10_kV小電阻接地系統(tǒng)的參數(shù)特點及其短路計算

1、10 kV小電阻接地系統(tǒng)的參數(shù)特點及其短路計算中性點經(jīng)小電阻接地的配電系統(tǒng)在城市電網(wǎng)中已越來越廣泛地被采用。部分城市電網(wǎng)主要以電纜作為送電線路，且使用緊湊型的全封閉式的開關(guān)設(shè)備及氧化鋅避雷器，有些城市使用了不少耐壓標(biāo)準(zhǔn)較低的電纜。這樣的系統(tǒng)有幾個特點：a)系統(tǒng)電容電流較大，通常超過50 A，單相接地故障后會產(chǎn)生較高的內(nèi)部過電壓；b)單相接地故障概率比架空出線少得多；c)設(shè)備不允許在單相接地后約3倍的工頻過電壓下再連續(xù)運行。這樣要求當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后應(yīng)立即切除故障線路，采用小電阻接地有利于繼電保護裝置可靠迅速地檢測并切除故障回路，小電阻接地還可改善系統(tǒng)參數(shù)減少接地故障時的內(nèi)部過電壓值。小電阻接

2、地系統(tǒng)的分析計算在有關(guān)手冊及參考書中均未做深入的研究，本文嘗試在這方面進行一些分析探討。1單相接地故障的對稱分量法計算對電力系統(tǒng)的不對稱故障的計算，通常采用對稱分量法，單相接地故障時簡化計算過程如下：L1相接地時，其各序的網(wǎng)絡(luò)方程如下：由單相接地故障的邊界條件可得：據(jù)此可得到復(fù)合序網(wǎng)圖，如圖1所示。圖1單相接地故障的復(fù)合序網(wǎng)根據(jù)序網(wǎng)圖可求得：通常Z1=Z2，所以對非故障相L2相可得下列序網(wǎng)絡(luò)方程：可得L2相電壓：同樣方法可得L3相電壓：210 kV小電阻接地系統(tǒng)的參數(shù)分析2.1系統(tǒng)接線及組成10 kV小電阻接地系統(tǒng)組成如圖2。組成部分有：作為電源的降壓變壓器，曲折接地變壓器，中性點接地電阻，1

3、0 kV母線，10 kV饋電線路等。圖210 kV小電阻接地系統(tǒng)接線圖2.2曲折接地變壓器的參數(shù)特點曲折接線方式如圖2所示。當(dāng)加入三相正、負(fù)序電流時，接地變壓器的每一鐵心柱上的磁勢是該鐵心柱上分屬不同相的兩繞組磁勢的相量和。三個鐵心柱上的磁勢是一組三相平衡量，相位差120°，產(chǎn)生的磁通可在三個鐵心柱上互相形成回路，磁路磁阻小，磁通量大，感應(yīng)電勢大，呈現(xiàn)很大的激磁阻抗。當(dāng)對接地變壓器加入三相零序電流時，每個鐵心柱上的兩個繞組產(chǎn)生的磁勢由于大小相等，方向相反，合成磁勢為零。鐵心柱上沒有主磁通，零序磁通只能經(jīng)過鐵心和周圍的介質(zhì)形成閉合回路，磁路磁阻大，因而磁通量小，感應(yīng)電勢小，呈現(xiàn)的零序等

4、效阻抗也小。因此接地變壓器具有正負(fù)序阻抗大而零序阻抗小的特點。2.3單相接地故障時阻抗參數(shù)特點 L1相接地時，各序網(wǎng)等效電路如圖3。圖3各序網(wǎng)等效電路(L1相接地)正序電路中XK為主變壓器短路電抗加上限流電抗器的阻抗值，RL1+jXL1是故障線路的正序阻抗。在正序電路中忽略了變壓器及接地變壓器的激磁阻抗，系統(tǒng)對地電容及負(fù)載阻抗。零序電路中Rg0、Xg0為接地變的零序參數(shù)，3RN為3倍中性點電阻值，X為系統(tǒng)的一相對地電容容抗值，R0、X0為故障線路的零序阻 抗參數(shù)。從等效電路可得各序的綜合阻抗：其中ZN=Rg0+3RN+jXg0由于目前小電阻接地方式主要應(yīng)用于以電纜出線為主的城市配電網(wǎng)，下面以一

5、典型的城市配電網(wǎng)為例，分析單相接地故障時正序零序綜合阻抗之間關(guān)系特點。某一個城市10 kV配電系統(tǒng)參數(shù)如下：主變壓器：SN=50 MVA，U1N/U2N=110 kV/11 kV，UK=16.0%，則其10 kV側(cè)短路電抗XK=0.38 ；接地變壓器：Sg=420 kVA，UgN=10.5 kV，Zg0=(3.4+j8.8) ；故障線路：R1+jX1=(0.4+j0.32) ，R0+jX0=(8+j1.26) 。系統(tǒng)接地電容電流70 A，計算得X=260 。當(dāng)中性點電阻RN=10 時，若出線末端短路，有Z1=Z2=(0.4+j0.7) ，Z0=(43.16+j5.69) ，則Z0Z1=54；當(dāng)

6、RN=20 時，則Z0=(71.7-j5.73) ，Z0Z1 =89；當(dāng)RN取更大值時，Z0Z1值還會繼續(xù)增大。通常中性點電阻值大于10 ，所以中性點電阻接地方式的城市配電網(wǎng)單相接地時零序阻抗和正序阻抗的幅值相差很大，一般可認(rèn)為：Z040Z1。這是小電阻接地系統(tǒng)的阻抗參數(shù)的一個重要特點。310 kV電阻接地故障的分析計算因Z040Z1，可利用此條件對接地故障計算進行簡化，對短路電流有(假設(shè)L1相故障)：幅值Id=IL13E/Z0，即E為10 kV系統(tǒng)的相電勢幅值，以平均電壓計，非故障相電壓分別為：類似地其中，下面簡要討論一下的取值，根據(jù)上述Z040Z1的關(guān)系，設(shè)Z0=mZ1，則m40，得，可見

