独家原创:配电变压器优化接地工程设计论文

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对于配变的接地方式,电力设备接地设计技术规程(SDJ8279)第21条规定:低压电力设备接地装置的接地电阻,不宜超过4Ω。架空配电线路及设备运行规程(SD292288)第5.0.8和5.0.9条规定:总容量在100kVA及以上的变压器其接地装置的接地电阻不应大于4Ω,每个重复接地装置的接地电阻不应大于10Ω;总容量在100kVA以下的变压器,其接地装置的接地电阻不应大于10Ω,且重复接地不应少于3处。中性点直接接地的低压电力网中的中性线,应在电源点接地,在配电线路的干线和分干线(支线)终端处应重复接地;在线路引入车间或大型建筑物处,也应将中性线重复接地。农村低压电力技术规程(DL/T499—2001)第11.4.2条规定:配电变压器低压侧中性点的工作接地电阻,一般不大于4Ω,100kVA以下配变可不大于10Ω,并要求在一年四季中均符合这个要求。同时,第3.4.1条规定:城镇、电力用户宜采用TN－C系统。由此可见,国家和电力部门都十分重视配变的接地问题。

2变压器优化接地的要求

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。相关规程规定:当配电变压器容量为100kV•A及以下时,接地电阻不得大于10

Ω;当配电变压器容量大于100kV•A时,接地电阻不得大于4Ω。配电变压器接地不良或接地电阻超过上述规定值,虽然危险,但由于它不像相线那样,一有故障就会造成停电,因而常常被人们忽视。为了保证设备和人身安全,对配电变压器接地装置不应忽视,而应该认真对待。

2.1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。相同的接地装置,土壤电阻率越小,则接地电阻越小;反之,则接地电阻越大。在选择配电变压器安装位置时,除考虑靠近负载中心外,还应尽可

能避开高电阻率区域。

2.2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。

2.3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。接地引下线与接地极的连接最好也用焊接。如用螺栓连接时,应有防松螺母或垫片。连接时应将接触面除锈,擦净至发出金属光泽,并涂一薄层中性凡士林,然后拧紧。有条件的地方,接触面最好搪锡。接地引下线与设备的连接,是将引下线接至设备的接地螺栓上,接触面应除锈后涂中性凡士林,然后将接地螺

栓拧紧。

2.4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。人工垂直接地极长度一般取2.0～2.5m,为降低屏蔽系数,其间距最好是20m。不得已时,最小不能小于其长度的2倍。垂直接地极一般不应少于2根,为便于打入土壤中,其一端应做成尖形。人工水平接地极的间距一般不宜小于5m。接地沟的尺寸没有严格要求,以节省土方工作量和便于施工为原则。所挖出的土方不宜弃置过远,以便于回填。回填土应夯实,土壤越密实,接地电阻越小。

3变压器优化接地应注意的问题

3.1采用TN-C系统需注意的问题

前述配电变压器低压侧中性点接地,并与高压侧避雷器接地共用一个接地装置,适应于大量采用的低压系统为TN和IT但是如采用IT制式,则中性点就不能接地。TN系统又分种TN一C系统、TN一S系统、TN一C一S系统。一般居民用户可用一一系统,即低压从配电变压器引出的主干线可以采取一系统四线制,到用户的支线采取一系统工厂车间可以采用竹系统,电动机用三相电源,照明及其它单相负载用用单相电源,配电变压器中性点接地,到车间后,车间设备的外壳单独接地。需防爆的场所最好采用系统,中性点不接地,外壳单独接地,这样相线碰地或碰外壳,电流很小,不会产生火花,可有效地防止爆炸。有防腐要求

(1)不能一部分设备接零,一部分设备接地,必须所有设备都接零,其原因如下:

1)设备外壳不能单纯采取接地措施,这是因为:某一设备的外壳采取接地后发生火线碰设备外壳时,可能由于外壳接地电阻Rd及配变中性点接地电阻R0的限制,开关不会跳闸。但是,设备外壳可能出现较高的对地电压Ud(见图

2)一旦人体触及设备外壳,人体承受的电压较大,只能减轻触电的危险程度,不能避免发生触电伤亡事故,确保人身安全。所以,在低压中性点接地系统中,设备外壳不允许单纯采取接地方式。

(2)不允许一部分设备接地,一部分设备接零。以图2为例:假设某设备m接地,某设备n接零,一旦设备m外壳带电,设备m对地电压和设备n对地电压都比较大;如人体接触设备m或设备n的外壳,或者人体同时接触设备m和设备n的外壳,都会发生触电,危及生命。所以,在接零系统中,要求所有电气设备的外壳都应该接零,而且零线要多处重复接地,不允许一部分设备接零,一部分设备接地。

