北京电气土木建筑学会

114接地14.1电气装置接地的一般规定14.1.1功能接地与保护接地电气装置接地涉及两个主要方面：一方面是电源功能接地，如电源系统接地，多指发电机组、电力变压器等中性点的接地，一般称为系统接地，或称系统工作接地。另一方面是电气装置外露可导电部分接地，起保护作用，故习惯称为保护接地。系统接地的主要作用：－为大气或操作过电压提供对地泄放的回路，避免电气设备绝缘被击穿；－提供接地故障回路，当发生接地故障时，产生较大的接地故障电流，迅速切断故障回路；－中性点不接地系统，当发生接地故障时，虽能保证供电连续性，但非故障相对地电压升高1.73倍，系统中的设备及线路绝缘均较中性点接地系统绝缘水平高，增加投资费用；－中性点不接地系统，需大量安装绝缘监察装置。保护接地的主要作用：－降低预期接触电压；－提供工频或高频泄漏回路；－为过电压保护装置提供安装回路；－等电位联结。图14.1－1电气装置功能接地与保护接地根据电气装置的要求，接地配置可以兼容或分别地承担保护和功能两种目的。对于保护的目的要求，始终应当予以优先地考虑。2接地配置的设施的选择和安装应满足：－接地电阻值符合电气装置的功能和保护要求，并预计长期有效；－能承受接地故障电流和对地泄漏电流而无危险，特别是热的、热－机械应力、电机械应力引起的危害；－有足够的强度或有附加的机械保护，以适应所在场所的外部的影响；－应采取措施，防止由于电腐蚀作用对接地配置的设施和其它金属部分造成危害。14.1.2变电所的接地配置10kV系统中性点接地可分为：中性点不接地系统(包括经消弧线圈接地)中性点接地系统经电阻接地低电阻接地高电阻接地14.1.2.1中性点不接地系统(1)接地故障特点配电系统在正常运行时，三相基本平衡电压作用下，各相对地电容电流ICL1、ICL2、ICL3相等，分别超前相电压90°，ICL1＝ICL2＝ICL3＝UΦωC，其ICL1＋ICL2＋ICL3＝0，系统中性点与地有相同电位。如L1相发生接地故障，忽略接地过渡电阻，视为金属性接地，10kV系统各支路的电容电流的流向如下图所示：图14.1-210kV系统接地故障示意从10kV系统接地故障示意图可以得出结论：3a)全系统所有非故障的各支路，故障相的电容电流均为零，非故障相均有电容电流；b)在故障支路，故障相流过所有各支路的电容电流的总和；c)故障支路的电容电流其方向由负载流向电源，非故障各支路的电容电流其方向由电源流向负载；d)故障支路检测的零序电流为各非故障支路电容电流总和；e)接地故障电流大小与接地故障点的位置无关，只与接地故障点的过渡电阻有关。10kV系统接地故障，电压与电流矢量关系如下图所示：图14.1-310kV系统接地故障矢量图L1相发生接地故障，相当于在L1相上加上U0＝－UL1，L2相L3相也加上U0＝－UL1，非故障相对地电压升高3倍，其夹角由120°变成60°，合成的电容电流增大3倍，接地故障电流为单相电容电流的3倍，Id＝3UΦωC。(2)优缺点a)接地故障引起系统内部过电压可达3.5～4倍相电压，易使设备和线路绝缘被击穿。b)油浸纸绝缘电力电缆达20A，聚乙烯绝缘电力电缆达15A，交联聚乙烯绝缘电力电缆达10A，接地故障电流引燃电弧则不能自熄，引起间歇电弧，产生过电压易产生相间短路或火灾；c)非故障相对地电压升高3倍。系统内设备或电缆绝缘等级相应提高，例如，10kV电力电缆应选用8.7/10kV而不是6/10kV；无间隙氧化锌避雷器，提高持续运行电压数值或加串联保护间隙等；d)发生接地故障时，报警而不切断故障支路，保证供电的连续性；e)接地故障在一段时间内存在，接地故障电压易使人遭受电击或引起火灾，如下图14.1-4所示.14.1.2.2中性点低电阻接地系统根据接地故障电流大小，划分低电阻或高电阻接地。当接地故障电流大于或等于100A而小于或等于1000A时，为低电阻接地方式；接地故障电流小于10A时，为高电阻接地方式。低电阻接地方式的接地故障电流一般情况下选择为300A～800A，10kV系统低电阻接地方式接地电阻不同地区选择为10Ω或16Ω。