配電變壓器的接地分析

配電變壓器及斷路器的接地分析1配電變壓器防雷接線配電變壓器防雷接線見圖1。圖1配電變壓器防雷、工作、保護共同接地1.1關(guān)于接地電阻的規(guī)定三點共同接地就意味著防雷接地（高壓避雷器）、保護接地（外殼）和工作接地（低壓中性點）共用一個接地裝置，其接地電阻應(yīng)滿足三者之中的最小值，其中防雷接地一般規(guī)定小于10Ω，但要有垂直接地極，以利散流。低壓工作接地一般應(yīng)小于4Ω。因而接地電阻主要取決于高壓側(cè)對地擊穿時的保護接地，一般情況下配電變壓器都是向B類建筑物供電的，標準上有規(guī)定，只有當(dāng)保護接地的接地電阻R≤50/I時，高壓側(cè)防雷及保護接地才能與低壓側(cè)工作接地共用一個接地裝置。反過來說，如果采取三點共同接地，則R≤50/I時，其中I為高壓系統(tǒng)的單相接地電流。對不接地系統(tǒng)，I為系統(tǒng)的電容電流，對消弧線圈接地系統(tǒng)，I為故障點的殘流。如果按上述計算結(jié)果大于4Ω，則由低壓工作接地要求，不得大于4Ω。公式R≤50/I中，50為低系統(tǒng)的安全電壓，即高壓側(cè)對外殼單相接地時，接地電流流過接地裝置的壓降不得超過50V。而10kV系統(tǒng)中的電容電流差別很大，有的不足10A，有的高達上百安或數(shù)百安，所以配電變壓器三點共同接地時，要根據(jù)所在高壓系統(tǒng)的情況來確定接地裝置的接地電阻，不能籠統(tǒng)地規(guī)定4Ω或10Ω。由于接地電阻大小與系統(tǒng)單相接地電流有關(guān)，與配變?nèi)萘坎o關(guān)，所以現(xiàn)場規(guī)程的說法沒有道理。有的資料認為，當(dāng)?shù)蛪汗ぷ鹘拥貑为毩碓O(shè)時，100kVA以下的配電變壓器的低壓側(cè)工作接地電阻，可放寬到10Ω，原因是變壓器小，內(nèi)阻抗大，限制了接地電流，也就限制了地電位的升高。（這解釋了為什么夏天測三相不平衡電流零序電流為什么這么大。原因：在于我們選錯了測量點，測量的是接地扁鐵，其中含有電容電流。正確的測量點在變壓器低壓零序樁頭與變壓器外殼接地（保護接地）連接點之間）1.2關(guān)于共同接地的接地方式除圖1的方式外，施工中還會出現(xiàn)其它接地方式，見圖2、3。圖2施工中常用的接地方式圖3施工中常用接地方式三種方式中都是共同接地的，采用哪種方式為好，現(xiàn)分析如下。高壓側(cè)避雷器的作用是用來保護變壓器高壓線圈與外殼之間的絕緣，按圖2的接法，高壓線圈與外殼之間承受的電壓除避雷器殘壓外，還增加了接地引下線的電感、電阻上的壓降，這個壓降在雷電流沖擊下是不可忽視的，使其保護效果大為降低。而圖3的接法也會產(chǎn)生一個問題，就是低壓線圈及中性線全部承受接地裝置上的壓降，特別是當(dāng)中性點存在重復(fù)接地，接地電阻小于配電變壓器接地電阻，且離配電變壓器較近時，高壓側(cè)避雷器的放電沖擊電流將較多流向重復(fù)接地，有時會將重復(fù)接地的引下線燒斷（重復(fù)接地線一般較細）。所以圖1的接法較為合理，對高壓線圈的防雷保護合理，對低壓中性線的沖擊也較小，因為部分雷電流已通過接地裝置流入地中。1.3關(guān)于接地裝置的設(shè)計按標準規(guī)定，配電變壓器臺區(qū)的接地裝置應(yīng)敷設(shè)為閉合環(huán)形，并加垂直接地極，這是因為環(huán)形內(nèi)的接觸電壓比較低，而沿環(huán)形接地體走路的行人，其跨步電壓也較小，城區(qū)的配電變壓器大多安裝在路邊，因常有人走動，為行人安全著想，必須敷設(shè)為環(huán)形。環(huán)形的大小，一般以5m為直徑，這是因為要發(fā)揮水平接地極和垂直接地極的散流效果，減少相互屏蔽，降低接地電阻而必需的。但有些安裝地點過于狹窄時，則可為橢圓形，短軸距不得低于3m，見圖4，兩個垂直接地極宜打在短軸兩端點附近，高壓避雷器及外殼接地和中性點的接地分別引至垂直接地極附近，以利于散流。如土壤電阻率較高，做一個環(huán)后，測試接地電阻不合要求，則應(yīng)在環(huán)外再做一個大環(huán)，兩環(huán)相距4～5m，埋深比第一環(huán)深，至少兩處相連接，直至滿足要求為止。（實際施工過程中應(yīng)地形優(yōu)先，地網(wǎng)整體呈圓狀即可）圖4接地裝置敷設(shè)為橢圓形1.4關(guān)于接地引下線的連接方式按部頒標準，除設(shè)備的接線端子可用螺栓連接外，引下線及接地裝置都應(yīng)使用焊接，但為安裝方便，通常在電桿下的1.8～2.0m處有一個斷接卡，也用螺栓連接。引下線一般用扁鋼，但也有采用鋼絞線。鋼絞線與扁鋼的連接應(yīng)制作接線板，最好采用雙螺栓相連，以利于接觸良好。目前的實際情況是，高壓避雷器接地端分別用鋼絞線接線，三根鋼絞線再連在一起，且都是絞合連接，配電變壓器外殼的接地線也用鋼絞線與避雷器接地線絞合，然后再與接地裝置的引上線用螺栓連接，有的也未壓制接線鼻，這些連接都不符合標準的要求，接頭過多，接觸不良。