7、接近于1，是接近于0的值?？傻梅档慕朴嬎愎剑阂陨鲜鱿到y(tǒng)為例，對于不同的中性點電阻值，當(dāng)線路末端短路故障時，計算結(jié)果如表1。表1線路末端短路故障計算RN=10 RN=20 RN=ZN/33.4+j8.863.4+j8.8X/26026026035.16+j4.4363.7-j6.99-j260Z0/43.16+j5.6971.7-j5.738-j258.7Id/40825070.7IN/421250U00.98U0.99UUUL21.67U1.70U1.74UUL31.72U1.735U1.74U,0.96，-0.0440.986，-0.031.01，-0.005(2Z1+Z0)/44.0

8、+j7.172.5-j4.388-j257.3(Z0-Z1)/42.76+j5.071.3-j6.47.6-j259.4下面討論線電壓的平衡性，進一步分析可得線電壓的負(fù)序分量： 據(jù)有關(guān)定義，可得線電壓的不平衡度為據(jù)前面結(jié)論，有據(jù)有關(guān)規(guī)定，當(dāng)不衡度小于5%時，認(rèn)為線電壓基本平衡。產(chǎn)生這種結(jié)果是單相接地的零序綜合阻抗比正序阻抗大很多的緣故。4接地變壓器及接地電阻容量計算母線上發(fā)生單相接地故障時，接地電流最大，接地設(shè)備經(jīng)受最嚴(yán)重的情況，以這種情況來校驗接地設(shè)備的容量。4.1母線單相接地時有關(guān)電流的計算為中性點電阻電流，為系統(tǒng)的每一相電容電流(參看圖3(c)的零序等效電路)。當(dāng)3RN比Rg0+jXg0

9、的幅值大很多倍時有令I(lǐng)N=3IN0，IC=3IC，則IN=3IN0=E/RN因和IC相位差約90°，則因為接地變壓器正常運行時繞組只流過激磁電流，其值在2 A以下，接地故障時繞組的電流主要是零序電流，即IN0表示的值。4.2接地電阻的選擇經(jīng)驗和分析證明，當(dāng)接地電流大于500 600 A時，接地電弧能穩(wěn)定燃燒，不會因間歇熄滅引起間歇電弧過電壓，且有利于繼電保護的正確動作。選擇接地電阻使Id=550 A，若IC=70 A，則IN=545 A，選RN=10 ，則Id555 A通常認(rèn)為繼電保護在4 s內(nèi)切除故障，按4 s熱穩(wěn)定電流可達15倍設(shè)備額定電流的原則，額定電流Ir為Id15，4.3接

10、地變壓器容量選擇按4 s的熱穩(wěn)定條件，繞組的額定電流為短路時流過繞組的電流的115，則5結(jié)語本文對10 kV小電阻接地系統(tǒng)的實際參數(shù)進行分析，得出系統(tǒng)單相接地故障時的阻抗之間關(guān)系特點，得出單相接地故障時系統(tǒng)線電壓仍維持平衡的結(jié)論。同時給出了接地設(shè)備選擇的計算方法。作者簡介：李志平(1965-)，男，廣西合浦人，工程師，碩士，研究方向為變電站二次設(shè)計。作者單位：廣東電力設(shè)計研究院，廣東 廣州 510600參考文獻1戈東方.電力工程電氣設(shè)計手冊：電氣一次部分M.北京：水利電力出版社，19892機械電子工業(yè)部.機械產(chǎn)品目錄(第七冊)M.北京：機械工業(yè)出版社，19913何仰贊.電力系統(tǒng)分析M.北京：機

11、械工業(yè)出版社，19844許實章.電機學(xué)M.北京：機械工業(yè)出版社，1980這些年因城鎮(zhèn)用電負(fù)荷劇增，電網(wǎng)中大量采用電纜供電。由于電容電流的增大，不得不將網(wǎng)絡(luò)由過去的不接地系統(tǒng)改為經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)。這一改變使變電所的接地故障電壓由過去的百伏左右劇增到，這被稱作暫態(tài)過電壓。這一過電壓經(jīng)變電所共用的接地系統(tǒng)沿低壓線傳導(dǎo)到用戶的電氣設(shè)備上。低壓設(shè)備的絕緣，特別是老舊設(shè)備的絕緣，因承受不了如此高的過電壓很容易被擊穿短路而導(dǎo)致起火危險，這些都是因電氣技術(shù)的發(fā)展而增加的一個電氣火災(zāi)新隱患。發(fā)達國家也有采用經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，但為了防止引起電氣火災(zāi)采取了有效的技術(shù)措施。具體措施是將變電所低壓系統(tǒng)的接地另打接地極分

12、開設(shè)置，使上述危險暫態(tài)過電壓無法由此傳導(dǎo)到低壓用戶去。也可大大減小變電所接地電阻值和供電系統(tǒng)的接地短路電流值，使上述暫態(tài)過電壓不致達到危險值。但我國的電網(wǎng)設(shè)計安裝只片面地仿效了國外的經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，卻未學(xué)習(xí)國外配套的電氣安全措施，由此引起的電氣事故已時有所聞，如果不及時消除這一新的電氣隱患，我國電氣火災(zāi)發(fā)生率居高不下，有增無減的勢頭將越發(fā)難以遏制。小電阻接地lOkV變電所高壓側(cè)接地短路導(dǎo)致的電氣危險及其防范措施 摘 要 城市10KV網(wǎng)絡(luò)改用小電阻接地系統(tǒng)后給低壓用戶電氣裝置帶來一些電氣危險，包括燒壞防雷SPD的危險。本文敘述這些危險的起因級其防范措施。關(guān)鍵詞 接地故障 防電擊我國多年來10k

