电力系统的合适接地方式

6.1.2.1　电力系统的接地特点

电力系统的接地与用户的人身、财产安全以及电气、电子设备的正常运行有着直接关系，因此，如何正确选择符合实际情况的接地系统，以确保配电系统及电气设备的安全使用，变成了设计上的首要问题。

电力系统接地是指电气设备的任何部位与土壤之间做良好的连接。根据其设备和作用，接地系统可分为保护接地、工作接地、保护接零和重复接地。

1.保护接地

保护接地是指将金属外壳或架构同接地体之间做良好的连接使设备外壳与大地同为零电位，以防止电气设备与带电部分相绝缘的金属外壳因绝缘破坏可能带电而造成触电事故。保护接地的主要作用在于既能有效地防止机壳上由于积累电荷而产生静电放电，又可以在设备的绝缘损坏使机壳带电时，促使电源的保护动作切断电源，从而保护设备及人身安全。

2.工作接地

工作接地是指在正常或事故状态下，将电力系统中某一处直接或通过特殊装置进行接地，以保证电气设备的可靠运行。工作接地实际上是为电路正常工作而提供的一个基准电位。当该基准电位与大地相连接时，可视为大地的零电位，不受外界磁场的干扰。但当该基准电位不与大地相连接时，即可视为相对零电位。此时，相对零电位会随外界磁场的变化而变化，从而影响电路工作的稳定性。为了让各种电路能相互兼容正常工作而不产生干扰，按电路的性质，可以将工作接地分为直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等不同的种类。不同种类的接地应当分别设置。

3.保护接零

保护接零是指将与带电部分相绝缘的金属壳或构架与中性点直接接地系统中的零线接地。将设备外壳与零线相连接，能够使对外壳的漏电成为单相短路，其短路电流很大，促使线路上的保护装置迅速动作，将漏电设备断开电源，及时消除触电事故的危险。

4.重复接地

重复接地是将零线的一点或几点再次与地作属性连接。从安全角度考虑，重复接地有着不可忽视的两大作用：一是降低漏电设备发生漏电的危险，保护装置动作前的对地电压；二是减轻零线断线的危险。一般用户外架线路、以金属外皮做零线的低压电缆等皆宜采用重复接地方式。

6.1.2.2　电力系统接地的型式

1.接地系统的型式

接地型式按照配电系统和电气设备的不同接地组合分类。按照《系统接地的型式及安全技术要求》（GB 14050—2008）规定，接地系统类型以拉丁字母为代号，其意义如下：

第一个字母表示电源端对地的关系。

T：电源端有一点直接接地。

I：电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。

第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。

T：独立于电源接地点的直接接地。

N：直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连。

短横线（-）后的字母表示中性导体与保护导体之间的关系。

C：中性导体与保护导体合一（PEN线）。

S：中性导体与保护导体分开。

C-S：在电源侧为PEN线，从某一点分开为中性线N和保护线PE。

配电系统有以下三种形式：

（1）TN系统：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此_接地点。根据中性导体和保护导体的组合情况，TN系统又可分为TN-S、TN-C、TN-C-S三类。

（2）TT系统：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。

（3）IT系统：电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分直接接地。

2.接地系统的选择

只要符合安装和运行规范要求，IT、TT、TN-S三种接地系统是等效的，并无优劣之分。但进行选择时应注意根据电气装置的特性、运行条件和要求以及维护能力的大小，综合考虑用户和设计安装人员的意见来选用。

首先，为保证最大的安全性和灵活性，三种接地系统可以应用在同一供电电网中。

不同接地系统的串联连接和并联连接必须遵守当地标准和法规的规定，适应用户的要求和现有的维护资源，其中包括：①对运行连续性的要求；②是否有维护服务；③是否有火灾危险；④系统选择及应用。

