配電干式變壓器的接地分析

 

1配電干式變壓器防雷接線(xiàn)

 

配電干式變壓器防雷接線(xiàn)見(jiàn)圖1。 圖1　配電干式變壓器防雷、工作、保護共同接地1.1關(guān)于接地電阻的規定

 

三點(diǎn)共同接地就意味著(zhù)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(diǎn)）共用一個(gè)接地裝置，其接地電阻應滿(mǎn)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(shí)的保護接地，一般情況下配電干式變壓器都是向B類(lèi)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(shí)，高壓側防雷及保護接地才能與低壓側工作接地共用一個(gè)接地裝置。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果采取三點(diǎn)共同接地，則R≤50/I時(shí)，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(xiàn)圈接地系統，I為故障點(diǎn)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(shí)，接地電流流過(guò)接地裝置的壓降不得超過(guò)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(diǎn)共同接地時(shí)，要根據所在高壓系統的情況來(lái)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(guān)，與配變容量并無(wú)關(guān)，所以現場(chǎng)規程的說(shuō)法沒(méi)有道理。有的資料認為，當低壓工作接地單先另設時(shí)，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(diǎn)，測量的是接地扁鐵，其中含有電容電流。正確的測量點(diǎn)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(diǎn)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(huì )出現其它接地方式，見(jiàn)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(lái)保護干式變壓器高壓線(xiàn)圈與外殼之間的絕緣，按圖2的接法，高壓線(xiàn)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(xiàn)的電感、電阻上的壓降，這個(gè)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(huì )產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，就是低壓線(xiàn)圈及中性線(xiàn)全部承受接地裝置上的壓降，特別是當中性點(diǎn)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(shí)，高壓側避雷器的放電沖擊電流將較多流向重復接地，有時(shí)會(huì )將重復接地的引下線(xiàn)燒斷（重復接地線(xiàn)一般較細）。所以圖1的接法較為合理，對高壓線(xiàn)圈的防雷保護合理，對低壓中性線(xiàn)的沖擊也較小，因為部分雷電流已通過(guò)接地裝置流入地中。1.3關(guān)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(huán)形，并加垂直接地極，這是因為環(huán)形內的接觸電壓比較低，而沿環(huán)形接地體走路的行人，其跨步電壓也較小，城區的配電干式變壓器大多安裝在路邊，因常有人走動(dòng)，為行人安全著(zhù)想，必須敷設為環(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(diǎn)過(guò)于狹窄時(shí)，則可為橢圓形，短軸距不得低于3 m，見(jiàn)圖4，兩個(gè)垂直接地極宜打在短軸兩端點(diǎn)附近，高壓避雷器及外殼接地和中性點(diǎn)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(gè)環(huán)后，測試接地電阻不合要求，則應在環(huán)外再做一個(gè)大環(huán)，兩環(huán)相距4～5 m，埋深比較好環(huán)深，至少兩處相連接，直至滿(mǎn)足要求為止。（實(shí)際施工過(guò)程中應地形優(yōu)先，地網(wǎng)整體呈圓狀即可）圖4　接地裝置敷設為橢圓形1.4關(guān)于接地引下線(xiàn)的連接方式

 

按部頒標準，除設備的接線(xiàn)端子可用螺栓連接外，引下線(xiàn)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(gè)斷接卡，也用螺栓連接。引下線(xiàn)一般用扁鋼，但也有采用鋼絞線(xiàn)。鋼絞線(xiàn)與扁鋼的連接應制作接線(xiàn)板，較好采用雙螺栓相連，以利于接觸良好。目前的實(shí)際情況是，高壓避雷器接地端分別用鋼絞線(xiàn)接線(xiàn)，三根鋼絞線(xiàn)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(xiàn)也用鋼絞線(xiàn)與避雷器接地線(xiàn)絞合，然后再與接地裝置的引上線(xiàn)用螺栓連接，有的也未壓制接線(xiàn)鼻，這些連接都不符合標準的要求，接頭過(guò)多，接觸不良。建議三個(gè)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(jìn)行焊接，低壓中性點(diǎn)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(guān)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(shí)用干凈的原土并夯實(shí)。有條件時(shí)，應將環(huán)形水平接地極的面積適當增大些，或往環(huán)外再做一個(gè)環(huán)，兩處相連，以降低接地電阻，盡可能達到1Ω。地下連接處應采用焊接，并符合要求。扁鋼的搭接長(cháng)度應為扁鋼寬度的2倍，且應三面或四面焊接，三面焊接時(shí)盡量二短邊一長(cháng)邊，利于電流通過(guò)，圓鋼的焊接長(cháng)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(guān)于低壓側裝避雷器

