民用建筑变电所接地的探讨

民用建筑变电所接地的探讨

田自龙

田自龙

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710065）

摘要：国内民用建筑变电所接地的做法存在一些争议，参考国内和国际（IEC）标准，阐述民用建筑变电所系统接地、保护接地、PEN母排、PE母排、接地电阻值等设计中的问题。

关键词：系统接地；保护接地；接地电阻；PE母排

1基本概念

地（Earth）：能供给或接受大量电荷可用来作为良好的参考电位的物体，一般指大地，工程上定义为零电位。

接地（Grounded）：将电力系统或建筑中电气装置、设施的某些导电部分经接地线连接至接地极。通常认为与地球的大地相连是接地；与代替大地的导体相连接，以该导体的电位为电气系统的参考电位同样也是接地。

接地极（Groundingelectrode）：埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地极。兼做接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备称为自然接地极。

接地线（Groundingconductor）：电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。

210/0.4kV变电站系统接地与保护接地

10/0.4kV变电站既是10kV系统的负荷侧，也是低压系统的电源侧。建国初期10kV系统的负荷侧电网中性点接地方式主要采用不接地和经消弧线圈接地两种方式。随着社会的发展，配电网中大量采用电缆，伴随电容电流不断增大，同时运行方式存在经常变化的情况，消弧线圈补偿存在困难，随着电力电子技术的发展，以往以消弧线圈运行方式为基础的变电站也开始推广使用自动跟踪、自动调谐的消弧线圈接地新系统，使配电网能更好的处于最佳补偿状态下。但以上两种接地方式也各自存在优缺点，随着城市电网的高速发展，中性点经电阻接地的运行方式的优点日益凸显，运行效果良好，是未来的一种发展趋势。在这种情况下，高压系统保护接地与低压系统接地最好分开设置。低压系统电源侧中性点接地称为系统接地，系统接地不仅给配电系统提供了一个参考电位，保证低压系统的正常运行和电气安全；同时降低系统对地绝缘的要求。低压系统保护接地为电气设备外露导电部分接地，当低压配电线路发生接地故障时，保护接地为故障电流返回电源提供了通路，降低了电气装置的外露导电部分在故障时的对地电压或接触电压，同时故障电流还能使低压配电线路上的保护电器动作，及时切断电源。

3变电所系统接地的做法

变电所采用TN系统或TT系统接地时，变压器中性线套管出线应在何处接地，我国过去无明确规定。《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2002）4.1.3规定在变压器处直接接地；08《建筑电气设计与施工—防雷与接地》图集08D800-8中TN系统和TT系统变压器中性点均直接接地，变压器中性点通过室内接地线直接接至户外接地装置，并且和室内接地干线绝缘，PEN母排在低压配电柜分成PE线和N线，配电室周围沿墙敷设接地PE干线，变压器外壳和配电柜与PE干线相连。这样就造成低压配电系统内的对地正常泄露电流、故障电流、不平衡电流在流回变压器中性点时，在低压配电柜N母排和PE母排连接处产生分流，大部分电流经N线直接流回变压器中性点；小部分电流经PE线、变压器室内接地干线、户外接地装置、室内接地线流回变压器中性点，这小部分电流就是杂散电流。IEC60364系列标准对系统接地的做法有严格的要求，它规定不允许在变压器或发电机室内将星形结点就地接地，同时规定自变压器（发电机）星形结点引出的PEN线必须绝缘，并只能在低压配电盘内一点与接地的PE母排连接而实现系统接地，即由变压器中性点配出与相线同材质、相同截面或小一级截面的母排至低压系统配电盘，再根据其接地型式的不同而接地。在配电盘以外不得再在其他处接地。其主要目的是防止形成杂散电流，它可能引起下述电气灾害[1]：（1）杂散电流可能因不正规的通路导电不良而打火，引燃可燃物起火。（2）杂散电流如以大地为通路返回电源，可能腐蚀地下基础钢筋或金属管道等金属部分。（3）杂散电流将产生杂散电磁场，它可能干扰信息技术设备的正常工作。变压器中性点引出线至低压配电盘距离一般不会太远，且这段母线截面较大，阻抗基本可以忽略不计，因此在低压配电盘进行一点接地是可行的。