建議三個高壓避雷器的接地端用30×4的扁鋼連成一體，從中間引下與外殼的接地扁鋼相連，均采用焊接，也不宜在中間設(shè)斷連卡，而直接入地與接地裝置進行焊接，低壓中性點直接用扁鋼引至接地裝置與之焊接，扁鋼宜采用30×40mm2。1.5關(guān)于接地裝置的施工接地裝置的地下水平接地極應(yīng)采用40×4的扁鋼，垂直接地極用L40×4，埋深大于60cm，填土?xí)r用干凈的原土并夯實。有條件時，應(yīng)將環(huán)形水平接地極的面積適當(dāng)增大些，或往環(huán)外再做一個環(huán)，兩處相連，以降低接地電阻，盡可能達到1Ω。地下連接處應(yīng)采用焊接，并符合要求。扁鋼的搭接長度應(yīng)為扁鋼寬度的2倍，且應(yīng)三面或四面焊接，三面焊接時盡量二短邊一長邊，利于電流通過，圓鋼的焊接長度為圓鋼直徑的6倍，應(yīng)兩面焊接，且不得有虛焊。焊接處應(yīng)采取防腐措施。1.6關(guān)于低壓側(cè)裝避雷器由于采用三點共地后，高壓側(cè)避雷器的放電電流（特別當(dāng)三相同時放電時）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，高壓線圈中性點電位就很高，容易在中性點附近，導(dǎo)致對地擊穿或匝間短路而損壞變壓器，因而必須采取措施，限制低壓線圈承受的電壓，即一般采取低壓側(cè)也加一組避雷器。當(dāng)?shù)仉娢簧邥r，通過避雷器放電，使低壓線圈只承受低壓避雷器的殘壓（1300V左右），這樣高壓中性點附近的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，見圖5。同樣當(dāng)?shù)蛪壕€路感應(yīng)雷傳到配電變壓器時，低壓側(cè)避雷器也會動作，使雷電流入地，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)被按變比感應(yīng)的電壓所損壞。這屬于正變換過電壓，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)，尤其是中性點附近，見圖6。圖5配電變壓器逆變換情況圖6配電變壓器正變換情況低壓側(cè)加裝避雷器，因其往往采用高、低壓架空線，容易受雷擊，35/0.4kV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，尤其是當(dāng)35kV線路開路運行，高壓側(cè)無避雷器保護時。加裝低壓避雷器后，原來的三點共同接地就成了四點共同接地，見圖1。1.7關(guān)于中性線及連接中性線在三相負荷不平衡時流過電流，按有關(guān)規(guī)定該電流不得大于相線電流的25%。另外，中性線、中性點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，防止接觸不良流過電流時發(fā)熱燒斷。中性線斷線意味著低壓系統(tǒng)失去接地，成為不接地系統(tǒng)。三相負荷不平衡時，導(dǎo)致三相電壓相差很大，燒毀用電設(shè)備。2關(guān)于柱上開關(guān)的防雷接地高壓柱上開關(guān)及隔離開關(guān)一般作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)用，標準規(guī)定應(yīng)在一側(cè)或兩側(cè)裝設(shè)避雷器（開關(guān)經(jīng)常斷開），且避雷器引下接地線應(yīng)與開關(guān)外殼（包括隔離開關(guān)底座）連接，這是為了保證開關(guān)對地絕緣只承受避雷器殘壓，而得到有效的保護。但觀察中發(fā)現(xiàn)，不少柱上開關(guān)兩側(cè)的高壓避雷器接地線都是直接引入地下，未與開關(guān)外殼相連。此時開關(guān)對地絕緣所承受的除避雷器殘壓外，還包括引線和接地裝置電阻上的壓降。如接地引線電感為1.67μH/m，引線長10m，雷電波波頭2.5μs，幅值5kA，加上接地電阻上的壓降，避雷器的殘壓取50kV，則開關(guān)承受的電壓為133.4kV，已超過了開關(guān)的沖擊絕緣水平75kV，避雷器就起不到保護作用。有些開關(guān)外殼雖有引下接地線，也是單獨入地，即使共用一個接地裝置，開關(guān)絕緣所承受的電壓也高于殘壓。單獨柱上開關(guān)的接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于10Ω，這也是標準的規(guī)定，柱上開關(guān)的外殼，隔離開關(guān)閘刀的底座，以及旁邊的絕緣子橫擔(dān)（金屬），應(yīng)連在一起與避雷器的接地引下線相連，這樣就使隔離開關(guān)支持絕緣子都能得到保護，防止雷擊閃絡(luò)，充分發(fā)揮避雷器的作用。其連接線可采用Φ8mm的圓鋼或20mm×3mm的扁鋼。線路中所裝設(shè)的高壓無功補償電容器也應(yīng)加金屬裝氧化物避雷器，其接地引下線也應(yīng)與電