13、V網(wǎng)絡(luò)采用不接地系統(tǒng)，由于這些年城市10kV網(wǎng)絡(luò)電纜線路增多，對地電容電流增大，不少城市將10kV網(wǎng)絡(luò)改為經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的接地短路電流高達數(shù)百上千安，如不采取有效的防范措施將對10KV電網(wǎng)和低壓（220/380V）用戶招致一些電氣危險，包括燒壞防雷SPD的危險。國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC 60364對其在低壓用戶內(nèi)的電氣危險和防范措施規(guī)定了專門的要求(1)。本文擬依據(jù)這些要求作些陳述。1、TN系統(tǒng)內(nèi)的人身電擊危險10/0.4kV變電所(以下簡稱變電所)既是10kV系統(tǒng)的負(fù)荷端，也是低壓系統(tǒng)的電源端。它需作10kV負(fù)荷端設(shè)備外殼的保護接地，也需作低壓電源端中性點的系統(tǒng)接地。以往不接地10kV

14、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)接地故障電流小，這兩個接地可合用一個接地極，在經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)內(nèi)，接地故障電流大，如圖1所示的接地故障，設(shè)故障電流Id為600A，變電所接地電阻為4，則在接地電阻RB上的電壓降，也即低壓側(cè)中性點對地故障電壓為Uf=Id·RB=2400V。此Uf將如圖1中虛線所示沿TNCS系統(tǒng)的PEN線和PE線傳導(dǎo)至另一建筑物低壓用戶電氣設(shè)備外殼上引起電擊事故。圖2為人體電擊時發(fā)生心室纖顫致死的Uf和其持續(xù)時間t的關(guān)系曲線(1)。此持續(xù)時間為變電所高壓斷路器和保護繼電器動作時間之和，約為數(shù)百毫秒。從圖2可知當(dāng)Uf超過千伏時接觸電氣設(shè)備的人電擊致死的危險是很大的。2、防范TN系統(tǒng)人身電擊事故的安

15、全措施為防范上述電擊事故可采用以下防范措施：2.1 在建筑物內(nèi)實施總等電位聯(lián)結(jié)圖3所示的TNCS系統(tǒng)用戶與變電所不在同一建筑物內(nèi)。當(dāng)上述危險鼓掌電壓Uf沿圖中PEN線和PE線傳導(dǎo)至電氣設(shè)備外殼時，圖中點劃線所示的總等電位聯(lián)結(jié)使人的手、足觸及的可導(dǎo)電部分都同為Uf電位而沒有電位差。不論Uf多大，都不可能發(fā)生電擊事故。2.2 在無等位聯(lián)結(jié)作用的建筑物電氣裝置戶外部分采用局部TT系統(tǒng)。電氣裝置的戶外部分一般不具備等電位聯(lián)結(jié)作用，當(dāng)PEN線、PE線和設(shè)備外殼帶上述危險故障電壓Uf時雙足觸及的卻是地電位，也即0V電位，電擊事故將難以避免。為此應(yīng)如圖4所示在戶外部分采用局部TT系統(tǒng)(2)，即戶外的電氣設(shè)備

16、的外殼不經(jīng)電源引來的PE線接地，而是在戶外另打接地極另引接地線(圖4中的PE線)接地。這樣就不會接觸故障電壓Uf而發(fā)生電擊事故。需注意的是在引向戶外的回路上應(yīng)如圖4所示裝用動作電流不大于30mA的漏電保護器以確保該回路發(fā)生接地故障時能有效地切斷電源。當(dāng)然，如在戶外采取措施滿足等電位聯(lián)結(jié)要求，也可不改用局部TT系統(tǒng)。2.3 在變電所內(nèi)分開設(shè)置10kV側(cè)的保護接地和低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地。如果如圖5所示將10kV側(cè)的保護接地和低壓側(cè)的系統(tǒng)接地分開設(shè)置，如圖5中的RB和RB所示，則10kV側(cè)的上述危險故障電壓將不可能傳導(dǎo)至低壓用戶，電氣事故自然無由發(fā)生。為變電所設(shè)置兩個電氣上無聯(lián)系的接地并不困難，只需將

17、自變壓器引出的中性線及低壓配電盤的中性線母排加以絕緣，自中性線母排引一單芯絕緣電纜至戶外，在距變電所保護接地至少10m處另接低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地的接地極即可。 3、TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣擊穿危險 在TT系統(tǒng)內(nèi)，電源端中性點的系統(tǒng)接地和另一建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備外殼的保護接地都是分別直接接大地的，所以TT系統(tǒng)不存在上述TN系統(tǒng)內(nèi)的電擊危險，但卻存在低壓電氣裝置內(nèi)的絕緣因承受變電所高壓側(cè)接地故障引起的工頻暫態(tài)過電壓而被擊穿的危險(1)。這是因為當(dāng)變電所發(fā)生高壓側(cè)接地故障時，如圖6所示，TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣將承受Us=UfUo=Uf220V的工頻暫態(tài)過電壓。此過電壓值往往大大超過千伏，持續(xù)時間超過 數(shù)百毫秒，TT系

