配电变压器低压侧中性点接地刍议

配电变压器低压侧中性点接地刍议

邱亚兰唐静雅

邱亚兰唐静雅

国网郑州供电公司河南郑州450000

摘要：我国低压配电系统绝大多数是中性点接地系统.在这种系统中,配电变压器高压侧避雷器接地端、低压绕组中性点和配电变压器外壳共用一套接地装置。主要是为了降低高（中）低压混触事故时的危害，变压器低压侧中性点接地的设置须考虑避免产生杂散电流，变电所处互相连通的中性线在任何运行模式下只能一点接地。

关键词：配电变压器；低压侧中性点；接地

并列运行的多电源系统，由于并列时电源中性点是通过中性线联通的，各电源总共只能有一处中性点接地，但同时也可能带来高（中）低压混触事故入地路径变长、低压接地故障回路阻抗变大、母线接地故障及后备接地故障保护动作影响范围扩大等问题。不并列运行的多个电源，可根据系统的保护设置等将系统接地按实际切分，每个切分的系统设置一个接地点，避免上述问题。

1、变压器优化接地的要求

1.1接地装置对土壤的要求：接地装置要敷设在低电阻率的区域里因为接地装置的接地电阻和土壤电阻率近似成正比关系。

1.2接地装置所用材料及规格要求：接地装置应尽可能利用自然接地极。如电力排灌站厂房的结构钢筋、水泵的管道系统等。但应保证接头处有可靠的电气连接。

1.3人工接地极连接的要求：水平接地极的连接宜采用焊接。水平接地极与垂直接地极的连接，也应采用焊接。

1.4对人工接地极敷设的要求：人工接地极的敷设深度一般来说是越深越好。因为埋得越深，接地电阻越小。但随着深度的增加施工难度增加很大。而接地电阻却降低甚微。得不偿失故规程建议埋深为0.6—0.8m。

2、变压器低压侧中性点接地作用

2.1减轻一相接地的危险。传统的一相接地是存在重大安全隐患的，一旦发生电路故障，电流急剧增大，电压数值升高，此时人体接触就会发生触电身亡的危险，同时，故障如果不能够得到及时有效的解决，触电的安全隐患也会随之增加，采用变压器低压侧中性点接地，就能够有效的缓解这一问题，降低用电安全隐患，确保用电人员的基本人身安全，因此这是一项技术上的提升，也是安全上的保障。具体的操作原理是中性点采取工作接地方式，发生一相接地时，中性线及设备外壳对地电压比较低。因为，中性点接地电阻R0≤4Ω，可以把设备对地电压限制在安全范围之内。

2.2减轻高压窜入低压的危险。没有进行低压侧中性点接地更新的变压器极易出现低压窜入高压的故障问题，一旦电压发生紊乱电路系统就会在短时间内崩溃，不仅危害到相应的工作人员人身安全，也容易对周边的居民造成人身威胁。而采用变压器低压侧中性点接地改良之后，高压和低压能够得到有效的控制，一旦出现电路故障会自动降解高压，实现自动电压疏通，彻底解决了高压窜低压的现象。

3、配电变压器低压侧中性点接地的位置

目前较为常用的TN系统中低压侧中性点接地可以降低高（中）低压混触事故时的危害，也是解决低压接地故障问题的保护接地，但不正确的中性点接地也会带来一些问题，例如杂散电流。杂散电流的危害和一点接地避免杂散电流的原理在很多书籍和论文中都有描述，这里就不重复了。如果低压侧中性点必须接地而且只能一点接地，那这个接地点的位置选择是很重要的，需要考虑多方面的因素。

在单变压器系统中，接地点可以在电源（变压器）处至第一个隔离电器（低压柜）之间。从高（中）低压混触事故角度考虑，接地点在电源处可以让混触事故电流更直接更快入地或通过电缆屏蔽层流走，更好地降低故障电压的影响；从低压接地故障角度考虑，接地点在第一个低压柜时，该点在平时电源的主路径上，低压接地故障电流返回顺畅，而且接地点后低压接地故障电流通过中性线返回，由于中性线截面一般大于或等于PE线截面，会有更低的阻抗。笔者认为在变压器与低压柜距离较近，特别是共室甚至靠近布置时，采用在低压柜处接地更为合适。