4图14.1－4高压接地故障电压传导到低压侧为了将系统内谐振过电压倍数限制在2.5以下，流过中性点电阻性电流IR要大于或等于系统电容性电流IC的1.5。低电阻接地方式，增大接地故障电流Id。系统内发生接地故障时的接地故障电流Id与接地故障点位置无关，不能采用零序电流速断保护来实现保护的选择性，而应采用不同时限的零序电流保护来实现保护的选择性。机械式继电器延时时限：出线为0.5s；母联为1.0s；主进线为1.5s～2.0s。采用电子式保护器延时时限选定为0.2s～0.3s，整定值范围大且整定精确，建议采用电子式保护器作为零序电流保护。中性点经低电阻接地方式，接地故障电流Id较大，切断故障回路时间内，有较大的接地故障电压Uf，低压系统接地型式为TN系统时，外露可对地部分与变压器低压中性点共用接地体，接地故障电压Uf传导到低压侧，易引起人身电击或火灾，如图14.1-5所示.低压系统接地型式为TT系统时，外露可对地部分与变压器低压中性点有相互独立的接地体，接地故障电压Uf传导到低压侧，易引起工频过电压如图14.1-6所示。IEC标准规定，一般低压电气设备允许工频过电压与故障电路切断时间要求：允许承受的工频过电压为U0＋250V时，切断故障电路时间大于5s；允许承受的工频过电压为U0＋1200V时，切断故障电路时间小于或等于5s。图14.1-5高压系统的接地故障电压传导到TN系统内5图14.1-6高压系统的接地故障电压引起TT系统工频过电压中性点经低电阻接地方式，系统内发生接地故障，立即切断故障电路，供电的连续性得不到保证。根据以上的所述，10kV不接地系统中，发生接地故障时的故障电压幅值不高，但存在时间很长。低压采用TN系统供电时，故障电压沿PEN线或PE线传导，采取总等电位联结措施降低预期接触电压。10kV经低电阻接地系统中，发生接地故障时的故障电压虽时间不长，但幅值很高。低压采用TN系统供电时，应采取以下措施：变电所内设置两组接地极；采用总等电位联结措施；在总等电位联结范围外供电时，采用局部TT系统供电。低压采用TT系统供电时，变电所的外露可导电部分的接地电阻不超过1Ω或带有已接地的合适的有金属护层的高压电缆和低压电缆总长度超过1km。14.1.3特低电压用特低电压（Extra-LowVoltage）供电，是防电击措施之一。IEC将用特低电压分为三类，简述如下：14.1.3.1SELV(Self-sufficientELV)图14.1－7SELV电路图SELV电路与地是绝缘的，PE线带有故障电压Uf时，及发生接地故障时，其用电设备外露可导电部分对地电压均为零。不需要其它辅助措施，可满足防电击引起。614.1.3.2PELV(ProtectiveELV)PELV电路一根导体是接地的，用电设备外露可导电部分不接地，如下图所示：图14.1－8(a)PELV电路图PE线带有故障电压Uf时，用电设备外露可导电部分对地电压为零。既PE线带有故障电压Uf时，又发生用电设备接地故障，用电设备外露可导电部分对地电压为Uf与UELV向量和，用电设备务必布置在等电位联结有效范围内，以防止用电设备外露可导电部分对人身产生电击危险。PELV电路用电设备外露可导电部分接地，如下图所示：图14.1－8(b)PELV电路图用电设备外露可导电部分对地有连接，PE线带有故障电压Uf时，用电设备外露可导电部分对地电压为Uf时。既PE线带有故障电压Uf时，又发生用电设备接地故障，用电设备外露可导电部分对地电压为Uf与UELV/2向量和，用电设备务必布置在等电位联结有效范围内及保护电器切断电源，以防止用电设备外露可导电部分对人身产生电击危险。14.1.3.3FELV(FunctionalELV)由于功能上的原因采用了特低电压，SELV或PELV的所有要求不能满足时，或不需要SELV或PELV时，保证直接和间接接触两者兼有的防护，这种方法的组合称为FELV，如下图所示：7图14.1－9FELV电路图FELV回路的用电设备绝缘不能耐受一次回路所要求的试验电压时，则设备的可触及的非导电部分的绝缘应在安装时加强，使其能耐受交流方均根值为1500V，时间1min的试验电压。