多电源系统一点接地应用思路分析

在多电源低压系统中，为满足电磁兼容(EMC)要求，不应在变压器或发电机的星形点直接对地连接，在诸电源相互连接的导体与PE导体之间，应只连接一次，这一连接应设在总配电柜内(本文称为“一点接地方式”)。此规定最早见于《低压电气装置第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》GB/T16895.1-2008(等同采用IEC60364-1:2005)312.2.1.2条,如图1。在《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》GB/T16895.10-2021(等同采用IEC60364-4-44:2018)也有同样规定。图1多电源TN系统一点接地示意图规范中强调了在对电磁兼容有要求的场所，应采用一点接地方式，可以有效避免在接地导体中产生杂散电流，并可防止杂散电流引起的接地极腐蚀、火灾以及电磁干扰。柜内一点接地方式不仅适用于多电源系统，也适用于单电源系统。电源中性点采用一点接地方式已经逐渐为行业所接受。国标图集14D504《接地装置安装》中给出变压器采用一点接地的具体做法。南方电网公司已针对多电源一点接地方式制定了典型设计方案，很好地推动了行业技术发展。下面对一点接地应用中的一些问题进行探讨。

1对多电源系统的理解及变电室一点接地具体做法多电源系统包括以下两种情况。(1)并联运行的多电源系统。例如多台变压器并联运行情况，此种方式国外应用较多，国内很少采用。随着“双碳”目标下可再生能源的大力发展，建筑分布式电源和市电并网运行的情况越来越多，例如建筑光伏发电系统在变压器低压侧并网，构成并联运行的多电源系统。此种情况下应采用一点接地方式，否则正常运行时会在接地系统中产生杂散电流。(2)非并联运行的多电源系统。多个电源平时分列运行，且电源之间存在备用关系，并在电源端通过母线联络开关实现切换。典型应用是两台变压器在低压侧采用分段单母线主接线，设置2进线1母联方式。此种情况下推荐采用一点接地方式，进线和母联断路器采用3极开关，如图2。变压器中性点不直接接地，而是通过在低压柜内，连接PEN和PE母排实现变压器中性点的一点接地(IEC60364-8-2标准中定义此连接导体为参考导体)，此种方式类似于TN-C-S系统。正常情况下，馈线回路N线工作电流不会在接地导体中产生杂散电流；馈线回路发生接地故障时，故障电流流经回路PE导体、一点接地连接点和PEN导体返回变压器中性点，满足导体热稳定的要求。变压器外壳应通过PE导体和低压配电柜母排连接。变电室四周可以另敷设一圈环形接地导体作为总等电位联结导体，因为不是接地故障时电流流经的主要路径，其截面最大按25mm²铜导体或具有等效热稳定截面的其他导体选择，例如40×4镀锌扁钢。变压器中性点柜内一点接地方式在此情况下是最经济、最合理的方式。图2

变压器中性点一点接地方式(两台变压器中间带母联)非并联运行的多电源系统也可采用中性点直接接地方式，如图3，同样以两台变压器为例，变压器中性点分别就近直接接地，从变压器低压侧起，N和PE就严格分开，变压器至低压柜导体包括相导体、N和PE导体，此种方式可视为一个“纯粹”的TN-S系统。为防止出现杂散电流，进线和母联断路器都应采用4极开关，较之一点接地方式成本增加。另外4极开关的使用也导致无法引出PEN导体，低压系统无法配出TN-C和TN-C-S系统。图3

变压器中性点直接接地方式（两台变压器中间带母联）需要注意的是，如果低压系统中存在多个电源，每个电源供电给一定的范围，各电源之间不存在联络或切换关系，此种情况下应视为单电源系统，各电源单独接地即可，无需按多电源一点接地方式处理。

2多电源一点接地点的设置要求多电源一点接地连接点应位于总配电柜内，连接导体应采用母排进行固定连接。连接母排需使用专用工具进行连接或拆除，并在连接点设置不允许擅自拆除的警示标识。连接母排的截面应不小于总配电柜PE导体的截面，为便于今后检修和维护，建议将一点接地连接点设于进线柜或母联柜内。南方电网公司在《10kV及以下业扩受电工程典型设计》(2018版)中给出了具体做法，见图4。图4中以两台变压器2进线1母联方案为例，一点接地连接点位于进线柜内。在柜内通过母排连接柜内上方的PEN母排与下方的PE母排实现变压器中性点的一点接地。进线和母联断路器均采用3极开关。图4南网典设中两台变压器柜内一点接地做法由于在整个系统中变压器只通过此连接点对地连接一次，因此系统中任何一点发生接地故障或对地泄漏电流时，都会在此连接导体中产生电流。因此可在此连接导体上装设一个电流互感器监测整个低压系统的对地电流(包括正常泄漏电流和接地故障电流)，由于具有特别高的灵敏度，其动作信号不宜直接动作于断路器跳闸，宜作用于故障报警，可结合电气火灾监控系统的剩余电流监测电器，共同确定故障情况，减少电气火灾监控系统误报和漏报情况。

