馬騰躍

【摘要】? 分開高壓和低壓兩個部分對供配電系統(tǒng)中性點接地方式的相關內(nèi)容進行了探討。對高壓系統(tǒng)不同中性點接地方式的特點、相關影響因素及設備選擇的關鍵技術參數(shù)進行了分析探討。對低壓系統(tǒng)，分別對TN、TT、IT系統(tǒng)的特點、防電擊動作特性等相關問題進行了深入分析。

【關鍵詞】? 供配電系統(tǒng)中性點接地方式;單相接地電容電流; TN系統(tǒng)電擊防護動作特性;等電位聯(lián)結有效性;TT系統(tǒng)電擊防護動作特性;IT系統(tǒng)電擊防護動作特性。

0 引言

研究不同接地方式供配電系統(tǒng)的特點，對加深供配電系統(tǒng)的理解、高壓中性點接地設備的選擇、低壓系統(tǒng)安全運行及人身安全等都具有重要意義。中性點接地看似一個簡單的問題，實際上牽扯到很多重要內(nèi)容。對高低壓系統(tǒng)，研究內(nèi)容分別有所側重。高壓系統(tǒng)主要是考慮電氣設備的絕緣水平及供電可靠性因素;低壓系統(tǒng)，主要是探討不同接地方式對人身安全的相關影響。

1 高壓供配電系統(tǒng)中性點接地方式的選擇

高壓中性點接地方式分為直接接地、不接地、低電阻接地、高電阻接地和諧振接地。不同接地方式最本質(zhì)的區(qū)別在于接地故障電流的大小不同。對于直接接地系統(tǒng)，接地故障發(fā)生時，故障電流大，非故障相上的工頻電壓與正常時一樣。對于不接地系統(tǒng)，由于單相接地時沒有金屬性故障通路，只有非故障相的對地電容電流，接地故障電流為非故障時一相接地電流的三倍，因此接地故障電流小，而非故障相的工頻電壓由相電壓變?yōu)榫€電壓。

對于110kV及以上供配電系統(tǒng)，由于電壓等級很高，電氣設備的絕緣水平是比較難達到的技術條件，直接接地系統(tǒng)故障時與其他接地系統(tǒng)相比，非故障相上的工頻電壓低這一特點顯得尤為重要。因此，對于110kV及以上系統(tǒng)較多采用直接接地方式。

對于6～66kV供配電系統(tǒng)，非有效接地系統(tǒng)形式的選擇，按GB/T 50064-2014規(guī)定：單相接地故障電容電流不大于10A時，可采用中性點不接地系統(tǒng);當大于10A又需要在接地故障下運行時，宜采用中性點諧振接地方式;當單相接地故障電容電流較大（一般大于30A）時，可采用低電阻接地方式;當單相接地電容電流不大于7A時，可采用高電阻接地方式，故障總電流不大于10A。由以上可知，接地方式選擇和單相接地電容電流直接相關。只要接地故障電流小于10A，接地故障尚在可接受的范圍內(nèi)，此時采用不接地系統(tǒng)對供電連續(xù)性有利;如果單相接地故障電流大于10A時，又需要連續(xù)運行，采用諧振接地可以抵消電容電流，達到連續(xù)運行的目的;而如果單相接地電容大到一定程度，如大于30A時，就需要接一個低電阻，將故障電流適當擴大到100A～1000A，及時切除故障;如果單相接地故障電流小于7A，采用高電阻接地，提供一個較大阻抗的故障回路，使故障電流控制在10A以下，相對于不接地系統(tǒng)，此系統(tǒng)可有效的避免暫時弧光過電壓的影響和改善操作過電壓。

2 高壓中性點接地設備選擇時關于Ic的探討

在6～66kV供配電系統(tǒng)中，對于不同的接地方式需要選配不同的中性點接地設備，如接地變壓器、消弧線圈、接地電阻等。對中性點接地設備的選擇，需要考慮相應的技術參數(shù)。其中有一個十分重要的參數(shù)Ic（單相接地故障電容電流），Ic與中性點接地設備的諸多技術參數(shù)直接相關，如接地變的額定容量、消弧線圈的補償容量、高電阻接地的接地電阻值等。

下面對Ic做一個相應的說明。電網(wǎng)中單相接地電容電流由電力線路和電力設備兩部分組成。電力線路和架空線路的單相接地電容電流可分別按《工業(yè)與民用供配電設計手冊》第四版P302頁的相關公式求得。在選擇中性點接地設備時，需要考慮變電站電力設備增加的接地電容電流。增加部分可根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設計手冊》第四版表4.6-10考慮。