 

由于采用三點(diǎn)共地后，高壓側避雷器的放電電流（特別當三相同時(shí)放電時(shí)）很大，在接地電阻上的壓降也很高。該壓降加在低壓線(xiàn)圈上，通過(guò)低壓線(xiàn)路電容接地，在低壓線(xiàn)圈中就有一沖擊電流使線(xiàn)圈勵磁，通過(guò)電磁感應使高壓線(xiàn)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(xiàn)圈中性點(diǎn)電位就很高，容易在中性點(diǎn)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(xiàn)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(shí)，通過(guò)避雷器放電，使低壓線(xiàn)圈只承受低壓避雷器的殘壓（1300 V左右），這樣高壓中性點(diǎn)附近的過(guò)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(jiàn)圖5。同樣當低壓線(xiàn)路感應雷傳到配電干式變壓器時(shí)，低壓側避雷器也會(huì )動(dòng)作，使雷電流入地，低壓線(xiàn)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(guò)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(fā)生在高壓側，尤其是中性點(diǎn)附近，見(jiàn)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(xiàn)，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(xiàn)路開(kāi)路運行，高壓側無(wú)避雷器保護時(shí)。加裝低壓避雷器后，原來(lái)的三點(diǎn)共同接地就成了四點(diǎn)共同接地，見(jiàn)圖1。1.7關(guān)于中性線(xiàn)及連接

 

中性線(xiàn)在三相負荷不平衡時(shí)流過(guò)電流，按有關(guān)規定該電流不得大于相線(xiàn)電流的25%。另外，中性線(xiàn)、中性點(diǎn)接地線(xiàn)與配電干式變壓器低壓中性線(xiàn)端頭的連接應可靠，應制作接線(xiàn)鼻（板），螺栓應壓緊，防止接觸不良流過(guò)電流時(shí)發(fā)熱燒斷。中性線(xiàn)斷線(xiàn)意味著(zhù)低壓系統失去接地，成為不接地系統。三相負荷不平衡時(shí)，導致三相電壓相差很大，燒毀用電設備。2關(guān)于柱上開(kāi)關(guān)的防雷接地

 

高壓柱上開(kāi)關(guān)及隔離開(kāi)關(guān)一般作為聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)用，標準規定應在一側或兩側裝設避雷器（開(kāi)關(guān)經(jīng)常斷開(kāi)），且避雷器引下接地線(xiàn)應與開(kāi)關(guān)外殼（包括隔離開(kāi)關(guān)底座）連接，這是為了保證開(kāi)關(guān)對地絕緣只承受避雷器殘壓，而得到有效的保護。但觀(guān)察中發(fā)現，不少柱上開(kāi)關(guān)兩側的高壓避雷器接地線(xiàn)都是直接引入地下，未與開(kāi)關(guān)外殼相連。此時(shí)開(kāi)關(guān)對地絕緣所承受的除避雷器殘壓外，還包括引線(xiàn)和接地裝置電阻上的壓降。如接地引線(xiàn)電感為1.67μH/m，引線(xiàn)長(cháng)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(kāi)關(guān)承受的電壓為133.4 kV，已超過(guò)了開(kāi)關(guān)的沖擊絕緣水平75 kV，避雷器就起不到保護作用。有些開(kāi)關(guān)外殼雖有引下接地線(xiàn)，也是單先入地，即使共用一個(gè)接地裝置，開(kāi)關(guān)絕緣所承受的電壓也高于殘壓。單先柱上開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)的外殼，隔離開(kāi)關(guān)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(xiàn)相連，這樣就使隔離開(kāi)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(xiàn)可采用Φ8 mm的圓鋼或20 mm×3 mm的扁鋼。線(xiàn)路中所裝設的高壓無(wú)功補償電容器也應加金屬裝氧化物避雷器，其接地引下線(xiàn)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(xiàn)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(guò)電壓沖擊時(shí)，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(lái)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(jīng)過(guò)接地通道流入大地，因此接地通道電阻越小越安全。

【免責聲明】文章為作者先立觀(guān)點(diǎn)，不代表創(chuàng )聯(lián)匯通干式變壓器立場(chǎng)。如因作品內容、版權等存在問(wèn)題，請于本文刊發(fā)30日內聯(lián)系創(chuàng )聯(lián)匯通干式變壓器進(jìn)行刪除或洽談版權使用事宜。