（1）一般情况下，按以下原则来选择接地系统：

1）当运行连续性要求较高且有维护服务时，选择IT系统。

2）当运行连续性要求较高但无维护服务时，可选择TT系统（其跳闸选择性易于实现）或选择TN系统（减少危险）。

3）当运行连续性要求较低但有维护服务时，选择TN-S系统（易于快速维修和扩展）。

4）当运行连续性要求较低且无维护服务时，选择TT系统。

5）当有火灾危险时，可选择IT系统（有人员维护）或选择TT系统（使用0.5A的剩余电流保护装置）。

（2）对于特殊电网和负载，按以下原则来选择接地系统：

1）对线路长，泄漏电流大的电网，选择TN-S系统。

2）对有备用电源的电网，选择TT系统。

3）对大的故障电流比较敏感的负载（电机），选择TT或IT系统。

6.1.2.3　电力系统中性点接地方式

中性点接地方式关系到电网的安全运行、绝缘配合、继电保护、接地设计等多方面因素，并对通信和电子设备的电子干扰、人身安全等方面都有着重大影响。其设计主要取决于供电可靠性（是否允许带一相接地时继续运行）和限制过电压两个因素。统筹考虑到不同地区、不同电网、不同发展阶段以及不同受电对象等条件因素，目前的电力系统中性点接地方式主要可分为中性点不接地、中性点直接接地、中性点经电阻接地、中性点经消弧线圈接地四种。

1.中性点不接地系统(www.xing528.com)

中性点不接地系统是指中性点经过一定数值的容抗接地的接地系统。该电容由电网中的电缆、架空线路、电机、变压器等所有电气产品的对地耦合电容所组成。此类接地系统的一大优点在于简单易行、节省投资，无需在电源中性点处附加任何装置。一般用于以架空线路为主且电容电流较小的配电网络。

如图6-5所示为中性点不接地系统发生单相接地故障时的情况。

图6-5　中性点不接地系统发生单相接地故障示意图

Un—电源中性点对地电压；R—单相故障接地电阻；IA、IB、IC—A、B、C三相对地电流；IR—接地故障电流

对于中性点不接地系统，当单相接地故障后，由于中性点N不接地，故没有形成短路电流通路，故障相和非故障相都将流过正常负荷电流，线电压仍然保持对称，对于电网的正常绝缘、负荷的正常运行都影响不大。一般允许负荷继续运行1～2h，这段时间可以用于查明故障原因并排除故障，或者用于进行倒负荷操作，因此该中性点接地方式对于用户的供电可靠性较高。但单相接地故障的同时，接地相电压将降低，非接地相电压降升高至线电压，即原电压值的倍。长时间运行时，极易形成两相短路，对电气设备绝缘造成威胁。事实上，对于中性点不接地系统，由于线路分布电容（电容数值不大，但容抗很大）的存在，接地故障点和导线对地电容之间还是能形成电流通路的，从而有数值不大的电容性电流在导线和大地之间流通。一般情况下，这个容性电流在接地故障点将以电弧形式存在，电弧高温会损坏设备，引起附近建筑物燃烧起火。不稳定的电弧燃烧还会引起弧光过电压，造成非接地相绝缘击穿进而发展成为相间故障，引起断路器动作跳闸，中断对用户的供电。也正因为此电容电流数值很小，所以需要装设绝缘监测装置，以便及时发现单相接地故障，迅速处理。

2.中性点直接接地系统

中性点直接接地系统是指没有加入任何人为阻抗，直接将电网中全部或部分变压器中性点与大地（地网）充分连接的接地系统。

如图6-6所示为中性点直接接地系统发生单相接地故障时的情况。

在图6-6中，发生单相接地时，电源中性点对地电压为零，即系统零序电压为零，故接地故障电流IR为

式中　R——接地故障点综合电阻，包括过渡电阻和接地点土壤的流散电阻；

Rg——变压器中性点的接地电阻。

图6-6　中性点直接接地系统发生单相接地故障示意图

R—单相故障接地电阻；IA、IB、IC—A、B、C三相对地电流；IR—接地故障电流

由此可见，中性点直接接地运行的系统，电气设备的对地绝缘只需按相电压来考虑。

另外，对于中性点直接接地系统，当发生单相接地故障时，接地点与大地、中性点N、相导线形成短路通路，因此故障相将有大短路电流流过。为了保证故障设备不损坏，断路器必须立即动作切除故障线路，这就增加了断路器的负担，降低了供电的连续性。再结合单相接地故障的发生概率，这种接地方式对于用户供电的可靠性是最低的。但发生单相接地故障时，接地相电压降低，非接地相电压几乎不变；而接地相电流增大，非接地相电流几乎不变，这就防止了电弧接地过电压情况的发生。