在变压器处和低压柜处允许同时设置接地点，只要不使接地的导体（N）产生并联回路，并特别注明与通过大地连接不能认为是并联回路，说明接地故障电流不属于杂散电流。适用于变压器和低压柜相隔较远并不在同一个接地体的场合，可以让混触事故电流在变压器处直接返回，也可以让低压接地故障电流从中性线返回，但实际上N线电流会有一部分通过大地返回，两个接地点的接地电阻越低、距离越近越明显，但这种情况是所有PEN多点重复接地的TN-C-S系统都会出现的。对于有多个变压器或发电机的工程，各电源的关系可以是并列运行，也可以不考虑并列运行。从原理上讲，能运用在并列运行模式的接地方式，运用在非并列运行模式也是可以的，但也有需要注意的地方。

比较大型的并列运行系统，变压器可能相隔较远：①这种接地方式的系统，其故障切断是要通过实测而不能只是通过计算确定；②当相对地故障出现在母线处或出线发生接地故障但相应出线断路器不动作时，需要通过PE-PEN监测来切断所有的进线回路。笔者认为这两点是比较值得思考的。第①点是考虑接地点的位置会使接地故障回路复杂化。并列运行的变压器一般考虑低负载时减少变压器的投入，当负载靠近变电所，且仅有变电所投入运行时，如该负载线路发生接地故障，接地故障电流必须流回变电所一处的PE-PEN连接点，大大提高了接地回路的阻抗，降低了接地故障的灵敏度，且不同变压器投入时各出线回路的接地故障回路阻抗的变化情况比较复杂。第②点提到了一个发生接地故障但出线断路器不动作时需要前级保护的要求，这个问题在很多地方是没有规定的，这种要求类似后备保护的概念。要整体实现短路、接地故障的后备保护是要从整个系统去考虑才能完成的，但如果仅仅实现接地故障的后备保护，设置PE-PEN监测是一个相对简单的实现。如短路保护电流较小与过负荷电流相近时，可以采用过负荷保护兼做短路保护，对短路保护的灵敏度要求和切断时间要求与接地故障是不一样的。称为TN-EMC系统，其在电源侧及断路器的设置更接近TN-C系统，而TN-C系统在接地故障保护方面，与TN-S系统相比是要差一些的。TN-C系统只能设置零序保护而不能设置TN-S系统可以设置的剩余电流保护，零序保护要考虑躲过平时的三相不平衡电流，其对接地故障的灵敏度是远远低于剩余电流保护的。另外，并列运行的系统会使母线的长度明显增大而且母线上连接的出线断路器也会增多，母线发生接地故障和出线断路器不动作导致PE-PEN监测后备保护动作的概率也会增大，而一旦PE-PEN监测后备保护故障动作，造成的断电影响范围也增大了。此外，如不能保证避免混触事故，除变压器外其余变压器处混触事故电流的入地距离也大大增加，目前在这方面是否考虑和如何考核安全没有明确。并列运行的系统为了做一点接地需要考虑很多实际问题，可能需要付出一定的代价。

在民用建筑中，经常出现单台发电机供多组变压器确保母线的情况，多组变压器相隔距离也较远，笔者认为由于国内民用建筑的变压器之间、变压器与发电机之间基本无并列运行的情况，为避免上述的问题，将一个一点接地的大系统切分为多个一点接地的小系统是一个更简单和安全的做法。当考虑到在变压器主断路器设置出线断路器接地故障的后备保护时，如部分出线回路的接地故障电流较小，采用零序保护做后备保护较难实现，也可以将系统接地切分，每个电源设置一个接地点采用TN-S系统在主断路器设置剩余电流保护。

农村低压电力技术规程要求，配电变压器的工作接地，车间、作坊的接地及零线的重复接地装置，宜采用复合式环形闭合接地网。在接地网中，重直接地体不少于2根。水平接地网，面积不少于100m2组成，接地体之问应采用焊接。接地网的工频接地电阻P值取100Ωρ?m，接地网等值半径取10m，垂直接地体长度和水平接地体长度之和达到60m时，Re=4.15Ω，便可满足配变中性点接地电阻的要求。接地装置施工完成以后，还要实测接地电阻值，使之符合要求。

结语

综上所述，变压器是整个电力线路中的中枢，是实现电流分送和电力稳定安全供应的基本保障。通过变压器接地方式的改革能够有效的预防变压器的发生故障后所存在的安全隐患，提高广大群众的用电安全。

参考文献

[1]钱中阳，冯志文，李建云.变压器低压侧中性点接地导体截面的选择[J].建筑电气,2009（12）.

[2]梁志江，何显毅.农网中配电变压器接地方式分析[J].沿海企业与科技,2009（02）.