将FELV回路中的用电设备外露可导电部分与一次回路的保护导体连接；此时FELV回路中的带电导体不排除与该一次回路保护导体的连接，用电设备务必布置在等电位联结有效范围内及保护电器切断电源，以防止用电设备外露可导电部分对人身产生电击危险。电气隔离防护时，将FELV回路中的设备外露可导电部分与一次回路的不接地等电位联结导体连接。14.2电气装置保护接地的范围14.2.1需保护接地的范围下列电气装置外露可导电部分，除另有规定者外，均应保护接地：－电机、变压器、电器、携带式及移动式用电器具等的底座和外壳；－电气设备传动装置；－互感器的二次绕组；－配电屏（箱）、控制屏（箱）、各类箱体操作台等金属的框架；－户内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属围栏和金属门等；－封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体；－电力电缆和控制电缆的金属护套，穿线的金属管；－电气用各类金属构架、支架等；－电缆桥架、电缆线槽及金属支架；－电涌保护器；－发电机中性点外壳、发电机出线柜和封闭式母线（密集型或空气绝缘型）金属外护层；－装有避雷线的电力线路杆塔；－在非沥青地面的居民区，无避雷线小接地电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；－安装在配电线路杆塔上的开关设备、电容器等电力设备。14.2.2不需保护接地的范围下列电气装置外露可导电部分，除另有规定者外，可不做保护接地：8－电气装置安装在非导电场所，其地板和墙体对地绝缘电阻：额定电压500V时，绝缘电阻不小于50kΩ；额定电压超过500V时，绝缘电阻不小于100kΩ，可使用0级设备。在该场所内，人体伸臂2m范围内，不会同时触及两个外露可导电部分或一个外露可导电部分和任何一个外部可导电部分；在伸臂的范围外，该距离可缩短至1.25m。必需采取措施防止通过外部可导电部分在该场所之外出现电位。－超低电压（SELV）用电设备；－安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其它低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危及人身安全电压的绝缘子金属底座等；－安装在已接地的金属构架上的设备，如套管等（应保证电气接触良好）；－额定电压220V及以下的蓄电池室内的支架；－与已接地的机床机座之间有可靠电气接触的电动机和电器外壳；－双重绝缘的用电设备；－采用电气隔离保护方式供电的用电设备，隔离变压器的每个绕组，只供电给单台设备；每个绕组供电给多台设备时，各设备间应做不接地的等电位联结。电器产品按防电击措施划分四类，防间接接触电击措施见下表：表14.2－1电气设备和电气装置电击防护措施设备类别防护措施设备部分装置部分基本防护附加防护0基本绝缘－非导电场所每台设备电气隔离Ⅰ基本绝缘保护联结自动切断电源Ⅱ基本绝缘附加绝缘－加强绝缘或等效结构配置Ⅲ限制电压－SELV和PELV14.2.3信息技术装置的接地IEC标准规定，在一个建筑物内的电气装置只允许有一个共用的接地装置，并采取等电位联结，消除或减少电位差。信息技术设备只能通过PE线与共用接地装置连接，并实施等电位联结，以等电位联结系统的电位作为信息技术设备的参考电位。IEC标准认为，50mm2铜质导体作为接地干线，是材料成本与阻抗之间最好的结合，10mm2铜质导体作为功能接地最小截面。信息技术设备接地方法及等电位联结方法，如以下所述：(1)放射状连接的保护导体如图14.2－1所示，此法使用了与电源导体在一起的保护导体。每台设备的保护导体为电磁干扰（电源带来的瞬变除外）提供了一个阻抗相对较高的通路，从而使信息技术设备间的信号电缆承受着大部分引入的噪声。因此设备本身必需具有令人满意的高抗干扰性能。由于信息技术设备提供了专用的电源回路和接地系统，而它们与其他电源回路和接地