关于低压电气装置接地的几个问题

有关低压电气装置接地的几个问题中国航空规划建设发展有限公司刘屏周1暂时过电压1.1高压系统接地故障和低压系统故障引起的低压装置暂时过电压电路图如图1-1所示。图1-1变电所和低压装置可能对地的连接及故障时出现过电压的典型示意图引起的低压装置暂时过电压列入表1-1。表1-1低压系统内的工频应力电压和工频故障电压系统接地类型对地连接类型1U2UfUTTRE与RB连接)*0U0UIREE)0*RE与RB分隔0UIREE)*0U)0*TNRE与RB连接)*0U)*0U)**EEIRRE与RB分隔0UIREE)*0U)0*ITRE与Z连接RE与RA分隔)*0U0UIREE)0*30U30UIREEhAIRRE与Z连接RE与RA互连)*0U)*0UEEIR30U30UEEIRRE与Z分隔RE与RA分隔0UIREE)*0U)0*30UIREE30UdAIR)*不需考虑。)**通常，低压系统的PEN导体为多点接地。在这种情况下，总并联接地电阻降低。装置内有接地故障。低压系统绝缘配合要求见表1-2。表1-2允许的工频应力电压高压系统接地故障持续时间s低压装置中的设备允许的工频应力电压V＞5≤5U0+250U0+1200注：对于无中性导体的系统，U0应是相对相的电压。注1：表中第1行数值适用于接地故障切断时间较长的高压系统，例如中性点绝缘和谐振接地的高压系统；表中第2行数值适用于接地故障切断时间较短的高压系统，例如中性点低阻抗接地的高压系统。两行数值是低压设备对于暂时工频过电压绝缘的相关设计准则，（见IEC60664-1）。注2：对于中性点与变电所接地装置连接的系统，此暂时工频过电压也出现在处于建筑物外的设备外壳不接地的绝缘上。为防止发生人身电击和火灾事故，应限制工频故障电压Uf。图1-2所示允许接触电压UTp值，工频故障电压Uf与允许接触电压UTp之间关系，与是否设置总等电位联结有关，未设置总等电位联结，两者其值近似。可依据过电流保护装置的总动作时间，查图1-2得出允许接触电压UTp值，再依据系统电流限值，可计算出接地电阻值。图1-2变电所内高压侧发生接地故障时允许接触电压UTp值1.2TN和TT系统中性导体中断时的工频应力电压应注意，当多相系统中的中性导体中断时，额定电压为线导体对中性导体之间电压的基本绝缘、双重绝缘、加强绝缘以及器件可能暂时承受线电压。此应力电压能高达03UU。图1-3中性导体中断时电路图三相供电线路发生中性导体中断故障，线电压将加在星形连接负载上，当负载不相等时，负载大（阻抗低）分压低，而负载小（阻抗高）分压高。负载非常非常小（阻抗趋于无穷大），负载上的电压为03U。1）中性导体的截面选择在以下情况下，中性导体至少应和相线导体具有相同的截面：—单相两线制线路；—相导体截面小于等于16mm2（铜导体）或25mm2（铝导体）的多相回路；—可能带有三及三的奇数倍次谐波电流，其总谐波畸变率介于15%～33%的三相回路；当相电流中的总谐波畸变率（包括三及三次的奇数倍次谐波）高于33%时，应增大中性导体截面（见表1-3）表1-3四芯或五芯电缆存在谐波电流时的降低系数相导体的三次谐波分量%降低系数基于相电流选择截面基于中性线电流选择截面0-151.0-15-330.86-33-45-0.8645-1.0注：相导体的三次谐波分量是三次谐波与基波(一次谐波)的比值，用%表示。a)对于多芯电缆，相导体的截面等于中性导体的截面，这时应按照相电流（IB）的1.45倍来选择中性导体截面。b)对于单芯电缆，相导体的截面允许小于中性导体，应由下面原则来确定：—对于相导体：按照相电流IB选择。—对于中性导体：按照相电流IB的1.45倍选择。2）在多相回路中，每一相导体截面大于16mm2（铜）或25mm2（铝）且满足以下全部条件，中性导体截面可小于相导体截面。