在選擇低電阻接地方式時的電阻值時，根據(jù)DL/T 5222-2005規(guī)范18.2.6-2式，Rn=Un/（√3Id）。這里的Id與上述Ic有所不同，由于低電阻接地系統(tǒng)，系統(tǒng)的故障回路已經(jīng)形成，故障電流不再是單相接地電容電流，而是由故障回路形成的一個約幾百安的故障電流。

3 低壓供配電系統(tǒng)接地方式

低壓供配電系統(tǒng)根據(jù)電源及負荷側接地方式的不同可以分為TN、TT、IT系統(tǒng)。不同的系統(tǒng)有其相應特點及適用場所。對于工業(yè)與民用供配電設計中最常采用的TN系統(tǒng)，從電源側到負荷側有專用的PE線貫通，因此，接地故障電流大，動作時限及靈敏性有保證，另一方面PE線也傳導了故障電壓，故TN系統(tǒng)特別強調(diào)等電位聯(lián)結的設置;對于TT系統(tǒng)，沒有貫通的PE線，故障電流不會像TN系統(tǒng)一樣沿PE線傳導，負荷側獨立接地，阻抗較大，接地故障電流相對于TN系統(tǒng)較小，一般需要裝設RCD作為專用的接地故障保護;對于IT系統(tǒng)，由于電源側不接地，故在第一次接地故障發(fā)生時，只有對地電容電流，對供電可靠性較高的場所比較適用。關于低壓供配電系統(tǒng)接地方式的相關內(nèi)容比較豐富。本文主要從自動切斷電源的電擊防護角度進行分析探討。

4 不同接地方式低壓供配電系統(tǒng)防電擊動作特性

根據(jù)GB50054-2011規(guī)范5.2.8，TN系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護電器的動作特性，應符合Zs·Ia≤U0—式中，Zs為接地故障的回路阻抗;Ia為保證間接接觸保護電器在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障回路的動作電流;U0為相電壓。由GB50054-2011規(guī)范第6.2.4條可知，為保證短路故障的靈敏性，一般要求短路時被保護線路末端的故障電流不小于斷路器瞬時或短延時脫扣器整定電流的1.3倍。此條文中1.3Iset3或1.3Iset2即5.2.8條中的動作電流Ia，也就是說在TN系統(tǒng)中需要滿足Id≥Ia，發(fā)生接地故障時，Id=U0/Zs≥Ia，即Zs·Ia≤U0。TN系統(tǒng)接地故障時，故障回路阻抗較小，斷路器的過電流保護兼做接地保護，較容易滿足上式要求，當不滿足時，規(guī)范5.2.13條規(guī)定應采用剩余電流動作保護電器。

TN系統(tǒng)接地故障時，PE線有電流流過，在故障回路切除之前，人體可能觸及的接觸電壓有可能超過安全電壓限值，因此，TN系統(tǒng)特別強調(diào)等電位聯(lián)結的作用。等電位聯(lián)結的作用實質(zhì)和核心是減少人體可能觸電部分之間的預期接觸電壓。由GB50054-2011規(guī)范5.2.5條和5.2.10條可知，接地故障發(fā)生時，只要故障回路中，等電位聯(lián)結點至外露導電部分之間一段PE線上產(chǎn)生的電壓小于安全電壓，就可以保證人身安全。對于TN系統(tǒng)，相導體與無等電位聯(lián)結的地之間發(fā)生接地故障的情況（如TN系統(tǒng)某室外供電線路，由于線路絕緣受損，某相與地之間發(fā)生接地故障）時，故障回路的阻抗較大，在接地故障尚未切除時，假設故障回路相導體及大地之間的阻抗若為RE，系統(tǒng)中性點并聯(lián)的接地總阻抗為RB，則中性點的點位提升至Id·RB，只要保證此電位不大于安全電壓，就可以保證通過PE線連接的外露可導電設備外殼上的預期接觸電壓不大于安全電壓。正因為此，規(guī)范5.2.11條對此種情況下RB的限值做出了要求，因此變電所中性點接地電阻應盡可能做的小一些比較有利。

根據(jù)GB50054-2011規(guī)范第5.2.15條，對于TT系統(tǒng)，配電線路間接接觸防護電器的動作特性，應符合RA·Ia≤50V—式中RA為外露可導電部分的接地電阻和保護導體的電阻之和，Ia含義同TN系統(tǒng)。

