獨(dú)家原創(chuàng):配電變壓器優(yōu)化接地工程設(shè)計(jì)論文

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對(duì)于配變的接地方式,電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程(SDJ8279)第21條規(guī)定:低壓電力設(shè)備接地裝置的接地電阻,不宜超過4Ω。架空配電線路及設(shè)備運(yùn)行規(guī)程(SD292288)第5.0.8和5.0.9條規(guī)定:總?cè)萘吭?00kVA及以上的變壓器其接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于4Ω,每個(gè)重復(fù)接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于10Ω;總?cè)萘吭?00kVA以下的變壓器,其接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于10Ω,且重復(fù)接地不應(yīng)少于3處。中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中的中性線,應(yīng)在電源點(diǎn)接地,在配電線路的干線和分干線(支線)終端處應(yīng)重復(fù)接地;在線路引入車間或大型建筑物處,也應(yīng)將中性線重復(fù)接地。農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程(DL/T499—2001)第11.4.2條規(guī)定:配電變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)的工作接地電阻,一般不大于4Ω,100kVA以下配變可不大于10Ω,并要求在一年四季中均符合這個(gè)要求。同時(shí),第3.4.1條規(guī)定:城鎮(zhèn)、電力用戶宜采用TN－C系統(tǒng)。由此可見,國家和電力部門都十分重視配變的接地問題。

2變壓器優(yōu)化接地的要求

我國低壓配電系統(tǒng)絕大多數(shù)是中性點(diǎn)接地系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中,配電變壓器高壓側(cè)避雷器接地端、低壓繞組中性點(diǎn)和配電變壓器外殼共用一套接地裝置。相關(guān)規(guī)程規(guī)定:當(dāng)配電變壓器容量為100kV•A及以下時(shí),接地電阻不得大于10

Ω;當(dāng)配電變壓器容量大于100kV•A時(shí),接地電阻不得大于4Ω。配電變壓器接地不良或接地電阻超過上述規(guī)定值,雖然危險(xiǎn),但由于它不像相線那樣,一有故障就會(huì)造成停電,因而常常被人們忽視。為了保證設(shè)備和人身安全,對(duì)配電變壓器接地裝置不應(yīng)忽視,而應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待。

2.1接地裝置對(duì)土壤的要求

接地裝置要敷設(shè)在低電阻率的區(qū)域里。因?yàn)榻拥匮b置的接地電阻和土壤電阻率近似成正比關(guān)系。相同的接地裝置,土壤電阻率越小,則接地電阻越小;反之,則接地電阻越大。在選擇配電變壓器安裝位置時(shí),除考慮靠近負(fù)載中心外,還應(yīng)盡可

能避開高電阻率區(qū)域。

2.2接地裝置所用材料及規(guī)格要求

接地裝置應(yīng)盡可能利用自然接地極,如電力排灌站廠房的結(jié)構(gòu)鋼筋、水泵的管道系統(tǒng)等,但應(yīng)保證接頭處有可靠的電氣連接。

2.3人工接地極連接的要求

水平接地極的連接宜采用焊接。水平接地極與垂直接地極的連接,也應(yīng)采用焊接。接地引下線與接地極的連接最好也用焊接。如用螺栓連接時(shí),應(yīng)有防松螺母或墊片。連接時(shí)應(yīng)將接觸面除銹,擦凈至發(fā)出金屬光澤,并涂一薄層中性凡士林,然后擰緊。有條件的地方,接觸面最好搪錫。接地引下線與設(shè)備的連接,是將引下線接至設(shè)備的接地螺栓上,接觸面應(yīng)除銹后涂中性凡士林,然后將接地螺