由于过电压可以忽略，这种接地方式降低了对设备绝缘水平的要求，同时还改善了保护设备的工作性能，特别是在高压和超高压电网的运用中经济效益显著，故中性点直接接地方式一般适用于110kV以上电压等级的系统。

3.中性点经电阻接地系统

中性点经电阻接地是一种在国外应用较多、在国内开始应用的中性点接地方式，属于中性点有效接地系统。在电网中性点串联接入的电阻器能泄放单相接地时对地电弧熄弧后半波的能量，使中性点电位降低，减缓了故障相恢复电压的上升速度，从而减少了电弧重燃的可能性，能有效地抑制电网过电压的幅值。

根据中性点接地电阻阻值的不同，中性点经电阻接地系统可分为高电阻接地、中电阻接地和低电阻接地三种情况。

（1）高电阻接地系统。高电阻接地系统需满足的条件为

R0≤ωC0/3

式中　R0——零序电阻，Ω；

C0——系统每相对地电容，μF。

与其相配合的保护方案一般是监测和报警。这种接地方式只适用于电容较小的配电系统或200MW以上的大型发电机回路，能有效地减少跳闸次数，限制铁磁谐振、弧光接地过电压。运行时要求单相接地电流不大于10A，暂态过电压小于2.5倍相电压，但可以不立即切除接地故障。

（2）低电阻接地系统。低电阻接地系统的满足条件为

式中　R0——零序电阻，Ω；

X0——系统等值零序阻抗，Ω。

接地故障电流一般至少采用100A，且更常用的是200～1000A。与之对应，其保护装置一般选用有选择性的、能立即切除接地故障线路的保护装置，其电阻值应能为该保护装置提供足够大的电流，并要求暂态过电压必须小于2.5倍相电压。这种接地方式的特点是：线路及设备绝缘水平要求低、能有效抑制常见的暂态和操作过电压、自动消除一些瞬时接地故障和易与继电保护装置配合。但其接地电流大、跳闸率高也是其不可忽视的缺点。因此，此接地方式主要用于以电缆为主且电容电流较大的城市配网、发电厂厂用电系统及大型工矿企业配电系统。

（3）中电阻接地系统。中电阻接地系统与低电阻接地系统之间一般没有明确的界限，但其具有过电压水平低、对地电位升高不大、正确迅速切除接地故障线路等优点，也具有切除接地故障线路造成间断供电等缺点。其电阻阻值一般为10～150Ω，接地故障电流控制在50～100A。

如图6-7所示为中性点经电阻接地系统发生单相接地故障时的情况。

图6-7　中性点经电阻接地系统发生单相接地故障示意图

Un—电源中性点对地电压；R—单相故障接地电阻；IA、IB、IC—A、B、C三相对地电流；IR—接地故障电流

4.中性点经消弧线圈接地系统

电网正常运行时接于中性点N与大地之间的消弧线圈无电流流过，消弧线圈不起作用。当发生单相接地故障时，中性点将出现零序电压，在这个电压作用下，有感性电流流过消弧线圈并注入发生了接地故障的电力系统，从而抵消了流过接地处的容性电流，可明显地抑制电弧重燃，减少高幅值电弧接地过电压发生的概率。

专设消弧线圈能自动消除电网的瞬间单相接地故障，从而减少跳闸次数、降低接地故障电流。当发生永久性（金属）单相接地故障时，可以经微机装置或微机接地保护检出故障使断路器瞬间跳闸；也可以使电网带故障运行一段时间，调度部门转移负荷后延时跳开故障线路，保证对用户的不间断供电。需要注意的是，虽然经消弧线圈作用后，接地点将不再有容性电弧电流或只有很小的电容性电流流过，但接地电压降低而非接地相电压依然很高，长时间接地运行依然是不允许的。

如图6-8所示为中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的情况。

图6-8　中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障示意图

Un—电源中性点对地电压；R—单相故障接地电阻；IA、IB、IC—A、B、C三相对地电流；IR—接地故障电流