配电变压器的接地分析

配电变压器及断路器的接地分析1配电变压器防雷接线配电变压器防雷接线见图1。图1配电变压器防雷、工作、保护共同接地1.1关于接地电阻的规定三点共同接地就意味着防雷接地（高压避雷器）、保护接地（外壳）和工作接地（低压中性点）共用一个接地装置，其接地电阻应满足三者之中的最小值，其中防雷接地一般规定小于10Ω，但要有垂直接地极，以利散流。低压工作接地一般应小于4Ω。因而接地电阻主要取决于高压侧对地击穿时的保护接地，一般情况下配电变压器都是向B类建筑物供电的，标准上有规定，只有当保护接地的接地电阻R≤50/I时，高压侧防雷及保护接地才能与低压侧工作接地共用一个接地装置。反过来说，如果采取三点共同接地，则R≤50/I时，其中I为高压系统的单相接地电流。对不接地系统，I为系统的电容电流，对消弧线圈接地系统，I为故障点的残流。如果按上述计算结果大于4Ω，则由低压工作接地要求，不得大于4Ω。公式R≤50/I中，50为低系统的安全电压，即高压侧对外壳单相接地时，接地电流流过接地装置的压降不得超过50V。而10kV系统中的电容电流差别很大，有的不足10A，有的高达上百安或数百安，所以配电变压器三点共同接地时，要根据所在高压系统的情况来确定接地装置的接地电阻，不能笼统地规定4Ω或10Ω。由于接地电阻大小与系统单相接地电流有关，与配变容量并无关，所以现场规程的说法没有道理。有的资料认为，当低压工作接地单独另设时，100kVA以下的配电变压器的低压侧工作接地电阻，可放宽到10Ω，原因是变压器小，内阻抗大，限制了接地电流，也就限制了地电位的升高。（这解释了为什么夏天测三相不平衡电流零序电流为什么这么大。原因：在于我们选错了测量点，测量的是接地扁铁，其中含有电容电流。正确的测量点在变压器低压零序桩头与变压器外壳接地（保护接地）连接点之间）1.2关于共同接地的接地方式除图1的方式外，施工中还会出现其它接地方式，见图2、3。图2施工中常用的接地方式图3施工中常用接地方式三种方式中都是共同接地的，采用哪种方式为好，现分析如下。高压侧避雷器的作用是用来保护变压器高压线圈与外壳之间的绝缘，按图2的接法，高压线圈与外壳之间承受的电压除避雷器残压外，还增加了接地引下线的电感、电阻上的压降，这个压降在雷电流冲击下是不可忽视的，使其保护效果大为降低。而图3的接法也会产生一个问题，就是低压线圈及中性线全部承受接地装置上的压降，特别是当中性点存在重复接地，接地电阻小于配电变压器接地电阻，且离配电变压器较近时，高压侧避雷器的放电冲击电流将较多流向重复接地，有时会将重复接地的引下线烧断（重复接地线一般较细）。所以图1的接法较为合理，对高压线圈的防雷保护合理，对低压中性线的冲击也较小，因为部分雷电流已通过接地装置流入地中。1.3关于接地装置的设计按标准规定，配电变压器台区的接地装置应敷设为闭合环形，并加垂直接地极，这是因为环形内的接触电压比较低，而沿环形接地体走路的行人，其跨步电压也较小，城区的配电变压器大多安装在路边，因常有人走动，为行人安全着想，必须敷设为环形。环形的大小，一般以5m为直径，这是因为要发挥水平接地极和垂直接地极的散流效果，减少相互屏蔽，降低接地电阻而必需的。但有些安装地点过于狭窄时，则可为椭圆形，短轴距不得低于3m，见图4，两个垂直接地极宜打在短轴两端点附近，高压避雷器及外壳接地和中性点的接地分别引至垂直接地极附近，以利于散流。如土壤电阻率较高，做一个环后，测试接地电阻不合要求，则应在环外再做一个大环，两环相距4～5m，埋深比第一环深，至少两处相连接，直至满足要求为止。（实际施工过程中应地形优先，地网整体呈圆状即可）图4接地装置敷设为椭圆形1.4关于接地引下线的连接方式按部颁标准，除设备的接线端子可用螺栓连接外，引下线及接地装置都应使用焊接，但为安装方便，通常在电杆下的1.8～2.0m处有一个断接卡，也用螺栓连接。引下线一般用扁钢，但也有采用钢绞线。钢绞线与扁钢的连接应制作接线板，最好采用双螺栓相连，以利于接触良好。