TT系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，故障點不易熔焊，故障回路的阻抗較難確定，因此TT系統(tǒng)的動作特性沒有像TN系統(tǒng)一樣研究整個回路的阻抗特性。重要的是保障接地故障發(fā)生時，外露可導電部分至接地點之間含PE線在內(nèi)的一段電壓降不超過安全電壓限值，故就防電擊而言滿足式5.2.15即可保證人體的安全，RA相對較大，采用過電流兼做接地故障較難滿足上述要求，而采用RCD時，由于Ia足夠小，很容易滿足上式。

根據(jù)GB50054-2011第5.2.19條IT系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障時，應發(fā)出報警，且故障電流應符合RA·Id≤50V—式中Id為相導體和外露可導電部分間第一次接地故障的故障電流，此值應計及泄漏電流和電氣裝置全部接地阻抗值的影響。根據(jù)GB50054-2011規(guī)范5.2.21及5.2.24條，當IT系統(tǒng)外露可導電部分共用接地裝置時，發(fā)生第二次接地故障時，故障回路的切斷應符合TN系統(tǒng)自動切斷電源的要求，當系統(tǒng)不配出中性導體時，保護電器動作特性應符合Zc·Ie≤（√3/2）U0，當系統(tǒng)配出中性導體時，保護電器動作特性應符合Zd·Ie≤（1/2）U0—式中，Zc為包括相導體和保護導體的故障回路的阻抗，Zd為包括相導體、中性導體和保護導體的故障回路的阻抗，Ie為保證保護電器在規(guī)定時間內(nèi)切斷故障回路的電流。當IT系統(tǒng)外露可導電部分單獨或成組接地時，發(fā)生第二次接地故障時，故障回路的切斷應符合TT系統(tǒng)自動切斷電源的要求。

IT系統(tǒng)第一次接地故障發(fā)生時，由于接地故障電流僅為對地電容電流，滿足RA·Id≤50V時，可繼續(xù)帶故障運行，僅用絕緣監(jiān)測器發(fā)出報警信號。下面分析一下IT系統(tǒng)在發(fā)生第二次接地故障時的動作特性。如圖一所示，當外露可導電部分共用接地極時，第二次接地故障發(fā)生時，故障通路經(jīng)PE線金屬性通路返回電源，這也是為何此時能按TN系統(tǒng)防電擊動作特性來考慮的原因。當中性點不配出中性導體時，需要滿足2·Zc·Ie≤√3U0，由此可見，式中的Zc是一回路的線導體與保護導體的阻抗，并不是整個故障回路的。當不配出中性導體時，考慮滿足最不利情況，2·Zc·Ie≤U0，其中Zc為中性導體與PE線的阻抗，也非整個故障回路的。

當外露可導電部分單獨接地時，發(fā)生第二次接地故障時，如圖二所示，并沒有形成金屬性通路，形成了兩個TT回路，因此其防電擊動作特性應分別滿足TT系統(tǒng)的動作特性。即需要滿足RA1·Id≤50V，RA2·Id≤50V兩個式子的要求。

GB50054-2011中動作特性只考慮了安全電壓為50V的情況，筆者認為這是不夠的，應該考慮潮濕環(huán)境25V及水下環(huán)境12V的情況。另外，需要特別說明，IT系統(tǒng)在第一次接地故障時動作特性用的是Id，而TT系統(tǒng)為Ia。原因在于：對于TT系統(tǒng)，一般用RCD做電擊防護電器，其動作電流很小，為30mA，只要保證在切斷前人體安全即可;對于IT系統(tǒng)，第一次故障時，并沒有切斷故障，因此需要滿足故障電流Id實際流過的情況下，保證人身安全。

5 小結

對于高壓供配電系統(tǒng)而言，不同中性點接地方式的確定與電氣設備的絕緣水平及供電可靠性等直接相關。對非有效接地系統(tǒng)，與接地故障電流值直接相關。不同中性點接地系統(tǒng)，需要選用不同的中性點接地設備，中性點接地設備選擇時，確定Ic時需要考慮變電所設備的附加值影響。對于低壓供配電系統(tǒng)，不同接地形式對防電擊動作特性要求不同。TN系統(tǒng)由于接地回路阻抗較小，接地故障電流相對較大，因此動作特性以系統(tǒng)的阻抗參數(shù)為基本特性表達，同時考慮到PE線傳導故障電壓的情況，TN系統(tǒng)對等電位聯(lián)結有效性提出了相關要求。TT系統(tǒng)由于接地故障回路阻抗不確定性，其動作特性主要考慮用安全電壓來進行限制。IT系統(tǒng)首次接地故障時，故障電流小，滿足人體安全的前提下可繼續(xù)帶故障運行;第二次接地故障發(fā)生時，根據(jù)是否共用接地極，分別需要滿足TN及TT系統(tǒng)的動作特性。

參考文獻

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