—在正常工作时，负荷分配较均衡且谐波电流（包括三及三的奇数倍次谐波）不超过相电流的15%；注：一般说来，中性导体截面的减少值不超过相导体截面的50%。—中性导体按《GB16895.5-2012低压电气装置第4-43部分安全防护过电流保护》中431.2规定进行过电流保护。—中性导体截面不小于16mm2（铜）或25mm2（铝）。1.3配出中性导体的IT系统发生接地故障时的工频应力电压应注意，IT系统中某一线导体非正常地接地，额定电压为线导体对中性导体之间电压的绝缘或器件可能暂时承受线电压。此应力电压能高达03UU。图1-4IT系统接地故障时电路图1.4线导体与中性导体之间发生短路时的工频应力电压应注意，低压装置中发生某一线导体与中性导体之间短路时，其它线导体与中性导体之间电压在5s内能高达1.45×U0。线导体与中性导体短路故障如下图所示。故障电流如下式：图1-5线导体与中性导体短路故障时电路图NLfZZZUI00式中U0－相线对地电压，V；Z0－变压器零序阻抗，Ω；ZL－相导体阻抗，Ω；ZN－中性线导体阻抗，Ω；If－相线与中性线短路故障电流，A.变压器的零序阻抗与相导体阻抗、中性导体阻抗相比，可以忽略，00Z。低压导体忽略相导体阻抗和中性导体阻抗中的电抗，则LLRZ，NNRZ。上式则变为：NLfRRUI0低压配电中性导体的截面一般为相导体截面的一半，即NLRR2。上式则变为：LLLNLfRURRURRUI32000相导体与中性导体短路故障后，过电流保护器未动作前，故障电压Uf为：00032233URRURRURIULLNLNff故障点处的三相相量关系如图1-6所示。图1-6相线与中性线短路故障时相量图故障点处非故障相工频电压升高，其升高数值可由Uf和UL2相量和求出。用余弦定理解出：00020200222232120cos322)32(120cos2UUUUUUUUUUfLfLLL00000202045.1919969499)21(32294UUUUUUU同理，当低压配电中性线导体的截面与相线导体截面的相等时，即NLRR；故障电压021UUf，上式则变为：00000020203232.147424144120cos212)21(UUUUUUUUULL1.5保护电器拒动引起的暂时过电压架空线路的导体折断且接地或绝缘子闪络接地，埋地敷设的电缆绝缘性能老化或局部击穿，发生带电导体经电阻RE接地，当电阻RE值足够高时，保护电器不动作，此接地故障长期存在。带电导体对地电压U0经电阻RB与电阻RE分压，PEN导体长期带电压。图1-7TN系统发生接地电阻不可忽略接地故障时电路图1）采用总等电位联结降低PEN导体传导故障电压图1-8TN系统等电位联结作用以接地型式TN－C－S系统为例加以说明，图1-8为常用的TN-C-S系统，在电源进线处PEN线分成PE线和N线(N线从此处开始与PE线绝缘)，设有重复接地，不安装主等电位联结,如果设备发生接地故障，忽略接地故障点的阻抗，RA与RB串联后再与ZPEN并联，RA+RBZPEN；人体阻抗Zh与鞋袜和地板电阻Rp串联后再与ZPE并联，Zh+RpZPE，接地故障电流Id流经相线和PE线、PENPEPENLTdZZZZUI0式中－U0相对地标称电压，V；－ZT变压器零序阻抗，Ω；－ZL相线阻抗，Ω；－ZPE电气装置内部PE线阻抗，Ω；－ZPEN电气装置外部PEN线阻抗，Ω。预期故障电压UT1可用下式计算：PEdBAAPENdTZIRRRZIU1做了总等电位联结后预期接触电压为PEdTZIU2从以上两式可知，做了总BAAPENdTTRRRZIUUU21从图1-8可知，做了总等电位联结后，在总等电位联结区内，作为总等电位联结组成部分的建筑物基础钢筋、金属结构件、金属管道、金属电缆桥架、电缆金属护套、敷设电缆或导线金属管等自然接地体，接地电阻值较小，已起到重复接地的作用。