18、統(tǒng)低壓絕緣和防雷SPD受此過電壓的沖擊可能被擊穿或燒壞，從而引起設(shè)備損壞或SPD燒壞短路起火事故。4、防范TT系統(tǒng)電氣絕緣擊穿事故的安全措施為防范TT系統(tǒng)絕緣擊穿事故可采取以下安全措施。4.1 限制10kV網(wǎng)絡(luò)的接地故障電流Id值和變電所接地電阻值為防止低壓系統(tǒng)絕緣被暫態(tài)工頻過電壓擊穿損壞，IEC標(biāo)準(zhǔn)(3)規(guī)定了低壓絕緣允許承受的工頻暫態(tài)過電壓和切斷電源時間如下表：由表和圖6可知，如果變電所10kV斷路器能在5s內(nèi)切斷電源，只要RB上的故障電壓降Uf=Id·RB不大于1200V，用戶低壓絕緣就能承受此過電壓而不損壞。為此應(yīng)盡量限制RB和Id值，使其乘積不大于1200V。對于戶內(nèi)變電所

19、，如利用等電位聯(lián)結(jié)內(nèi)的基礎(chǔ)鋼筋、金屬水管和電纜金屬外皮等自然接地體作接地極，RB可不難達到1以下。但對于孤立的桿上變壓器，靠人工接地極達到低接地電阻是困難的。綜合考慮各種電氣安全要求，RB值不大于2是比較安全也是可行的。如前例所述10kV網(wǎng)絡(luò)小電阻接地系統(tǒng)的接地故障電流Id若不大于600A，則在變電所采用一共用接地裝置且接地電阻RB不大于2的情況下，TT系統(tǒng)低壓絕緣將是安全的。有些地區(qū)供電部門采用過大的接地故障電流值，卻要求高壓用戶將變電所接地電阻大大降低以至小到0.5，顯然是不合適的和缺乏依據(jù)的。在防雷擊電脈沖裝置中，SPD的Uc值一般為300V左右，在TT系統(tǒng)內(nèi)如圖6所示的相地間的Uf22

20、0V暫態(tài)過電壓將使SPD導(dǎo)通，其持續(xù)時間長達數(shù)百毫秒，它泄放的過大能量將燒壞SPD。為此在TT系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)采用31的SPD裝用方式，以防SPD被燒壞。這在有關(guān)防雷規(guī)范已有具體規(guī)定，此處不多敘述。4.2 在變電所內(nèi)分開設(shè)置10kV側(cè)的保護接地和低壓側(cè)的系統(tǒng)接地，前文已述。5、變電所與低壓用戶同處于一建筑物內(nèi)時不存在高壓側(cè)接地故障引起低壓用戶電氣事故的危險當(dāng)變電所與低壓用戶共處于同一建筑物內(nèi)時是不能采用TT系統(tǒng)的，因在同一建筑物內(nèi)低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地和保護接地是難以做到電氣上的隔離的。因此不存在低壓絕緣被暫態(tài)過電壓擊穿和防雷SPD被暫態(tài)過電壓燒壞的危險。在同一建筑物內(nèi)也不能采用TNCS系統(tǒng)，因PEN線難

21、以做到與地絕緣，其對地電位將產(chǎn)生雜散電流(4)，引起地下金屬部分的腐蝕，它也對信息設(shè)備引起干擾。所以在同一建筑物內(nèi)只能采用TNS系統(tǒng)。這樣如圖7所示變電所10kV側(cè)的保護接地和低壓側(cè)的系統(tǒng)接地及保護接地通過建筑物的總等電位聯(lián)結(jié)而共用一接地極(即基礎(chǔ)鋼筋和水管等自然接地體構(gòu)成的接地極)，它們同處在一相同的電位水平上。這樣當(dāng)變電所高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，無論圖中接地母排對地電位Uf升至多高，在此建筑物內(nèi)由于總等電位聯(lián)結(jié)的作用，全部電氣裝置的電位都升高至同一Uf而不出現(xiàn)危險的電位差，前述人身電擊以至絕緣損壞事故都不可能發(fā)生，沒有必要采取任何防范措施。6、結(jié)束語6.1 城市10kV網(wǎng)絡(luò)改用小電阻接地系統(tǒng)

22、后可能在另一建筑物的低壓用戶內(nèi)引起人身電擊事故以及絕緣擊穿導(dǎo)致設(shè)備損壞、短路起火等事故。這種事故發(fā)生后變電所內(nèi)很快切斷電源，現(xiàn)場故障電壓瞬即消失，很難查出事故起因。對此電氣危險，供電部門或低壓用戶都不能掉以輕心，應(yīng)在變電所和低壓用戶內(nèi)采取有效的安全措施。6.2 最徹底的安全措施，是在變電所將10kV側(cè)的保護接地和低壓側(cè)中性點的系統(tǒng)接地分開設(shè)置，以隔斷10kV側(cè)危險接地故障電壓傳導(dǎo)至低壓用戶的途徑。6.3 如變電所難以分開設(shè)置兩個接地極，可采取如下安全措施：6.3.1 在TN系統(tǒng)內(nèi)為防人身電擊危險，在建筑物內(nèi)應(yīng)實施總等電位聯(lián)結(jié)，以消除沿低壓線路導(dǎo)入的危險電位差。在難以作等電位聯(lián)結(jié)的TN系統(tǒng)戶外部

23、分應(yīng)改用局部TT系統(tǒng)。6.3.2 在TT系統(tǒng)內(nèi)為防低壓絕緣被暫態(tài)工頻過電壓擊穿，應(yīng)限制10kV網(wǎng)絡(luò)小電阻接地系統(tǒng)的接地故障電流Id和變電所共用接地極的接地電阻RB，使故障電壓Uf=Id·RB不大于1200V。如果在TT系統(tǒng)內(nèi)裝用SPD，則SPD的裝用應(yīng)采用31的裝用方式。6.4 當(dāng)變電所和低壓用戶共處于同一建筑物內(nèi)時，由于總等電位聯(lián)結(jié)的作用，變電所高壓側(cè)接地故障不會引起該建筑物內(nèi)低壓用戶的電氣事故，不必采取防范措施。這時總等電位聯(lián)結(jié)內(nèi)的鋼筋等自然接地體成為變電所良好的接地極。除非基礎(chǔ)鋼筋混凝土被防水層包裹，對其接地電阻RB的阻值無要求系統(tǒng)單相接地時，健全相電壓不升高或升幅較小，對設(shè)備