4变电所内的PE线和PEN线

保护导体PE是为了安全目的而设置的导体，变电所内的变压器、配电装置以及电气设备的金属外壳都需接PE线以防止电击，常见的做法是沿变电所墙脚敷设-40mmX4mm扁钢作环形PE干线实现保护接地。保护接地中性导体PEN线通过不平衡电流，对地产生电位，为了防止产生杂散电流，PEN必须包以绝缘，绝缘须满足可能遭受的最高电压。PEN线当从装置的任何一点起，中性线和保护线由各自的导线提供时，从该点起不应将两导线连接，在分开点，应分别设置保护线和中性线接线用的端子或母线。保护接地对电气安全十分重要，IEC标准规定包含有PE线的PEN线上不允许装设开关或熔断器以杜绝PE线的开断。

5配电盘内PE母排连接

不少建筑物采用TN-C-S系统供电，有关配电盘内PE母排的连接方式一直让人困惑。IEC标准规定在TN-C-S系统供电的建筑物进线配电箱（柜）内，PEN进线需首先接配电箱（柜）内PE母排，然后接中性线母，如图一所示。而在变电所配电柜内变压器引出的PEN母排则是先接PEN母排，后接PE母排。原因是如果先接配电箱内N线母排，后接PE线母排，这是一旦跨接线连接处导电不良，配电箱所接负载都因PE线开断而失去接地，导致电气危险。而在变电所内，变压器引出的大截面PEN母排和三条相线母排是紧靠敷设，可以减小回路电抗。PE母排则位于配电盘的下方。就减少阻抗和安装方便而言，自然是先接上方的PEN母排后接下方的PE母排为好。此外，变电所大截面母排的连接是用多个螺栓压接的，导电不良引发的电气危险很小。

图1进线配电箱内PEN线先接PE线

（下转第28页）

6变电所的接地电阻值

关于配电电气装置的接地电阻的阻值，现行的电气规范和标准有不少的规定，DL/T621-1997《交流电气装置的接地》和民用建筑电气设计规范对配电电气装置的接地电阻的要求是：

a与配电电气装置系统电源接地点共用的接地装置：

（1）配电变压器安装在由其供电的建筑物外时，应符合的要求是：

R≦50/I

式中：R——考虑到季节变化接地装置最大接地电阻，Ω；

I——计算用的单相接地故障电流；消弧线圈接地系统为故障点残余电流，A。

（2）配电变压器安装在由其供电的建筑物内时，不宜大于4Ω；

（3）向低压系统供电的配电变压器的高压侧工作于小电阻接地系统时，低压系统不得与电源配电变压器的保护接地共用接地网，低压系统电源接地点应在距该配电变压器适当的地点设置专用接地网，器接地电阻不宜超过4Ω；

b非共用的接地装置，应符合下式的要求：

R≦250/I

式中：R——考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω；

I——计算用的接地故障电流，A。

但不宜大于10Ω。

现时民用建筑物需要多种接地，比如防雷接地、交流工作接地、交流保护接地，信息系统的接地等。各接地系统对接地电阻的要求也不尽相同，各接地方式在同一建筑物中事实上是很难分开的，为了避免不同系统接地装置间的电位差引起电气事故，设计时大多采用共用接地方式时，一律要求接地电阻不大于1Ω，在土壤电阻率较高地区，建筑物面积较小时R≤1Ω是难以实现的。IEC和发达国家电气标准都没有这一接地电阻值的规定。原因是供配电系统的要求太复杂[2]，涉及变电所高压侧和低压侧接地系统的类型，变电所内两个接地是分开还是共用，变电所和低压用户是否同处于同一建筑物内，理论上需要具体要求来计算确定，难以简单地规定一个统一的数值。但有一点可以肯定，只要经济合理，接地电阻越小，低压系统越安全。

7结束语

变电所的接地是个十分重要和复杂的问题，关系到人身和电气设备的安全。在变电所接地的设计中，出现了许多新问题，我国部分设计规范和标准与国际标准（IEC标准）不太一致，导致设计人员的观念陈旧，不但浪费人力物力，电气安全也未得到充分保证。建议在有关规范修订时给予解决。

参考文献：

[1]InternationalElectrotechnicalCommission.IEC60364-5-54：2011Low-voltageelectricalinstallations–part5-54：Selectionanderectionofelectricalequipment-Earthingarrangementsandprotectiveconductors[S].3rded.Geneva，2011：9-13，27-29

[2]王厚余.我国建筑电气的接地概念有待更新.建筑电气，2013（11）：3-6

[3]刘迪先，刘敏.对民用建筑中变电站及变压器接地的探讨.建筑电气，2007（1）：8-11