栓擰緊。

2.4對(duì)人工接地極敷設(shè)的要求

人工接地極的敷設(shè)深度一般來說是越深越好。因?yàn)槁竦迷缴?接地電阻越小。但隨著深度的增加,施工難度增加很大,而接地電阻卻降低甚微,得不償失。故規(guī)程建議埋深為0.6～0.8m。人工垂直接地極長度一般取2.0～2.5m,為降低屏蔽系數(shù),其間距最好是20m。不得已時(shí),最小不能小于其長度的2倍。垂直接地極一般不應(yīng)少于2根,為便于打入土壤中,其一端應(yīng)做成尖形。人工水平接地極的間距一般不宜小于5m。接地溝的尺寸沒有嚴(yán)格要求,以節(jié)省土方工作量和便于施工為原則。所挖出的土方不宜棄置過遠(yuǎn),以便于回填。回填土應(yīng)夯實(shí),土壤越密實(shí),接地電阻越小。

3變壓器優(yōu)化接地應(yīng)注意的問題

3.1采用TN-C系統(tǒng)需注意的問題

前述配電變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)接地,并與高壓側(cè)避雷器接地共用一個(gè)接地裝置,適應(yīng)于大量采用的低壓系統(tǒng)為TN和IT但是如采用IT制式,則中性點(diǎn)就不能接地。TN系統(tǒng)又分種TN一C系統(tǒng)、TN一S系統(tǒng)、TN一C一S系統(tǒng)。一般居民用戶可用一一系統(tǒng),即低壓從配電變壓器引出的主干線可以采取一系統(tǒng)四線制,到用戶的支線采取一系統(tǒng)工廠車間可以采用竹系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)用三相電源,照明及其它單相負(fù)載用用單相電源,配電變壓器中性點(diǎn)接地,到車間后,車間設(shè)備的外殼單獨(dú)接地。需防爆的場(chǎng)所最好采用系統(tǒng),中性點(diǎn)不接地,外殼單獨(dú)接地,這樣相線碰地或碰外殼,電流很小,不會(huì)產(chǎn)生火花,可有效地防止爆炸。有防腐要求

(1)不能一部分設(shè)備接零,一部分設(shè)備接地,必須所有設(shè)備都接零,其原因如下:

1)設(shè)備外殼不能單純采取接地措施,這是因?yàn)?某一設(shè)備的外殼采取接地后發(fā)生火線碰設(shè)備外殼時(shí),可能由于外殼接地電阻Rd及配變中性點(diǎn)接地電阻R0的限制,開關(guān)不會(huì)跳閘。但是,設(shè)備外殼可能出現(xiàn)較高的對(duì)地電壓Ud(見圖

2)一旦人體觸及設(shè)備外殼,人體承受的電壓較大,只能減輕觸電的危險(xiǎn)程度,不能避免發(fā)生觸電傷亡事故,確保人身安全。所以,在低壓中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中,設(shè)備外殼不允許單純采取接地方式。

(2)不允許一部分設(shè)備接地,一部分設(shè)備接零。以圖2為例:假設(shè)某設(shè)備m接地,某設(shè)備n接零,一旦設(shè)備m外殼帶電,設(shè)備m對(duì)地電壓和設(shè)備n對(duì)地電壓都比較大;如人體接觸設(shè)備m或設(shè)備n的外殼,或者人體同時(shí)接觸設(shè)備m和設(shè)備n的外殼,都會(huì)發(fā)生觸電,危及生命。所以,在接零系統(tǒng)中,要求所有電氣設(shè)備的外殼都應(yīng)該接零,而且零線要多處重復(fù)接地,不允許一部分設(shè)備接零,一部分設(shè)備接地。