24、絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。 接地時由于流過故障線路的電流較大零序過流保護有較好的靈敏度可以比較容易檢除接地線路。 由于接地點的電流較大當(dāng)零序保護動作不及時或拒動時將使接地點及附近的絕緣受到更大的危害導(dǎo)致相間故障發(fā)生。 當(dāng)發(fā)生單相接地故障時無論是永久性的還是非永久性的均作用與跳閘使線路的跳閘次數(shù)大大增加嚴(yán)重影響了用戶的正常供電使其供電的可靠性下降。第12章暫時工頻過電壓的防護TTT001打字，王厚余作品，每天做有意義的事情就是每天原創(chuàng)一些世界上原本沒有的東西。 第12章暫時工頻過電壓的防護施加給電氣裝置的電壓如超過電氣裝置的標(biāo)稱電壓，稱作過電壓。低壓電氣裝置可能出

25、現(xiàn)各種過電壓，例如由于電網(wǎng)和電氣裝置運行條件的變化引起工頻電源電壓變化而出現(xiàn)緩慢而持續(xù)的線間過電壓，它被稱作電源電壓的正偏差，它和電源電壓的負(fù)偏差都是表征電源電壓質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。在現(xiàn)時電氣裝置設(shè)計規(guī)范和設(shè)計手冊中都有具體的規(guī)定和論述，為節(jié)約篇幅本書中不作介紹。又如在雷擊時，雷電在低壓電氣裝置中引起的持續(xù)時間以微秒計的瞬態(tài)沖擊對地過電壓，其持續(xù)時間雖然極短，但幅值和波形陡度卻極大，可能引起電氣裝置中電氣設(shè)備和電子設(shè)備的絕緣擊穿，導(dǎo)致設(shè)備損壞，或工作受干擾，有時可引發(fā)火災(zāi)、人身電擊、大面積停電等嚴(yán)重事故，這將在第十三章中予以討論。當(dāng)電氣裝置的電網(wǎng)電源，也即1004kV配電變電所高壓側(cè)接地故障，

26、引起低壓電氣裝置內(nèi)持續(xù)時間以毫秒或秒計的暫時工頻對地過電壓。視不同低壓接地系統(tǒng)，有的可引起人身電擊事故，有的則可引起設(shè)備損壞或電氣火災(zāi)等事故。本章將對這一種過電壓作一敘述。第一節(jié)1KV不接地系統(tǒng)接地故障引起的過電壓由于歷史上的原因，我國建國后lOkV電網(wǎng)普遍采用不接地系統(tǒng)，即系統(tǒng)負(fù)荷端的外露導(dǎo)電部分作保護接地，而電源端帶電導(dǎo)體則是不接地的，如圖121所示。當(dāng)1004kV變電所內(nèi)發(fā)生如圖121所示的lOkV側(cè)接地故障時，故障電流L沒有返回電源的通路，它只能通過圖121所示另兩非故障相的對地電容返回電源。故障電流L為此兩電容電流的相量和。因線路對地電容，特別是架空線路的對地電容很小，容抗很大，所以

27、工a值很小。為避免此電流引發(fā)事故，按我國電力部門規(guī)范要求，此Id值不得大于20A，同時規(guī)定圖121所示l004kV變電所的接地電阻RB不大于4Q。此Id在l004kV變電所的接地電阻RB上將產(chǎn)生故障電壓降Ut。為節(jié)約變電所建設(shè)投資，低壓系統(tǒng)中性點的系統(tǒng)接地也接于Re上，它將使低壓系統(tǒng)對地電位升高U而過電壓，PE線對地電位也升高至Uf。當(dāng)Id和RB都為最大值時，U最大值不過20×480(V)，我國規(guī)范規(guī)定10kV不接地系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生上述接地故障時，10kV故障回路電源側(cè)的斷路器不必切斷電源，只需發(fā)出故障信號，以便在盡可能短的時間內(nèi)排除故障，從而避免因斷路器的跳閘而招致的大面積停電。圖121

28、10kV不接地系統(tǒng)內(nèi)Id值和Uf值均很小這種10kV系統(tǒng)在發(fā)生上述接地故障時，如因各種原因長時間不能排除故障，另兩非故障相的對地絕緣將長時間持續(xù)承受3倍相電壓的過電壓，為此需提高10kV系統(tǒng)供電元件(例如線路、變壓器、開關(guān)柜等)的對地絕緣水平，并加大其空氣間隙、爬電距離等，這必然將導(dǎo)致設(shè)備體積的加大和制造成本的提高，從而增加電網(wǎng)建設(shè)投資。第二節(jié)lOkV經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)內(nèi)接地故障引起的過電壓改革開放后我國城市用電負(fù)載急劇增長，如仍以10kV架空線供電，因受送電容量和線路走廊的限制，已遠不能滿足負(fù)荷增長的需要，為此不得不用大量埋地電纜供電。由于對地電容電流的增大，10kV電網(wǎng)內(nèi)接地故障電流因此大大

29、超過20A的限值而達數(shù)百安以至近千安。單相接地故障電弧能量的增大使單相接地故障很快轉(zhuǎn)化為相問短路，迫使10kV故障回路電源端斷路器切斷電源，不接地系統(tǒng)在發(fā)生一個接地故障后仍能保證供電不問斷的優(yōu)點已不復(fù)存在。既然同樣需切斷電源，原來提高系統(tǒng)建設(shè)成本采用10kV不接地系統(tǒng)已無意義。為此我國也仿效發(fā)達國家的做法，將城市里這級電壓的配電系統(tǒng)由不接地系統(tǒng)改為經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，在發(fā)生上述接地故障時使故障回路首端斷路器切斷電源，如圖122圖12210kV經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)內(nèi)Ia值和Uf值均增大所示，以降低電網(wǎng)建設(shè)投資。圖12-2中110(35)l05kV變壓器二次側(cè)繞組通常為三角形接線，沒有中性點。為實現(xiàn)接地

