配電干式變壓器的接地分析
文章來(lái)源:北京創(chuàng)聯(lián)匯通電氣 ????? 發(fā)布時(shí)間: 2020-11-15 16:22:17
導(dǎo)讀:1配電干式變壓器防雷接線 配電干式變壓器防雷接線見(jiàn)圖1。 圖1 配電干式變壓器防雷、工作、保護(hù)共同接地1.1關(guān)于接地電阻的規(guī)定 三點(diǎn)共同接地就意味著防雷接地(高壓避雷器)、保護(hù)
1配電干式變壓器防雷接線
配電干式變壓器防雷接線見(jiàn)圖1。 圖1 配電干式變壓器防雷、工作、保護(hù)共同接地1.1關(guān)于接地電阻的規(guī)定
三點(diǎn)共同接地就意味著防雷接地(高壓避雷器)、保護(hù)接地(外殼)和工作接地(低壓中性點(diǎn))共用一個(gè)接地裝置,其接地電阻應(yīng)滿足三者之中的較小值,其中防雷接地一般規(guī)定小于10Ω,但要有垂直接地極,以利散流。低壓工作接地一般應(yīng)小于4Ω。因而接地電阻主要取決于高壓側(cè)對(duì)地?fù)舸r(shí)的保護(hù)接地,一般情況下配電干式變壓器都是向B類建筑物供電的,標(biāo)準(zhǔn)上有規(guī)定,只有當(dāng)保護(hù)接地的接地電阻R≤50/I時(shí),高壓側(cè)防雷及保護(hù)接地才能與低壓側(cè)工作接地共用一個(gè)接地裝置。反過(guò)來(lái)說(shuō),如果采取三點(diǎn)共同接地,則R≤50/I時(shí),其中I為高壓系統(tǒng)的單相接地電流。對(duì)不接地系統(tǒng),I為系統(tǒng)的電容電流,對(duì)消弧線圈接地系統(tǒng),I為故障點(diǎn)的殘流。如果按上述計(jì)算結(jié)果大于4Ω,則由低壓工作接地要求,不得大于4Ω。公式R≤50/I中,50為低系統(tǒng)的安全電壓,即高壓側(cè)對(duì)外殼單相接地時(shí),接地電流流過(guò)接地裝置的壓降不得超過(guò)50 V。而10 kV系統(tǒng)中的電容電流差別很大,有的不足10 A,有的高達(dá)上百安或數(shù)百安,所以配電干式變壓器三點(diǎn)共同接地時(shí),要根據(jù)所在高壓系統(tǒng)的情況來(lái)確定接地裝置的接地電阻,不能籠統(tǒng)地規(guī)定4Ω或10Ω。由于接地電阻大小與系統(tǒng)單相接地電流有關(guān),與配變?nèi)萘坎o(wú)關(guān),所以現(xiàn)場(chǎng)規(guī)程的說(shuō)法沒(méi)有道理。有的資料認(rèn)為,當(dāng)?shù)蛪汗ぷ鹘拥貑蜗攘碓O(shè)時(shí),100 kVA以下的配電干式變壓器的低壓側(cè)工作接地電阻,可放寬到10Ω,原因是干式變壓器小,內(nèi)阻抗大,限制了接地電流,也就限制了地電位的升高。(這解釋了為什么夏天測(cè)三相不平衡電流零序電流為什么這么大。原因:在于我們選錯(cuò)了測(cè)量點(diǎn),測(cè)量的是接地扁鐵,其中含有電容電流。正確的測(cè)量點(diǎn)在干式變壓器低壓零序樁頭與干式變壓器外殼接地(保護(hù)接地)連接點(diǎn)之間)1.2關(guān)于共同接地的接地方式
除圖1的方式外,施工中還會(huì)出現(xiàn)其它接地方式,見(jiàn)圖2、3。圖2 施工中常用的接地方式圖3 施工中常用接地方式三種方式中都是共同接地的,采用哪種方式為好,現(xiàn)分析如下。高壓側(cè)避雷器的作用是用來(lái)保護(hù)干式變壓器高壓線圈與外殼之間的絕緣,按圖2的接法,高壓線圈與外殼之間承受的電壓除避雷器殘壓外,還增加了接地引下線的電感、電阻上的壓降,這個(gè)壓降在雷電流沖擊下是不可忽視的,使其保護(hù)效果大為降低。而圖3的接法也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題,就是低壓線圈及中性線全部承受接地裝置上的壓降,特別是當(dāng)中性點(diǎn)存在重復(fù)接地,接地電阻小于配電干式變壓器接地電阻,且離配電干式變壓器較近時(shí),高壓側(cè)避雷器的放電沖擊電流將較多流向重復(fù)接地,有時(shí)會(huì)將重復(fù)接地的引下線燒斷(重復(fù)接地線一般較細(xì))。所以圖1的接法較為合理,對(duì)高壓線圈的防雷保護(hù)合理,對(duì)低壓中性線的沖擊也較小,因?yàn)椴糠掷纂娏饕淹ㄟ^(guò)接地裝置流入地中。1.3關(guān)于接地裝置的設(shè)計(jì)
