電力設備接地電阻取值探討
1 A類電氣裝置的接地
有效接地系統(tǒng)(含直接接地與低電阻接地)當與低壓共用接地裝置時,如110 kV及以上變電站R ≤2000/Id,意思為當某設備絕緣損壞后,流過接地網(wǎng)的電流為Id時,地電位升高應小于2000 V。
不同接地系統(tǒng)中控制地電位升高的數(shù)值差別較大。
因為有效接地系統(tǒng)中的接地電流通常大于1000 A,有的可達數(shù)十千安,雖然2000 V對一些微機保護設備來說并不安全,國外有人建議采用600 V,但接地電阻勢必得小,實際上難以達到,因而主要依靠地網(wǎng)中的均壓和屏蔽來解決,以降低接觸電壓和跨步電壓問題。接地標準還補充說明,如高土壤電阻率地區(qū)無法滿足2000 V的要求時,接地電阻還可以增大,直到5Ω,但要求采用良好的均壓等電位措施,并降低網(wǎng)絡電壓。另外,有效接地系統(tǒng)中若發(fā)生接地事故,跳閘時間很短,一般在0.1~0.5 s內切除故障,有利于安全。
而非有效接地系統(tǒng),其單相接地的電容電流一般為數(shù)十安,達到上百安后應考慮采用低電阻接地。該系統(tǒng)中,發(fā)生單相接地后,允許運行2 h,且不跳閘,所以地電位升高,取120 V是適宜的,雖然仍大于安全電壓,但在一個接地網(wǎng)內,接觸電壓與跨步電壓不會超過60 V,基本上是安全的。
當系統(tǒng)接地不與低壓共用時,屬于獨立的開關臺區(qū),接地電阻可放寬要求,因為不涉及低壓,一般人員很少接近,而專業(yè)人員則有一定的防護措施,采用地電位升高250 V也是比較安全的,但這種臺區(qū)的地網(wǎng)也應做成圓環(huán)形,把臺區(qū)包圍起來,以降低環(huán)內的接觸電壓。
為此對35 kV及以上的變電站,尤其是110 kV及以上的變電站,由于變壓器低壓中性點共用地網(wǎng),最好不要直接對站外低壓供電,以免站外用電設備的外殼采用保護接地時,站內發(fā)生地電位升高,造成站外人員接觸用電設備外殼時被電擊。
另外,當R≤120/I 取值,如R>4Ω時,則取值為4Ω,這是與低壓共用接地裝置的要求,
2 B類電氣設備工作接地的接地電阻
低壓工作接地的接地電阻取4Ω。
低壓側中性點接地,屬工作接地,由于電壓低,沒有必要按有效接地系統(tǒng)高壓側的要求,如TN-C系統(tǒng)中,用電設備外殼依靠接地保護,相線碰外殼時,接地電阻上并無電流流過,保護接地電壓很低,且由于電流大,熔絲很快熔斷,或低壓斷路器跳閘,只有當發(fā)生接地時,相電壓通過兩個接地電阻構成回路,若取Rd ≈ 4Ω,Rj一般應大于Rd,也取4Ω,加之線圈本身的內阻取2Ω,則流過接地裝置的電流I 為22 A,中性線(PEN)上的電壓為88 V,此電壓比安全電壓要高,但考慮到相線接地點的電阻一般大于Rd,電壓可小于88 V,基本上是安全的,故取4Ω為限,有條件時應將R降到2Ω以下。但能否與高壓側的保護接地共用接地裝置,還需滿足高壓側保護接地電阻要求,就是說共用是有條件的。
3 重復接地
當建筑物內未作等電位連接,且建筑物距低壓系統(tǒng)電源接地點的距離超過50 m時,低壓電纜或架空線路在引入建筑物處,保護線PE或保護中性線(PEN)應重復接地,接地電阻不大于10Ω,長線路每1 km應做一次重復接地。
重復接地的目的是防止N線或PEN線斷線時的供電安全和人身安全。
當線路中一點斷開時,用電設備通過接地電阻成為一相一地回路,而用電設備的外殼依靠接地電阻重構成保護接地,此時外殼上有一定電壓。此時不允許長期運行。
4 建筑物內電氣裝置的保護接地
TN系統(tǒng)內,依靠變壓器的接地及PE線的重復接地。TT系統(tǒng)中,屋內設備外殼可共用一個接地裝置,R≤50/Id。
保證保護電器切斷故障回路的動作電流Id,超過這個電流時,故障將被切除,以此電流為限,地電位升高不超過50 V。IT系統(tǒng)中(中性點不接地系統(tǒng)),各用電設備外殼的保護接地裝置可共用一個裝置,也可單獨設接地裝置。
每個接地裝置的接地電阻R≤50/Id ,Id為相線與外殼間第一次短路時的故障電流,如再發(fā)生另一相的接地短路,那就構成相間接地短路,過流保護將動作??傊?,都要保證外殼電位小于50 V。
5 進戶線絕緣子的接地電阻
鋼筋混凝土桿采用鐵橫擔,如與建筑物內接地裝置相連時,可不單獨設接地裝置,否則應設接地裝置,這是為了給過電壓設置一個放電間隙,以保護內部電氣設備。
現(xiàn)場規(guī)程規(guī)定的100 kVA以下的配電變壓器,接地電阻為10Ω,在提到的低壓側中性點工作接地為單獨設置時,100 kVA以下臺區(qū)的變壓器,由于其內阻抗較大,可放寬到10Ω,如工作接地為10Ω,內阻抗2Ω,故障接地點為10Ω,那么回路電流為10 A,則N線上電壓為100 V。
6 設備防雷接地
6.1 避雷線的接地
架空線路架設避雷線之后,桿塔必須接地,其接地電阻按DL/T 620的要求,按桿塔所在位置的土壤電阻率ρ 的不同,接地電阻不同,見表1。
6.2 避雷針的接地
安裝于110 kV及以上變電站設備區(qū)中(包括構架上)的避雷針可以與變電站地網(wǎng)相連,并就近加裝垂直接地極,但避雷針接地裝置與二次設備的距離應保持5 m以上。安裝于10~35 kV配電裝置設備區(qū)中的避雷針不得與變電站地網(wǎng)相連,應設獨立接地裝置,且與設備的導體部位及架構的接地部位之間的空氣距離應不大于5 m,與變電站地網(wǎng)中距離應大于3 m。
35 kV及以下電氣設備架構上不裝避雷針,是因為其絕緣水平較低,在避雷針受雷擊時,對地電位升高反擊而擊穿。
6.3 避雷器的接地
站內避雷器的接地應與主接地網(wǎng)相連,并就近設垂直接地極。
站外電纜頭上所裝避雷器的接地,應單獨裝設人工接地裝置,與電纜的屏蔽接地和鎧甲接地共用,接地電阻應小于10Ω。
線路避雷器可利用桿塔的接地裝置,不另設接地裝置,但若10~35 kV線路原桿塔無接地裝置(自然接地)則應設以垂直接地極為主的人工接地裝置。