30、需在二次側(cè)安裝一接地變壓器，其一次側(cè)為有中性點的星形繞組(圖122中未表示接地變壓器的二次繞組，它可用作變電所所用電的電源)，這樣就可獲得系統(tǒng)接地所需的人工中性點。從圖122可知，為限制直接接地的故障電流，從此人工中性點經(jīng)一10左右的電阻器R后再接至地下接地極Rb接地。這就是所謂經(jīng)小電阻接地的10kV接地系統(tǒng)。從圖122可知，采用小電阻接地系統(tǒng)后，在1004kV變電所內(nèi)高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，接地故障電流Id不再是微小的電容電流，它獲得經(jīng)圖12-2中R0、RB和小電阻R等的返回電源的通路，這樣工a值可達數(shù)百安以至近千安。在如此大的故障電流情況下為保護10kV線路和設(shè)備，電源側(cè)的繼電器和斷路器應(yīng)在

31、以若干毫秒計的時間內(nèi)迅速切斷電源。由于10kV電源中性點接了地，兩非故障相的對地電壓雖然有所升高，但不會高至相電壓的3倍，又因為電源的迅速切斷，故障的持續(xù)時間僅若干毫秒，所以對10kV供電元件的絕緣水平、空氣間隙、爬電距離的要求可大大降低，這就可在一定程度上減少10kV系統(tǒng)的建設(shè)投資。1004kV變電所既是10kV系統(tǒng)的負(fù)荷端，同時也是低壓系統(tǒng)的電源端，所以它是10kV系統(tǒng)和低系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換點。變電所接地電阻RB上的電壓降Uf=ld·RB因L的增大而增大。如果低壓系統(tǒng)中性點也通過RB而實現(xiàn)其系統(tǒng)接地，由于共用同一R。接地極，此一上千伏的故障電壓U將傳導(dǎo)至低壓系統(tǒng)引起對地暫時過電壓，在其他

32、建筑物電氣裝置內(nèi)引發(fā)各種電氣事故。下文中將對變電所和低壓電氣裝置不在同一建筑物內(nèi)時的電氣危險和防范措施進行分析和討論，與在同一建筑物內(nèi)時隋況有所不同，見本章第七節(jié)。第三節(jié)TN系統(tǒng)內(nèi)的人身電擊危險如上述，當(dāng)lOO4kV變電所內(nèi)高壓側(cè)(包括高壓開柜、高壓線路、lOO4kV變壓器等)發(fā)生接地故障時，如低壓側(cè)為TN系統(tǒng)，如圖123所示，圖123 10kV經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)內(nèi)TN系統(tǒng)的電擊危險低壓側(cè)中性點以及PEN線、PE線對地電位也同時升高一U=Ia·Re值。使所供電氣裝置的外露導(dǎo)電部分對地帶Uf電壓，如圖123中虛線所示。當(dāng)此部分電氣裝置位于建筑物內(nèi)時，由于建筑物內(nèi)作有第六章第二節(jié)所敘的總等

33、電位聯(lián)結(jié)，TN系統(tǒng)建筑物內(nèi)人體可同時觸及的導(dǎo)電部分都處于同一U電位水平上，不出現(xiàn)電位差，不論U值有多高，都不致引起人身電擊事故。但當(dāng)TN系統(tǒng)電氣裝置在建筑物外時，例如戶外安裝的路燈、廣告燈以及其他電氣設(shè)備，其外露導(dǎo)電部分，如路燈的金屬桿、戶外泛光燈的金屬外殼等將帶Uf電壓，而人體站立的戶外地面卻為0V的地電位。當(dāng)人手接觸這些外露導(dǎo)電部分時，接觸電壓即為Uf。如10kV電網(wǎng)為圖12-1所示的不接地系統(tǒng)，產(chǎn)生的Uf值通常不大，人身電擊危險也不大，可能有麻電感但不致受傷害。但如10kV電網(wǎng)為圖122所示的經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，則人體承受的接觸電壓高達幾百伏以至上千伏。用圖12所示的預(yù)期接觸電壓和允許最大

34、持續(xù)時間的關(guān)系曲線進行分析，人身電擊致死的危險甚大。問題還在于一旦發(fā)生電擊事故，事故的原因卻很難查清。因變電所10kV側(cè)接地故障電流L大，事故發(fā)生后10kV故障回路的繼電保護迅速動作切斷電源，電擊部位不再呈現(xiàn)U電壓，這樣就無法查明事故是因變電所高壓側(cè)接地故障引起，當(dāng)然也難以總結(jié)教訓(xùn)，追究責(zé)任，杜絕這類暫時工頻對地過電壓引起的人身電擊事故的再次發(fā)生。當(dāng)發(fā)生上述暫時過電壓時，因TN系統(tǒng)內(nèi)包括相線、中性線和PE線在內(nèi)的回路導(dǎo)體以及裝置的外露導(dǎo)電部分的電位同時升高而不承受過電壓，因此回路內(nèi)設(shè)備和線路的絕緣不會因這種過電壓的沖擊而受到損壞，也即不會發(fā)生絕緣擊穿事故。第四節(jié)防范TN系統(tǒng)內(nèi)人身電擊事故的措施

