接触电压升高问题。防绝缘击穿的措施如下： * 应力电压及其切断时间适合低压设备的绝缘水平；或*

25、低压系统接地单设接地极；或* 降低高压接地故障电流m和接地电阻R，使其乘积不超过1200V。（例如：600A，2 ；1000A，1.2 。）C. IT系统（略）4.5 变电所中低压设备应力电压的限定 * 高、低压系统分设接地极时，所内低压设备的应力电压将升高mR，应在与其绝缘水平相对应的时间内被切断。5 信息技术装置的接地 5.1 导言电子设备接地浅述A.保护接地和功能接地 * 保护接地和保护联结：外露可导电部分的接地应符合防电击要求；局部信息系统的各金属组件应实施等电位联结。 * 功能接地：为电子设备中的信号电路提供一个基准电位，也是电磁兼容性的需要。 这个“地”可以是大地，也可以是电子设备

26、的底板、金属外壳，或一个等电位面。B.单点接地与多点接地* 低频设备（30kHz）应采用单点接地。* 高频设备(300kHz) 应采用多点接地。（30300kHz者可视为低频或高频设备。）* 接地线的长度必须避开/4的奇数倍；一般认为不得超过/8，最好为/20。C.接地电阻和接地线阻抗 对高频设备而言，我们关注的是接地线的阻抗（参见下表）；接地装置的接地电阻无关紧要。25mm2铜导线的电阻和电抗()长度（m )L(H)1MHz10MHz100MHzRXRXRX340.05250.152500.52500690.1570.35701.0570012200.21260.612602.012600降

27、低阻抗的措施是采用M型等电位连接。（注：5.1是笔者编录的。下面5.2和5.3才是GB/T 16895.17-2002建筑物电气装置 第548节：信息技术装置的接地配置和等电位联结的内容概要。）5.2 信息技术装置接地的范围和目的 *“本节适用于信息技术装置和为数据交换目的要求互联的类似设备的接地和等电位联结。也可适用于易受干扰的其他电子设备。”* 适用于本节的电气装置和设备举例：电信和数据交换或数据处理设备； 向建筑物内部信息技术设备供电的直流供电网； 专用自动分组交换机（PABX）设备或装置；局域网（LAN）；火灾报警系统和入侵报警系统；建筑物装置服务装置，如直接数字控制装置；计算机辅助制造（CAM）系统和其他计算机辅助服务系统。5.3 信息技术装置的接地要点 A.以电击防护为目的的接地要求 按GB 16895.3-2004接地配置、保护导体和保护联结导体的规定。 B.电磁兼容性（EMC）的要求 在安装或可能安装重要信息技术装置的建筑物中，应考虑在电源进线点之后，使用单独的PE导体和N导体。 仅用于信息技术设备的