IEC标准没有规定必须为重复接地做人工接地体，也没有明确规定重复接地的电阻值。电源线路中PEN线上的电压降虽不在建筑物内产生接触电压，但它能使接地母排对地电位升高。由于在总等电位联结范围内电气装置外露可导电部分和装置外可导电部分都和接地母排相连通，其电位都同样升高而基本处于同一电位上，人体接触这些导电部分时，没有接触不同电位，自然不存在电击危险的。户外照明装置自动切断电源（1）保护等电位联接在户外照明装置附近不是外露可导电部分并且不是户外照明装置的一部分的金属结构（例如栅栏、网等），不需要接到接地端子上。（2）附加保护在电话亭、公共汽车候车亭、广告牌、城市地图牌和类似场所的照明设备，应采用额定动作电流不大于30mA的剩余电流保护器作为附加保护。总等电位联结范围外低压配电应采用TT接地型式供电，但仍有采用TN-S接地型式供电，有产生电击的可能。TN-S供电系统如图1-9所示。图1-9TN-S供电电路图在每基电杆处做重复接地，重复接地的主要作用在于降低保护接地的接地电阻值。由于TN-S系统不能消除PE导体带故障电压，总等电位联结范围外低压配电应采用TT接地型式供电，如图1-10所示。图1-10TT供电电路图供电线路的泄漏电流超过时：—采用三相供电（线路的泄漏电流估算：1/2000负载电流（三相）；1/1000负载电流（单相）；—每基电杆处设置额定动作电流不大于30mA剩余电流动作保护器；—双重绝缘或加强绝缘；—特低电压。2）局部等电位联接降低PE导体传导故障电压—对于不超过32A的终端回路，其最长的切断电源的时间见表1-4。表1-4最长的切断时间系统50VU0120V/s120VU0≤230V/s230VU0≤400V/sU0.400V/sa.c.d.c.a.c.d.c.a.c.d.c.a.c.d.c.TN0.8注10.450.20.40.10.1TT0.3注10.20.40.070.20.040.1当TT系统内采用过电流保护电器切断电源，且其保护等电位联结连接到电气装置内的所有装置外可导电部分时，该TT系统可以采用表中TN系统最长的切断电源时间。U0：交流或直流线对地的标称电压。注1：切断电源的时间要求可能是为了电击防护之外的原因。注2：采用剩余电流保护器（RCD）切断电源的时间预期剩余故障电流通常为5IΔn确定。—TN系统内＞32A配电回路，其切断电源的时间不允许超过5s。—TT系统内＞32A配电回路，其切断电源的时间不允许超过1s。如图1-11所示，如果发生＞32A设备接地故障，接地故障电流Id则为：210PEPEPENLTdZZZZZUI式中Id－接地故障电流，A；ZT－变压器零序阻抗，Ω；ZL－相线阻抗，Ω；ZPEN－PEN线阻抗，Ω；ZPE1－进线配电箱至终端配电箱PE线等值阻抗，Ω；ZPE2－固定式设备至配电箱PE线等值阻抗，Ω；U0－相线对地的标称电压，V。≤32A供电回路设备的预期接触电压UT为：11PEdTZIU电源系统接地的电阻值RB与保护导体接地电阻值RA之和远远大于PEN线阻抗ZPEN，故在以上的接地故障电流的计算中，忽略了接地极的分流。采用如图1-12所示的局部等电位联结时，其接地故障电流为：2110PEPEPEPEPEPENLTdZZZZZZZZUI式中6543PEPEPEPEPEZZZZZ接地故障电流Id的分流Id2为:PEPEPEdPEPEPEPEPEddZZZIZZZZZII11112≤32A供电回路设备的预期接触电压UT2为：)(4322PEPEdTZZIU通过UT1与UT2的比较可发现，局部等电位联结消除自总等电位联结后沿PE线的危险故障电压，即使保护电器切断时间超过5s，≤32A供电回路设备的预期接触电压UT2仅为接地故障电流的分流Id2在ZPE3和ZPE42的电压降，ZPE3和ZPE42的值甚小，不致于发生电击事故。图1-11TN系统未有局部等电位联结图1-12TN