10/0.4 kV 变电所接地做法简析

于劲丛

（山东中嘉英瑞医疗科技有限公司， 山东 烟台 264003）

1 研究背景

10/0.4kV 变电所接地有保护接地、 工作接地（系统接地） 两大类。 保护接地是指变电所内设备的外漏可导电部分/ 金属外壳的接地， 发生接地故障时， 可以起到降低设备外漏可导电部分的对地电压， 从而保证变电所设备及工作人员的安全； 工作接地也称系统接地， 在变电所中有10 kV 系统接地和0.4 kV 系统接地2 种， 目前我们常用的10 kV 系统多采用不接地方式， 0.4 kV 系统接地指变压器中性点的接地， 它的作用是为低压供电系统提供一个跟大地电位相同的参考电位， 从而保证供电系统的安全运行。

变电所的接地安全关系到变电所的正常运行和用电安全性、 可靠性， 是一项特别重要的内容。 任何的电流流经不期望的路径都会引起不期望的电压升高， 存在着一定的安全隐患， 甚至会造成触电或火灾事故。

10/0.4kV 变电所作为末端配电所的形式已经被各行各业广泛应用， 本文研究查阅部分图集以及施工图纸， 发现变电所接地的做法不尽相同， 很多情况下忽视了电力系统的形式、 用电负荷性质等条件而随意的引出接地， 如在变压器中性点处直接通过绝缘线接地、 在变压器处通过裸铜排接地以及在低压柜处接地等。

因此， 针对采用△-Y 形接法的民用建筑项目中的10/0.4 kV 变电所， 本文结合相关工程经验，采用电流路径分析法， 研究正常工作时电流路径及发生接地故障时电流路径， 探讨主进线开关的设置及不同电力系统下的接地点的设置， 提出合理的解决方案。

2 主进线开关极数

10/0.4kV 变电所作为末端变电所应用在项目中时， 其低压供电范围有可能仅限于本建筑物， 所引出低压供电系统均为TN-S； 也有可能不仅仅局限于本建筑物的用电， 还要考虑附近其他的建筑物用电、 室外照明设备用电等。 因此， 选择主进线开关的级数要根据实际情况确定， 特别是在TN-C 和局部TT 系统情况下， 更应该慎重选择。

10/0.4kV 变电所在引出TN-C 系统时， 其低压柜内的N 排兼做PEN 排， 根据GB50054-2011《 低压配电设计规范》 中3.1.4 条规定： 在TN-C 系统中不应将保护接地中性导体隔离， 严禁将保护接地中性导体接入开关电器[1]。

因此， 末端变电所如果需要引出TN-C 系统时， 其低压主进线开关应选为3P 开关， 严禁采用3P+N 或4P 开关。 在多电源情况下（如单母接线方式的2 台变压器供电系统） ， 其联络开关也需采用3P 开关。

10/0.4kV 变电所在引出TN-S 系统时， 其低压柜内的N 排与PE 排单独设置， 其低压主进线开关可以选为3P+N 或4P 开关。 在多电源情况下， 其联络开关也需对应的采用3P+N 或4P 开关。

3 单台变压器接地探讨

变压器作为低压配电电流的起点和终点， 无论是正常工作电流还是故障电流， 都需要返回到变压器中性点[2]。 在电气设计中， 应该保证中性线的正常电流的路径尽量唯一， 从而确保正常工作电流不经过不期望的路径， 避免产生杂散电流而引起其他弊端或事故[3]； 此外， 还要确保系统发生故障时，故障电流应经过线路最短、 阻抗最低的路由返回变压器低压侧中性点， 以便保护装置能快速定位故障点并保证开关有相应的动作来保障配电系统及相关人员、 设施的安全。

10/0.4kV 变电所在引出TN-C 系统时， 变压器中性点引出线为PEN 线， 兼顾了中性线和接地线的功能， 而正常工作电流要通过中性线才能返回变压器中性点， 因此， 中性线必须是绝缘的。 从变压器处直接通过裸铜排接地的做法是不妥的， 这样会造成在正常情况下， 地线会通过部分杂散电流， 产生不利影响。

针对在变压器中性点直接接地和在低压柜处接地2 种做法， 本文进行简单的电流路径分析。

3.1 在变压器中性点直接接地

变压器处直接接地示意图及电流路径示意图,见图1。 由图1 可知， 正常运行时， 三相不平衡电流及零序谐波电流在低压柜处分为2 个路径， 大部分电流经PEN（N）排返回变压器中性点（如图1 中In1路径），小部分电流经In2路径返回变压器，这部分通过不正规路径返回变压器的电流称为杂散电流，会造成一定的电压升高， 杂散电流引起的电压升高值表达式为