3.2鋁材在土壤中極易被腐蝕,所以不能用鋁線或鋁排作接地極。

由于采用三點(diǎn)共地后,高壓側(cè)避雷器的放電電流特別當(dāng)三相同時(shí)放電時(shí)很大,在接地電阻上的壓降也很高。該壓降加在低壓線圈上,通過低壓線路電容接地,在低壓線圈中就有一沖擊電流使線圈勵(lì)磁,通過電磁感應(yīng)使高壓線圈感應(yīng)出很高的電壓。高壓側(cè)電壓受高壓側(cè)避雷器殘壓所限制,高壓線圈中性點(diǎn)電位很高,容易在中性點(diǎn)附近,導(dǎo)致對(duì)地?fù)舸┗蛟验g短路而損壞變壓器,因而必須采取措施限制低壓線圈承受的電壓。如低壓側(cè)也加一組避雷器,當(dāng)?shù)仉娢簧邥r(shí),通過避雷器放電,低壓線圈只承受低壓避雷器的殘壓左右,這樣過電壓就被限制在可承受范圍之內(nèi),這就是防止逆變換損壞變壓器。同樣當(dāng)?shù)蛪壕€路感應(yīng)雷傳到配電變壓器時(shí),低壓側(cè)避雷器也會(huì)動(dòng)作,使雷電流人地,低壓線圈的電壓被限制在低壓避雷器殘壓之內(nèi),防止配電變壓器高壓側(cè)被按變比由低壓而感應(yīng)的電壓所損壞。因此,必須在配電變壓器的低壓側(cè)安裝一組低壓避雷器。這種情況屬于正變換過電壓,由于配電變壓器的低壓側(cè)絕緣裕度高于高壓側(cè),所以配電變壓器雷擊事故常發(fā)生在高壓側(cè),尤其是中性點(diǎn)附近。低壓側(cè)加裝避雷器,因其往往采用架空線,容易受雷擊,直配變壓器因其變比大,更應(yīng)在低壓側(cè)加裝一組避雷器。加裝低壓避雷器后,原來的點(diǎn)共同接地就成了點(diǎn)共同接地,就如圖所示。中性線及其連接方法中性線在三相負(fù)荷不平衡時(shí)流過電流,按有關(guān)規(guī)定該電流不得大于相線電流的。另外,中性線、中性點(diǎn)接地線與配電變壓器低壓中性線端頭的連接應(yīng)可靠,應(yīng)制作接線鼻板,螺栓應(yīng)壓緊,防止接觸不良電流流過時(shí)發(fā)熱燒斷。

配電變壓器高壓側(cè)避雷器的接地引下線的接地電阻,應(yīng)按《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》所規(guī)定的要求進(jìn)行,不能接在獨(dú)立的接地極上,否則,雷電流在接地電阻上產(chǎn)生的電壓將和避雷器的殘壓疊加,加在變壓器高壓繞組上,可能擊穿高壓繞組。

如配電變壓器坐落在高電阻率區(qū)域內(nèi),可用外引接地極引至近處土壤電阻率較低的地方,如低洼地、池塘、湖泊、江河、溪流邊等。如外引接地極有困難,可在接地極周圍放置木炭、化工廠弱腐蝕性廢渣或接地專用降阻劑等

3.3變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)接地

配變低壓側(cè)中性點(diǎn)接地也稱工作接地。工作接地一般有以下兩項(xiàng)作用:

1)減輕一相接地的危險(xiǎn)。中性點(diǎn)采取不接地系統(tǒng)若發(fā)生一相接地,則中性線及設(shè)備外殼對(duì)地是相電壓(人體接觸十分危險(xiǎn)),其它兩相電壓對(duì)地升到線電壓,故障時(shí)間越長,觸電危險(xiǎn)性就越設(shè)備外殼直接接而不接零時(shí),存在觸電危險(xiǎn)大。中性點(diǎn)采取工作接地方式,發(fā)生一相接地時(shí),中性線及設(shè)備外殼對(duì)地電壓比較低。因?yàn)?中性