35、采用經(jīng)小電阻接地的10kV系統(tǒng)后，在低壓TN系統(tǒng)內(nèi)引發(fā)的人身電擊事故危險可采取下列措施來防范。1在1004kV變電所內(nèi)分設(shè)兩個接地極在lOO4kV變電所內(nèi)原本有高壓系統(tǒng)的保護接地和低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地兩個接地，只是因為過去10kV電網(wǎng)采用不接地系統(tǒng)，故障電流乃不大，才將這兩個接地合并為一個共用接地?，F(xiàn)在在一些大城市中將10kV系統(tǒng)改為經(jīng)小電阻接地，為避免上述人身電擊事故，最徹底的解決措施是將這兩個接地極仍分開獨立設(shè)置，使它們在電氣上互不影響，如圖124所示。圖中高壓側(cè)的外露導(dǎo)電部分(為實現(xiàn)變電所的等電位聯(lián)結(jié)，低壓側(cè)的外露導(dǎo)電部分也與之聯(lián)結(jié))的保護接地RB與低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地R：分開設(shè)置。這樣Re

36、上的故障高電位就無從傳導(dǎo)到低壓系統(tǒng)內(nèi)引發(fā)電擊事故。在變電所內(nèi)設(shè)置兩個獨立的接地極并不困難，只需將從變壓器中性線套管引出的PEN線包以絕緣，從低壓配電盤內(nèi)與框架絕緣的PEN線母排引出一單芯絕緣電纜作接地線在戶外距變電所設(shè)備外殼的保護接地RB至少10m處另打變電所低壓側(cè)系統(tǒng)接地的接地極R：，這樣就實現(xiàn)了1004kV變電所電氣上互不影響的兩個獨立的接地。這時圖23所示的低壓配電盤內(nèi)絕緣的PEN母排不與PE母排相連接，PE母排只引出與變電所內(nèi)外露導(dǎo)電部分連接的PE線，所供其他建筑物TN系統(tǒng)的PE線概由絕緣的PEN線引出。圖124變電所分設(shè)兩個接地極可消除暫時過電壓引起的電氣事故2在TN系統(tǒng)建筑物內(nèi)實施

37、總等電位聯(lián)結(jié)當(dāng)變電所和TN系統(tǒng)電氣裝置不在同一建筑物內(nèi)時，上述變電所故障過電壓Ut將沿PEN線、PE線傳導(dǎo)至用戶電氣裝置外露導(dǎo)電部分上。如果建筑物內(nèi)實施了總等電位聯(lián)結(jié)，由于等電位的作用，建筑物內(nèi)所有外露電部分和裝置外導(dǎo)電部分都處于同一電位水平上，人身電擊事故將無從發(fā)生，其防護原理可參見第六章第四節(jié)的說明及圖6-4，不重述。3建筑物外的TN系統(tǒng)改為局部TT系統(tǒng)上述TN系統(tǒng)的建筑物戶外部分因不具備總等電位聯(lián)結(jié)條件，其地面為0V的地電位，而電氣裝置的外露導(dǎo)電部分則帶U高電位，電擊危險甚大，為此需將這部分電氣裝置改為局部TT系統(tǒng)，其實施要求第六章第四節(jié)及圖65已有說明，不重述。第五節(jié)TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣擊

38、穿危險在TT系統(tǒng)內(nèi)，電源中性點的系統(tǒng)接地和低壓電氣裝置外露導(dǎo)電部分的保護接地各自分別直接接大地，兩個接地在電氣上沒有聯(lián)系而互不影響，而在全系統(tǒng)內(nèi)除電源端外中性線對地是絕緣且不接所供電氣裝置外露導(dǎo)電部分的。所以變電所高壓側(cè)故障產(chǎn)生的故障過電壓隊不會傳導(dǎo)到低壓電氣裝置的外露導(dǎo)電部分上而引起電擊事故，但卻存在電氣裝置內(nèi)電氣設(shè)備和線路的對地絕緣被此故障過電壓Uf擊穿的危險。這是因為當(dāng)變電所內(nèi)發(fā)生高壓側(cè)接地故障時，如圖125所電氣承包商為減少L值和降低RB值的建設(shè)投資也不致過大。如果不能滿足表121所列值要求，低壓TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣就可能有擊穿的危險，特別是老建筑物內(nèi)絕緣老化的電氣裝置內(nèi)危險尤大。圖125

39、  10kV經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)的絕緣擊穿危險注：圖中US=Uf+220V為相量相加。防止這類電氣事故的措施如下。1在1004kV變電所內(nèi)分設(shè)兩個接地極如前述，變電所內(nèi)分開設(shè)置保護接地和低壓系統(tǒng)中性點的系統(tǒng)接地后，高壓側(cè)的故障過電壓隊無從傳導(dǎo)到低壓系統(tǒng)內(nèi)，TT系統(tǒng)內(nèi)將不出現(xiàn)帶電導(dǎo)體的對地過電壓，自然不會發(fā)生擊穿對地絕緣的危險。2變電所內(nèi)共用一個接地極，但適當(dāng)降低Id和墻值，使U值滿足表12-1的要求如果難以分設(shè)兩個接地極而仍共用一個接地極，應(yīng)適當(dāng)降低Uf值以降低TT系統(tǒng)內(nèi)絕緣承受的暫時過電壓US=Uf+U0。從圖125和表12-1可知，Uf的允許最大值即表12-1中的250v和12

40、00V。當(dāng)10kV電網(wǎng)為不接地系統(tǒng)時，10kV系統(tǒng)發(fā)生接地故障可暫不切斷電源，切斷電源時間大于5s，Uf的允許最大值即250V。但前文已述，我國規(guī)范規(guī)定在不接地的10kV電網(wǎng)中Id20A，R。4，Uf最大值不超過80V，能滿足表121中隊小于250V的要求。因此在不接地的10kV電網(wǎng)中共用一個接地極時，不必?fù)?dān)心TT系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生暫時工頻過電壓擊穿對地絕緣的事故。但在經(jīng)小電阻接地的l0kV電網(wǎng)中，L值為數(shù)百安以至近千安，而RB值如仍取不大于4，則情況將不是這樣。設(shè)jd為600A，RB為4，則Uf將為Id·RB=600×4=2400(V)>1200V，不能滿足表12-1的要求