图1 变压器处直接接地示意图及电流路径示意图

式中： Ra为变压器中性点到MEB 箱的电阻； In2为杂散电流。

正常情况下， Ra/In2较小， 引起的电压升高低于安全电压。 因此， 大部分时候不会引起人身触电事故， 但是杂散电流In2长期存在仍然会引起电磁干扰、 加快接地线的腐蚀等， 甚至在PEN 排出现虚接情况下， In2会大幅增大， 导致MEB 电压超过安全电压， 引发触电事故。

3.2 在低压柜处接地

在低压柜处接地示意图及电流路径示意图， 见图2。 由图2 可知， 正常运行时， 三相不平衡电流及零序谐波电流经PEN（N） 排直接返回变压器低压侧中性点， 不会形成杂散电流， 并且在发生故障时， 故障电流经过接地扁钢返回变压器中性点的路径也是最短的， 可以按照设计思路为相关装置提供相应的数据， 为保护装置提供可靠依据。

图2 在低压柜处接地示意图及电流路径示意图

4 多电源（变压器） 的接地做法

随着电力系统网络的日臻完善， 用户对供电可靠性要求的越来越高， 很多项目都需要做多电源供电。 本文在查阅图集、 施工案例的过程中发现， 很多项目可能有若干电源（变压器） ， 变压器之间尚未联络成一个系统， 却都统一在每个电源（变压器） 处本身的中性点直接做接地。 针对是只在低压柜内做一点接地还是在变压器中性点直接接地的2种不同思路， 通过分析可了解其优缺点。

4.1 在每个电源（变压器） 处均做接地

通常情况， 变压器至低压柜之间PEN 母排的长度很短， 其阻抗较小， 而低压供电线路的长度远远超过变压器至低压柜之间PEN 母排的长度， 其阻抗远大于变压器至低压柜PEN 排的阻抗， 因此，在多电源系统分析时， 本文将变压器低压侧中性点和低压柜母排看做一个点[4]， 这样一来， 10/0.4 kV末端变电所可以具备为TN-S（TN-C-S） 系统和TT系统供电的能力， 提高相关变电所的供电范围及适用性。

为在每个电源处均做接地示意图， 见第126 页图3。 这种做法是最为常见的， 在每台变压器低压柜处直接接地的做法， 如果有需要设置零序互感器， 就安装在低压柜接地电缆上。 简单分析就可以明白这种做法的缺陷， 因为几台变压器联络时这种做法就不能保证单点接地， 会引起系统接地杂散电流。

图3 在每个电源处均做接地示意图

由图3 可知， 正常运行时， 三相不平衡电流及零序谐波电流经PEN（N） 排返回中性点； 当发生单相接地故障时， 接地故障电流路径有2， 其一是沿图3 中方向返回中性点， 其二是沿图3 中路径返回中性点， 故障电流经过不期望路径， 形成了杂散电流， 杂散电流同样会引起MEB 箱电压升高， 计算与式（1） 一致， 甚至有可能会造成正常运行的变压器中性点的电压升高， 进而影响整个供电系统的中性线电压水平， 甚至会引发安全事故。

4.2 在低压柜处做一点接地

在低压柜处做一点接地示意图， 见图4。 图4展示了2 台变压器联络成1 个系统的情况下， 中性线不在本变压器直接接地， 而是在某点先与中性线连接后， 再与PE 线相连。 这种做法在发生接地故障时， 故障电流路径只能沿Id方向返回中性点， 路径唯一， 且最为短捷， 实现了一点接地， 系统更安全， 没有杂散电流。

图4 在低压柜处做一点接地示意图

在GB/T 16895.10-2021《 低压电气装置第4-44部分安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》 中也做了相关的要求[5]。

5 结束语

10/0.4kV 变电所广泛应用的同时， 发生事故的概率就更大。 因此， 变电所的安全性就显得尤为重要。 本文针对10/0.4 kV 变电所接地系统进行探讨分析， 在10/0.4 kV 变压器采用△-Y 形接法、 变电所可以具备为TN-S（TN-C-S） 系统和TT 系统供电能力的前提下， 分别针对单电源、 多电源的情况分析了变压器接地的合理做法： 单电源时变压器中性点接地最好在低压柜处进行接地（变压器至低压柜的PEN 线应该绝缘） ， 接地排应与建筑物的总接地排连接； 在多电源的情况下， 不同母线段应仅在低压柜的一处进行接地。