點(diǎn)接地電阻R0≤4Ω,可以把設(shè)備對(duì)地電壓限制在安全范圍之內(nèi)。

2)減輕高壓竄入低壓的危險(xiǎn)。在配變低壓側(cè)中性點(diǎn)接地條件下,若10kV/0.4kV的配變發(fā)生高壓線圈對(duì)低壓線圈擊穿時(shí),10kV高壓系統(tǒng)的單相接地故障電流(電容電流,通常為數(shù)安培)可通過中性點(diǎn)接地電阻(R0≤4Ω)形成分壓回路。此時(shí)低壓中性線及設(shè)備外殼上電壓U0較低見。

3.4重復(fù)接地

(1)在零線上多處接地(重復(fù)接地)的作用:

1)可以降低漏電設(shè)備對(duì)地電壓,減少觸電危險(xiǎn)性。

2)可以減輕一旦零線斷線時(shí)的觸電危險(xiǎn)。圖4中,沒有重復(fù)接地時(shí),一旦零線斷線,斷線后面的接零設(shè)備發(fā)生漏電時(shí)帶全相電壓(A設(shè)備);有重復(fù)接地時(shí),一旦零線斷線,斷線后面的接零設(shè)備發(fā)生漏電時(shí)只帶部分相電壓(B設(shè)備),減少了觸電危險(xiǎn)性。

3)重復(fù)接地和工作接地構(gòu)成零線的并聯(lián)分支。發(fā)生單相短路時(shí),會(huì)增大單相接地短路電流,提高保護(hù)靈敏度,縮短跳閘時(shí)間。

4)架空線路采取在零線上重復(fù)接地,對(duì)雷電流具有分流作用,有利于限制雷電過電壓。

(2)對(duì)重復(fù)接地的要求

1)戶外架空線路宜采用集中重復(fù)接地。

2)架空線路的終端,分支線超過200m的分支處以及沿線每1km處零線均應(yīng)重復(fù)接地。

3)高低壓線路同桿敷設(shè)時(shí),共同敷設(shè)段的兩端低壓零線應(yīng)重復(fù)接地。

4)以金屬外殼作為零線的低壓電力電纜,應(yīng)重復(fù)接地。

5)車間內(nèi)部宜采用環(huán)形重復(fù)多點(diǎn)接地。

6)每一重復(fù)接地的接地電阻不得大于10Ω,變壓器低壓工作接地的接地電阻不得大于4Ω。

7)電氣設(shè)備的接地、接零線不得串聯(lián),必須直接接到接地干線聯(lián)接。

4接地裝置的形式

農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程(DC/T499—2001)要求,配電變壓器的工作接地,車間、作坊的接地及零線的重復(fù)接地裝置,宜采用復(fù)合式環(huán)形閉合接地網(wǎng)。在接地網(wǎng)中,重直接地體(可用長2.5～3.0m,直徑為50mm的鍍鋅鋼管或50mm×50mm×5m的角鋼)不少于2根。水平接地網(wǎng)(用50mm×5mm的鍍鋅扁鋼埋深不少于0.6m),面積不少于100m2組成,接地體之間應(yīng)采用焊接。接地網(wǎng)的工頻接地電阻可按式

(1)計(jì)算:Re=ρ(1/4R+1/L)(1)式中Re———工頻接地電阻,Ω;

R———接地網(wǎng)的等效半徑,m;

L———水平接地體和垂直接地體的總長度,m;

ρ———電阻率,Ω•m(砂質(zhì)粘土為100,黃土為250,砂土為500)。

通常情況下ρ值取100Ω•m,接地網(wǎng)等值半徑取10m,垂直接地體長度和水平接地體長度之和達(dá)到60m時(shí),Re=4.15Ω,便可滿足配變中性點(diǎn)接地電阻的要求。接地裝置施工完成以后,還要實(shí)測(cè)接地電阻值,使之符合要求。

5結(jié)束語

從以上分析可知,正確的接線應(yīng)是:變壓器外殼的保護(hù)接地線經(jīng)避雷器橫擔(dān)與避雷器的接地引下線相連后接地,低壓側(cè)中性線的工作接地與另一側(cè)的接地極相連

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