目前的实际情况是，高压避雷器接地端分别用钢绞线接线，三根钢绞线再连在一起，且都是绞合连接，配电变压器外壳的接地线也用钢绞线与避雷器接地线绞合，然后再与接地装置的引上线用螺栓连接，有的也未压制接线鼻，这些连接都不符合标准的要求，接头过多，接触不良。建议三个高压避雷器的接地端用30×4的扁钢连成一体，从中间引下与外壳的接地扁钢相连，均采用焊接，也不宜在中间设断连卡，而直接入地与接地装置进行焊接，低压中性点直接用扁钢引至接地装置与之焊接，扁钢宜采用30×40mm2。1.5关于接地装置的施工接地装置的地下水平接地极应采用40×4的扁钢，垂直接地极用L40×4，埋深大于60cm，填土时用干净的原土并夯实。有条件时，应将环形水平接地极的面积适当增大些，或往环外再做一个环，两处相连，以降低接地电阻，尽可能达到1Ω。地下连接处应采用焊接，并符合要求。扁钢的搭接长度应为扁钢宽度的2倍，且应三面或四面焊接，三面焊接时尽量二短边一长边，利于电流通过，圆钢的焊接长度为圆钢直径的6倍，应两面焊接，且不得有虚焊。焊接处应采取防腐措施。1.6关于低压侧装避雷器由于采用三点共地后，高压侧避雷器的放电电流（特别当三相同时放电时）很大，在接地电阻上的压降也很高。该压降加在低压线圈上，通过低压线路电容接地，在低压线圈中就有一冲击电流使线圈励磁，通过电磁感应使高压线圈感应出很高的电压。高压侧电压受高压侧避雷器残压所限制，高压线圈中性点电位就很高，容易在中性点附近，导致对地击穿或匝间短路而损坏变压器，因而必须采取措施，限制低压线圈承受的电压，即一般采取低压侧也加一组避雷器。当地电位升高时，通过避雷器放电，使低压线圈只承受低压避雷器的残压（1300V左右），这样高压中性点附近的过电压就被限制在可承受范围之内，这就是防止逆变换损坏变压器，见图5。同样当低压线路感应雷传到配电变压器时，低压侧避雷器也会动作，使雷电流入地，低压线圈的电压被限制在低压避雷器残压之内，防止配电变压器高压侧被按变比感应的电压所损坏。这属于正变换过电压，由于配电变压器的低压侧绝缘裕度高于高压侧，所以配电变压器雷击事故常发生在高压侧，尤其是中性点附近，见图6。图5配电变压器逆变换情况图6配电变压器正变换情况低压侧加装避雷器，因其往往采用高、低压架空线，容易受雷击，35/0.4kV直配变压器因其变比大，更应在低压侧加装一组避雷器，尤其是当35kV线路开路运行，高压侧无避雷器保护时。加装低压避雷器后，原来的三点共同接地就成了四点共同接地，见图1。1.7关于中性线及连接中性线在三相负荷不平衡时流过电流，按有关规定该电流不得大于相线电流的25%。另外，中性线、中性点接地线与配电变压器低压中性线端头的连接应可靠，应制作接线鼻（板），螺栓应压紧，防止接触不良流过电流时发热烧断。中性线断线意味着低压系统失去接地，成为不接地系统。三相负荷不平衡时，导致三相电压相差很大，烧毁用电设备。2关于柱上开关的防雷接地高压柱上开关及隔离开关一般作为联络开关用，标准规定应在一侧或两侧装设避雷器（开关经常断开），且避雷器引下接地线应与开关外壳（包括隔离开关底座）连接，这是为了保证开关对地绝缘只承受避雷器残压，而得到有效的保护。但观察中发现，不少柱上开关两侧的高压避雷器接地线都是直接引入地下，未与开关外壳相连。此时开关对地绝缘所承受的除避雷器残压外，还包括引线和接地装置电阻上的压降。如接地引线电感为1.67μH/m，引线长10m，雷电波波头2.5μs，幅值5kA，加上接地电阻上的压降，避雷器的残压取50kV，则开关承受的电压为133.4kV，已超过了开关的冲击绝缘水平75kV，避雷器就起不到保护作用。有些开关外壳虽有引下接地线，也是单独入地，即使共用一个接地装置，开关绝缘所承受的电压也高于残压。单独柱上开关的接地装置，其接地电阻不应大于10Ω，这也是标准的规定，柱上开关的外壳，隔离开关闸刀的底座，以及旁边的绝缘子横担（金属），应连在一起与避雷器的接地引下线相连，这样就使隔离开关支持绝缘子都能得到保护，防止雷击闪络，充分发挥避雷器的作用。其连接线可采用Φ8mm的圆钢或20mm×3mm的扁钢。线路中所装设的高压无功补偿电容器也应加金属装氧化物避雷器，其接地引下线也应与电