配電干式變壓器的接地分析

 

1配電干式變壓器防雷接線

 

配電干式變壓器防雷接線見圖1。 圖1　配電干式變壓器防雷、工作、保護共同接地1.1關于接地電阻的規定

 

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，其接地電阻應滿足三者之中的較小值，其中防雷接地一般規定小于10Ω，但要有垂直接地極，以利散流。低壓工作接地一般應小于4Ω。因而接地電阻主要取決于高壓側對地擊穿時的保護接地，一般情況下配電干式變壓器都是向B類建筑物供電的，標準上有規定，只有當保護接地的接地電阻R≤50/I時，高壓側防雷及保護接地才能與低壓側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為高壓系統的單相接地電流。對不接地系統，I為系統的電容電流，對消弧線圈接地系統，I為故障點的殘流。如果按上述計算結果大于4Ω，則由低壓工作接地要求，不得大于4Ω。公式R≤50/I中，50為低系統的安全電壓，即高壓側對外殼單相接地時，接地電流流過接地裝置的壓降不得超過50 V。而10 kV系統中的電容電流差別很大，有的不足10 A，有的高達上百安或數百安，所以配電干式變壓器三點共同接地時，要根據所在高壓系統的情況來確定接地裝置的接地電阻，不能籠統地規定4Ω或10Ω。由于接地電阻大小與系統單相接地電流有關，與配變容量并無關，所以現場規程的說法沒有道理。有的資料認為，當低壓工作接地單先另設時，100 kVA以下的配電干式變壓器的低壓側工作接地電阻，可放寬到10Ω，原因是干式變壓器小，內阻抗大，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。正確的測量點在干式變壓器低壓零序樁頭與干式變壓器外殼接地（保護接地）連接點之間）1.2關于共同接地的接地方式

 

除圖1的方式外，施工中還會出現其它接地方式，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，現分析如下。高壓側避雷器的作用是用來保護干式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，特別是當中性點存在重復接地，接地電阻小于配電干式變壓器接地電阻，且離配電干式變壓器較近時，高壓側避雷器的放電沖擊電流將較多流向重復接地，有時會將重復接地的引下線燒斷（重復接地線一般較細）。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關于接地裝置的設計

 

按標準規定，配電干式變壓器臺區的接地裝置應敷設為閉合環形，并加垂直接地極，這是因為環形內的接觸電壓比較低，而沿環形接地體走路的行人，其跨步電壓也較小，城區的配電干式變壓器大多安裝在路邊，因常有人走動，為行人安全著想，必須敷設為環形。環形的大小，一般以5m為直徑，這是因為要發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3 m，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，做一個環后，測試接地電阻不合要求，則應在環外再做一個大環，兩環相距4～5 m，埋深比較好環深，至少兩處相連接，直至滿足要求為止。（實際施工過程中應地形優先，地網整體呈圓狀即可）圖4　接地裝置敷設為橢圓形1.4關于接地引下線的連接方式

 

按部頒標準，除設備的接線端子可用螺栓連接外，引下線及接地裝置都應使用焊接，但為安裝方便，通常在電桿下的1.8～2.0 m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制作接線板，較好采用雙螺栓相連，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，配電干式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30×40 mm2。1.5關于接地裝置的施工

 

接地裝置的地下水平接地極應采用40×4的扁鋼，垂直接地極用L40×4，埋深大于60cm，填土時用干凈的原土并夯實。有條件時，應將環形水平接地極的面積適當增大些，或往環外再做一個環，兩處相連，以降低接地電阻，盡可能達到1Ω。地下連接處應采用焊接，并符合要求。扁鋼的搭接長度應為扁鋼寬度的2倍，且應三面或四面焊接，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，應兩面焊接，且不得有虛焊。焊接處應采取防腐措施。1.6關于低壓側裝避雷器

 

由于采用三點共地后，高壓側避雷器的放電電流（特別當三相同時放電時）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，通過電磁感應使高壓線圈感應出很高的電壓。高壓側電壓受高壓側避雷器殘壓所限制，高壓線圈中性點電位就很高，容易在中性點附近，導致對地擊穿或匝間短路而損壞干式變壓器，因而必須采取措施，限制低壓線圈承受的電壓，即一般采取低壓側也加一組避雷器。當地電位升高時，通過避雷器放電，使低壓線圈只承受低壓避雷器的殘壓（1300 V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，這就是防止逆變換損壞干式變壓器，見圖5。同樣當低壓線路感應雷傳到配電干式變壓器時，低壓側避雷器也會動作，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，防止配電干式變壓器高壓側被按變比感應的電壓所損壞。這屬于正變換過電壓，由于配電干式變壓器的低壓側絕緣裕度高于高壓側，所以配電干式變壓器雷擊事故常發生在高壓側，尤其是中性點附近，見圖6。圖5　配電干式變壓器逆變換情況圖6　配電干式變壓器正變換情況低壓側加裝避雷器，因其往往采用高、低壓架空線，容易受雷擊，35/0.4 kV直配干式變壓器因其變比大，更應在低壓側加裝一組避雷器，尤其是當35 kV線路開路運行，高壓側無避雷器保護時。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，按有關規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干式變壓器低壓中性線端頭的連接應可靠，應制作接線鼻（板），螺栓應壓緊，防止接觸不良流過電流時發熱燒斷。中性線斷線意味著低壓系統失去接地，成為不接地系統。三相負荷不平衡時，導致三相電壓相差很大，燒毀用電設備。2關于柱上開關的防雷接地

 

高壓柱上開關及隔離開關一般作為聯絡開關用，標準規定應在一側或兩側裝設避雷器（開關經常斷開），且避雷器引下接地線應與開關外殼（包括隔離開關底座）連接，這是為了保證開關對地絕緣只承受避雷器殘壓，而得到有效的保護。但觀察中發現，不少柱上開關兩側的高壓避雷器接地線都是直接引入地下，未與開關外殼相連。此時開關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10 m，雷電波波頭2.5 μs，幅值5 kA，加上接地電阻上的壓降，避雷器的殘壓取50 kV，則開關承受的電壓為133.4 kV，已超過了開關的沖擊絕緣水平75 kV，避雷器就起不到保護作用。有些開關外殼雖有引下接地線，也是單先入地，即使共用一個接地裝置，開關絕緣所承受的電壓也高于殘壓。單先柱上開關的接地裝置，其接地電阻不應大于10Ω，這也是標準的規定，柱上開關的外殼，隔離開關閘刀的底座，以及旁邊的絕緣子橫擔（金屬），應連在一起與避雷器的接地引下線相連，這樣就使隔離開關支持絕緣子都能得到保護，防止雷擊閃絡，充分發揮避雷器的作用。其連接線可采用Φ8 mm的圓鋼或20 mm×3 mm的扁鋼。線路中所裝設的高壓無功補償電容器也應加金屬裝氧化物避雷器，其接地引下線也應與電容器的外殼相連。3現行規定

 

在《安規補充規定》中規定避雷器接地、干式變壓器外殼工作接地、低壓零線樁頭接地三位一體。配電設備接地的整體思路：1、在設備受到過電壓沖擊時，電氣設備的絕緣只受到避雷器殘壓得沖擊，而不承擔因接地裝置的阻抗帶來的電壓沖擊。2、因為電容電流取決于設備情況，三相不平衡電流取決于負荷情況，且都不可預知。且都經過接地通道流入大地，因此接地通道電阻越小越安全。

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