41、。TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣，特別是劣化了的絕緣將被擊穿，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或起火事故。如前述，因10kV電源側(cè)瞬即跳閘，事故的起因是很難查明的。為避免發(fā)生這類事故，10kV電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)適當(dāng)限制故障電流Id，例如不超過1000A，變電所設(shè)計中則應(yīng)盡量降低圖125中變電所共用接地極的接地電阻RB，使其乘積Id·RB不大于1200V。如利用變電所所在建筑物內(nèi)的總等電位聯(lián)結(jié)的基礎(chǔ)鋼筋、金屬管道、電纜外皮等自然接地體作接地極，RB可不難達到1甚至05以下。但箱式變電所和桿上變壓器靠人工接地極達到低接地電阻是較困難的。IEC曾規(guī)定，如RB為1或變電所所接金屬外皮的高低壓電纜總長度超過lkm，表121的要求就

42、可滿足。這是因為10kV小電阻接地系統(tǒng)的接地故障示，TT系統(tǒng)內(nèi)接地的設(shè)備外殼和線路之間的對地絕緣將承受US=Uf+U0=Uf+220v的暫時工頻過電壓。當(dāng)10kV電網(wǎng)為經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)時，過大的Uf值引起的暫時工頻過電壓有可能擊穿低壓電氣裝置內(nèi)的對地絕緣，從而引起設(shè)備損壞和電氣短路火災(zāi)，特別是電弧性接地故障火災(zāi)。第六節(jié)防范TT系統(tǒng)內(nèi)絕緣擊穿事故的措施為防上述暫時工頻過電壓在低壓系統(tǒng)內(nèi)擊穿絕緣，有關(guān)電氣產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)委員會和電氣裝置標(biāo)準(zhǔn)委員會協(xié)商后，IEC標(biāo)準(zhǔn)對此種過電壓的允許值和切斷電源時間作出了如表12-l所列值的規(guī)定。表121低壓電氣絕緣允許承受的過電壓和切斷電源時間 低壓電氣絕緣允許承受的過電

43、壓(V)切斷電源時間(s)Uo+250Uo+1200>55注U0為電氣裝置的相線對中性線的電壓，在我國為220v。表列的過電壓值和時間值是產(chǎn)品制造商和電氣承包商雙方都可接受的妥協(xié)數(shù)值，即在滿足表列要求保證絕緣不擊穿的前提下，產(chǎn)品制造的成本不致過高，而電氣承包商為減少Id值和降低RB值的建設(shè)投資也不致過大。如果不能滿足表121所列值要求，低壓TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣就可能有擊穿的危險，特別是老建筑物內(nèi)絕緣老化的電氣裝置內(nèi)危險尤大。防止這類電氣事故的措施如下。1在1004kV變電所內(nèi)分設(shè)兩個接地極如前述，變電所內(nèi)分開設(shè)置保護接地和低壓系統(tǒng)中性點的系統(tǒng)接地后，高壓側(cè)的故障過電壓Uf無從傳導(dǎo)到低壓系統(tǒng)內(nèi)

44、，TT系統(tǒng)內(nèi)將不出現(xiàn)帶電導(dǎo)體的對地過電壓，自然不會發(fā)生擊穿對地絕緣的危險。2變電所內(nèi)共用一個接地極，但適當(dāng)降低I和R值，使U值滿足表12-1的要求如果難以分設(shè)兩個接地極而仍共用一個接地極，應(yīng)適當(dāng)降低U值以降低TT系統(tǒng)內(nèi)絕緣承受的暫時過電壓Us=Uf-U0。從圖125和表121可知，Uf的允許最大值即表121中的250V和1200V。當(dāng)10kV電網(wǎng)為不接地系統(tǒng)時，10kV系統(tǒng)發(fā)生接地故障可暫不切斷電源，切斷電源時間大于5s，U的允許最大值即250v。但前文已述，我國規(guī)范規(guī)定在不接地的10kV電網(wǎng)中L20A，RB4，Uf最大值不超過80V，能滿足表121中Uf小于250V的要求。因此在不接地的10

45、kV電網(wǎng)中共用一個接地極時，不必?fù)?dān)心TT系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生暫時工頻過電壓擊穿對地絕緣的事故。但在經(jīng)小電阻接地的10kV電網(wǎng)中，Id值為數(shù)百安以至近千安，而RB值如仍取不大于4，則情況將不是這樣。設(shè)Id為600A，RB為4，則U1將為Id·RB=600×4=2400(V)>1200V，不能滿足表121的要求。TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣，特別是劣化了的絕緣將被擊穿，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或起火事故。如前述，因10kV電源側(cè)瞬即跳閘，事故的起因是很難查明的。為避免發(fā)生這類事故，l0kV電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)適當(dāng)限制故障電流Id例如不超過1000A，變電所設(shè)計中則應(yīng)盡量降低圖125中變電所共用接地極的接地電阻RB，使其乘積Ia·RB不大于1200V。如利用變電所所在建筑物內(nèi)的總等電位聯(lián)結(jié)的基礎(chǔ)鋼筋、金屬管道、電纜外皮等自然接地體作接地極，RB可不難達到1甚至05以下。但箱式變電所和桿上變壓器靠人工接地極達到低接地電阻是較困難的。IEC曾規(guī)定，如RB為1或變電所所接金屬外皮的高低壓電纜總長度超過1km，表12-1的要求就可滿足。這是因為10kV小電阻接地系統(tǒng)的接地故障電流通常不大于1000A，而1 km長埋地電纜的金屬外皮的自然接地電阻通常小于