電力設(shè)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(dāng)與低壓共用接地裝置時(shí),如110 kV及以上變電站R ≤2000/Id,意思為當(dāng)某設(shè)備絕緣損壞后,流過接地網(wǎng)的電流為Id時(shí),地電位升高應(yīng)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?yàn)橛行Ы拥叵到y(tǒng)中的接地電流通常大于1000 A,有的可達(dá)數(shù)十千安,雖然2000 V對一些微機(jī)保護(hù)設(shè)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(shí)際上難以達(dá)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(biāo)準(zhǔn)還補(bǔ)充說明,如高土壤電阻率地區(qū)無法滿足2000 V的要求時(shí),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(luò)電壓。另外,有效接地系統(tǒng)中若發(fā)生接地事故,跳閘時(shí)間很短,一般在0.1~0.5 s內(nèi)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(dá)到上百安后應(yīng)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(yùn)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(gè)接地網(wǎng)內(nèi),接觸電壓與跨步電壓不會(huì)超過60 V,基本上是安全的。
當(dāng)系統(tǒng)接地不與低壓共用時(shí),屬于獨(dú)立的開關(guān)臺(tái)區(qū),接地電阻可放寬要求,因?yàn)椴簧婕暗蛪?,一般人員很少接近,而專業(yè)人員則有一定的防護(hù)措施,采用地電位升高250 V也是比較安全的,但這種臺(tái)區(qū)的地網(wǎng)也應(yīng)做成圓環(huán)形,把臺(tái)區(qū)包圍起來,以降低環(huán)內(nèi)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(diǎn)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(shè)備的外殼采用保護(hù)接地時(shí),站內(nèi)發(fā)生地電位升高,造成站外人員接觸用電設(shè)備外殼時(shí)被電擊。
另外,當(dāng)R≤120/I 取值,如R>4Ω時(shí),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(shè)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(cè)中性點(diǎn)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(cè)的要求,如TN-C系統(tǒng)中,用電設(shè)備外殼依靠接地保護(hù),相線碰外殼時(shí),接地電阻上并無電流流過,保護(hù)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(dāng)發(fā)生接地時(shí),相電壓通過兩個(gè)接地電阻構(gòu)成回路,若取Rd ≈ 4Ω,Rj一般應(yīng)大于Rd,也取4Ω,加之線圈本身的內(nèi)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(diǎn)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(shí)應(yīng)將R降到2Ω以下。但能否與高壓側(cè)的保護(hù)接地共用接地裝置,還需滿足高壓側(cè)保護(hù)接地電阻要求,就是說共用是有條件的。
3 重復(fù)接地
當(dāng)建筑物內(nèi)未作等電位連接,且建筑物距低壓系統(tǒng)電源接地點(diǎn)的距離超過50 m時(shí),低壓電纜或架空線路在引入建筑物處,保護(hù)線PE或保護(hù)中性線(PEN)應(yīng)重復(fù)接地,接地電阻不大于10Ω,長線路每1 km應(yīng)做一次重復(fù)接地。
重復(fù)接地的目的是防止N線或PEN線斷線時(shí)的供電安全和人身安全。
當(dāng)線路中一點(diǎn)斷開時(shí),用電設(shè)備通過接地電阻成為一相一地回路,而用電設(shè)備的外殼依靠接地電阻重構(gòu)成保護(hù)接地,此時(shí)外殼上有一定電壓。此時(shí)不允許長期運(yùn)行。
4 建筑物內(nèi)電氣裝置的保護(hù)接地
TN系統(tǒng)內(nèi),依靠變壓器的接地及PE線的重復(fù)接地。TT系統(tǒng)中,屋內(nèi)設(shè)備外殼可共用一個(gè)接地裝置,R≤50/Id。
保證保護(hù)電器切斷故障回路的動(dòng)作電流Id,超過這個(gè)電流時(shí),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(diǎn)不接地系統(tǒng)),各用電設(shè)備外殼的保護(hù)接地裝置可共用一個(gè)裝置,也可單獨(dú)設(shè)接地裝置。
每個(gè)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(shí)的故障電流,如再發(fā)生另一相的接地短路,那就構(gòu)成相間接地短路,過流保護(hù)將動(dòng)作。總之,都要保證外殼電位小于50 V。
5 進(jìn)戶線絕緣子的接地電阻
鋼筋混凝土桿采用鐵橫擔(dān),如與建筑物內(nèi)接地裝置相連時(shí),可不單獨(dú)設(shè)接地裝置,否則應(yīng)設(shè)接地裝置,這是為了給過電壓設(shè)置一個(gè)放電間隙,以保護(hù)內(nèi)部電氣設(shè)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(cè)中性點(diǎn)工作接地為單獨(dú)設(shè)置時(shí),100 kVA以下臺(tái)區(qū)的變壓器,由于其內(nèi)阻抗較大,可放寬到10Ω,如工作接地為10Ω,內(nèi)阻抗2Ω,故障接地點(diǎn)為10Ω,那么回路電流為10 A,則N線上電壓為100 V。
6 設(shè)備防雷接地
6.1 避雷線的接地
架空線路架設(shè)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(shè)備區(qū)中(包括構(gòu)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(shè)備的距離應(yīng)保持5 m以上。安裝于10~35 kV配電裝置設(shè)備區(qū)中的避雷針不得與變電站地網(wǎng)相連,應(yīng)設(shè)獨(dú)立接地裝置,且與設(shè)備的導(dǎo)體部位及架構(gòu)的接地部位之間的空氣距離應(yīng)不大于5 m,與變電站地網(wǎng)中距離應(yīng)大于3 m。
35 kV及以下電氣設(shè)備架構(gòu)上不裝避雷針,是因?yàn)槠浣^緣水平較低,在避雷針受雷擊時(shí),對地電位升高反擊而擊穿。
6.3 避雷器的接地
站內(nèi)避雷器的接地應(yīng)與主接地網(wǎng)相連,并就近設(shè)垂直接地極。
站外電纜頭上所裝避雷器的接地,應(yīng)單獨(dú)裝設(shè)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(yīng)小于10Ω。
線路避雷器可利用桿塔的接地裝置,不另設(shè)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(yīng)設(shè)以垂直接地極為主的人工接地裝置。
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