3一点接地方式是否要求建筑内所有的变压器都进行一点连接？有一种观点认为，既然规范要求多电源系统采用一点接地方式，当建筑物内设有多个变电室或一个变电室内设有2台以上变压器时，也要把所有变压器中性点都连在一起进行一点接地，这种做法合理吗？可以通过分析接地故障电流路径来判定其合理性。如图5为4台变压器共用一点接地情况，1#和2#变压器为一组，互为备用，中间设置母联开关；3#和4#变压器为另外一组变压器，一点接地连接点设在其低压柜内。两组变压器分别位于两个不同的变电室内，两个变电室之间距离为L。图5

多台变压器中性点一点接地方式问题分析（4台变压器）当1#变压器某馈出回路发生接地故障时，故障电流要绕经3#和4#变压器低压柜中的一点接地连接点才能流回1#变压器中性点，接地故障回路阻抗大大增加，故障电流变小。当两组变压器相距较远时，接地故障保护灵敏度将不能满足要求，保护电器不能在规定时间内切断电源。从图5可以看出，多电源一点接地方式不能简单地理解为把所有变压器中性点连接在一起进行接地。实际上，只需将具有母联关系的各组变压器分别进行一点接地即可，就可以实现在接地导体中没有杂散电流、故障的正常情况下满足保护灵敏度的要求。4柴油发电机组是否采用一点接地方式？当柴发机房和变电室贴临布置时，柴发机组可和变压器采用一点接地方式，如图6。图6中左侧母线段为正常母线段；右侧母线段为应急母线段，市电和柴发电源双路输入，并设置ATSE转换开关互投。正常情况下应急母线段由变压器供电，应急情况下由柴发机组供电。柴发机组中性点不直接接地，而是通过变电室低压柜内的接地连接点实现一点接地，连接变压器中性点和柴发机组中性点的导体为PEN导体。在柴发机组供电情况下，当应急母线段出线回路发生接地故障时，故障电流要流经图6中的相导体、接地故障点、PE导体、一点接地连接点和PEN导体返回柴发机组中性点，变压器和柴发机组的切换开关应为3极开关。如果采用4极开关，来自变压器的PEN导体断开，故障电流将无法导通，保护开关无法动作。图6柴发机组和变压器采用一点接地方式（转换开关为3极开关）《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019中7.5.3条规定：正常供电电源与备用发电机之间的电源转换开关应釆用4极开关。该标准未考虑变压器和柴发机组进行一点接地的情况。根据以上的分析，并参考两台变压器一点接地情况，可以看出：(1)当柴发机房和变电室邻近布置时，在满足故障保护灵敏度的情况下，正常供电电源与柴油发电机组理论上可以采用一点接地方式，电源转换开关应釆用3极开关。(2)当柴油发电机和变电室相距较远时，柴发机组宜采用就近直接接地方式，如图7。此种情况下市电和柴发机组的切换开关应为4极开关。在实际工程中，柴发机组通常作为应急电源，为保障其作为独立电源的可靠性，建议柴发机组中性点在发电机房直接接地，不和变压器采用一点接地方式。图7柴发机组就近直接接地方式（转换开关为4极开关）(3)当柴发机房内设有多台低压发电机组并机运行时，为防止运行时出现杂散电流，各台柴发机组中性点不应直接接地，而应该在并机配电柜内实施一点接地方式，见图8。图8多台柴发机组一点接地示意图5多电源系统不宜采用一点接地方式的情况在一些供电可靠性要求特别高的特殊场所，为保证不同电源之间的相互独立，减少相互影响，不宜采用一点接地方式。例如在A级数据中心供配电系统中，根据《数据中心设计规范》GB50174—2017要求，容错配置的变配电设备应分别布置在不同的物理隔间内(图9)。1#和2#变压器分别布置在两个不同的变电室，如采用一点接地方式，当连接点所在的变电室发生火灾、爆炸等严重事故时，可能因配电柜损坏导致一点接地失效，另一个变电室的变压器中性点接地同时失效，系统安全运行受到影响。因此一点接地方式不能保证两个电源不同时受影响，同数据中心容错配置物理隔离的要求不相匹配。此种情况下建议两个变压器分别就近直接接地，从变压器出线处开始为TN-S系统，进线和母联开关采用4极开关。当一个变压器中性点接地失效时，另一个变压器不受影响。需要注意的是，此种方式下，两个变电室还应分别设置一个母联开关，最大限度保证容错配置电源的保护有效性。柴油发电机作为独立于市电的电源，在供电可靠性要求高的场所，也不宜和变压器采用一点接地方式，在此不再赘述。图9A级数据中心变电室接地示意图6分布式可再生能源需要进行一点接地吗?民用建筑中分布式可再生能源一般和市电并网运行(例如光伏发电)，为避免出现杂散电流，需要进行一点接地。由于可再生能源逆变器相对市电变压器容量较小，而市电变压器中性点在变电室已经进行了接地，因此可再生能源的逆变器交流侧中性点接地应利用变压器中性点进行接地，两者之间通过回路导体连接即可。对于平时并网且可局部孤岛运行的可再生能源发电系统，如图10。正常运行时和市电进行一点接地。孤岛运行时，4P并网切换开关断开至变压器中性点的连接导体，并通过联动闭合N和PE之间的系统接地切换开关(单极)，实现可再生能源的系统接地。图10