3.2铝材在土壤中极易被腐蚀,所以不能用铝线或铝排作接地极。

由于采用三点共地后,高压侧避雷器的放电电流特别当三相同时放电时很大,在接地电阻上的压降也很高。该压降加在低压线圈上,通过低压线路电容接地,在低压线圈中就有一冲击电流使线圈励磁,通过电磁感应使高压线圈感应出很高的电压。高压侧电压受高压侧避雷器残压所限制,高压线圈中性点电位很高,容易在中性点附近,导致对地击穿或匝间短路而损坏变压器,因而必须采取措施限制低压线圈承受的电压。如低压侧也加一组避雷器,当地电位升高时,通过避雷器放电,低压线圈只承受低压避雷器的残压左右,这样过电压就被限制在可承受范围之内,这就是防止逆变换损坏变压器。同样当低压线路感应雷传到配电变压器时,低压侧避雷器也会动作,使雷电流人地,低压线圈的电压被限制在低压避雷器残压之内,防止配电变压器高压侧被按变比由低压而感应的电压所损坏。因此,必须在配电变压器的低压侧安装一组低压避雷器。这种情况属于正变换过电压,由于配电变压器的低压侧绝缘裕度高于高压侧,所以配电变压器雷击事故常发生在高压侧,尤其是中性点附近。低压侧加装避雷器,因其往往采用架空线,容易受雷击,直配变压器因其变比大,更应在低压侧加装一组避雷器。加装低压避雷器后,原来的点共同接地就成了点共同接地,就如图所示。中性线及其连接方法中性线在三相负荷不平衡时流过电流,按有关规定该电流不得大于相线电流的。另外,中性线、中性点接地线与配电变压器低压中性线端头的连接应可靠,应制作接线鼻板,螺栓应压紧,防止接触不良电流流过时发热烧断。

配电变压器高压侧避雷器的接地引下线的接地电阻,应按《电力设备过电压保护设计技术规程》所规定的要求进行,不能接在独立的接地极上,否则,雷电流在接地电阻上产生的电压将和避雷器的残压叠加,加在变压器高压绕组上,可能击穿高压绕组。

如配电变压器坐落在高电阻率区域内,可用外引接地极引至近处土壤电阻率较低的地方,如低洼地、池塘、湖泊、江河、溪流边等。如外引接地极有困难,可在接地极周围放置木炭、化工厂弱腐蚀性废渣或接地专用降阻剂等

3.3变压器低压侧中性点接地

配变低压侧中性点接地也称工作接地。工作接地一般有以下两项作用:

1)减轻一相接地的危险。中性点采取不接地系统若发生一相接地,则中性线及设备外壳对地是相电压(人体接触十分危险),其它两相电压对地升到线电压,故障时间越长,触电危险性就越设备外壳直接接而不接零时,存在触电危险大。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)减轻高压窜入低压的危险。在配变低压侧中性点接地条件下,若10kV/0.4kV的配变发生高压线圈对低压线圈击穿时,10kV高压系统的单相接地故障电流(电容电流,通常为数安培)可通过中性点接地电阻(R0≤4Ω)形成分压回路。此时低压中性线及设备外壳上电压U0较低见。

3.4重复接地

(1)在零线上多处接地(重复接地)的作用:

1)可以降低漏电设备对地电压,减少触电危险性。

2)可以减轻一旦零线断线时的触电危险。图4中,没有重复接地时,一旦零线断线,断线后面的接零设备发生漏电时带全相电压(A设备);有重复接地时,一旦零线断线,断线后面的接零设备发生漏电时只带部分相电压(B设备),减少了触电危险性。

3)重复接地和工作接地构成零线的并联分支。发生单相短路时,会增大单相接地短路电流,提高保护灵敏度,缩短跳闸时间。

4)架空线路采取在零线上重复接地,对雷电流具有分流作用,有利于限制雷电过电压。

(2)对重复接地的要求

1)户外架空线路宜采用集中重复接地。

2)架空线路的终端,分支线超过200m的分支处以及沿线每1km处零线均应重复接地。

3)高低压线路同杆敷设时,共同敷设段的两端低压零线应重复接地。

4)以金属外壳作为零线的低压电力电缆,应重复接地。

5)车间内部宜采用环形重复多点接地。

6)每一重复接地的接地电阻不得大于10Ω,变压器低压工作接地的接地电阻不得大于4Ω。

7)电气设备的接地、接零线不得串联,必须直接接到接地干线联接。

4接地装置的形式

农村低压电力技术规程(DC/T499—2001)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(可用长2.5～3.0m,直径为50mm的镀锌钢管或50mm×50mm×5m的角钢)不少于2根。水平接地网(用50mm×5mm的镀锌扁钢埋深不少于0.6m),面积不少于100m2组成,接地体之间应采用焊接。接地网的工频接地电阻可按式

(1)计算:Re=ρ(1/4R+1/L)(1)式中Re———工频接地电阻,Ω;

R———接地网的等效半径,m;

L———水平接地体和垂直接地体的总长度,m;

ρ———电阻率,Ω•m(砂质粘土为100,黄土为250,砂土为500)。

通常情况下ρ值取100Ω•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。

5结束语

从以上分析可知,正确的接线应是:变压器外壳的保护接地线经避雷器横担与避雷器的接地引下线相连后接地,低压侧中性线的工作接地与另一侧的接地极相连

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