按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,配電干式變壓器臺(tái)區(qū)的接地裝置應(yīng)敷設(shè)為閉合環(huán)形,并加垂直接地極,這是因?yàn)榄h(huán)形內(nèi)的接觸電壓比較低,而沿環(huán)形接地體走路的行人,其跨步電壓也較小,城區(qū)的配電干式變壓器大多安裝在路邊,因常有人走動(dòng),為行人安全著想,必須敷設(shè)為環(huán)形。環(huán)形的大小,一般以5m為直徑,這是因?yàn)橐l(fā)揮水平接地極和垂直接地極的散流效果,減少相互屏蔽,降低接地電阻而必需的。但有些安裝地點(diǎn)過(guò)于狹窄時(shí),則可為橢圓形,短軸距不得低于3 m,見(jiàn)圖4,兩個(gè)垂直接地極宜打在短軸兩端點(diǎn)附近,高壓避雷器及外殼接地和中性點(diǎn)的接地分別引至垂直接地極附近,以利于散流。如土壤電阻率較高,做一個(gè)環(huán)后,測(cè)試接地電阻不合要求,則應(yīng)在環(huán)外再做一個(gè)大環(huán),兩環(huán)相距4~5 m,埋深比較好環(huán)深,至少兩處相連接,直至滿足要求為止。(實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)地形優(yōu)先,地網(wǎng)整體呈圓狀即可)圖4 接地裝置敷設(shè)為橢圓形1.4關(guān)于接地引下線的連接方式
按部頒標(biāo)準(zhǔn),除設(shè)備的接線端子可用螺栓連接外,引下線及接地裝置都應(yīng)使用焊接,但為安裝方便,通常在電桿下的1.8~2.0 m處有一個(gè)斷接卡,也用螺栓連接。引下線一般用扁鋼,但也有采用鋼絞線。鋼絞線與扁鋼的連接應(yīng)制作接線板,較好采用雙螺栓相連,以利于接觸良好。目前的實(shí)際情況是,高壓避雷器接地端分別用鋼絞線接線,三根鋼絞線再連在一起,且都是絞合連接,配電干式變壓器外殼的接地線也用鋼絞線與避雷器接地線絞合,然后再與接地裝置的引上線用螺栓連接,有的也未壓制接線鼻,這些連接都不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,接頭過(guò)多,接觸不良。建議三個(gè)高壓避雷器的接地端用30×4的扁鋼連成一體,從中間引下與外殼的接地扁鋼相連,均采用焊接,也不宜在中間設(shè)斷連卡,而直接入地與接地裝置進(jìn)行焊接,低壓中性點(diǎn)直接用扁鋼引至接地裝置與之焊接,扁鋼宜采用30×40 mm2。1.5關(guān)于接地裝置的施工
接地裝置的地下水平接地極應(yīng)采用40×4的扁鋼,垂直接地極用L40×4,埋深大于60cm,填土?xí)r用干凈的原土并夯實(shí)。有條件時(shí),應(yīng)將環(huán)形水平接地極的面積適當(dāng)增大些,或往環(huán)外再做一個(gè)環(huán),兩處相連,以降低接地電阻,盡可能達(dá)到1Ω。地下連接處應(yīng)采用焊接,并符合要求。扁鋼的搭接長(zhǎng)度應(yīng)為扁鋼寬度的2倍,且應(yīng)三面或四面焊接,三面焊接時(shí)盡量二短邊一長(zhǎng)邊,利于電流通過(guò),圓鋼的焊接長(zhǎng)度為圓鋼直徑的6倍,應(yīng)兩面焊接,且不得有虛焊。焊接處應(yīng)采取防腐措施。1.6關(guān)于低壓側(cè)裝避雷器
由于采用三點(diǎn)共地后,高壓側(cè)避雷器的放電電流(特別當(dāng)三相同時(shí)放電時(shí))很大,在接地電阻上的壓降也很高。該壓降加在低壓線圈上,通過(guò)低壓線路電容接地,在低壓線圈中就有一沖擊電流使線圈勵(lì)磁,通過(guò)電磁感應(yīng)使高壓線圈感應(yīng)出很高的電壓。高壓側(cè)電壓受高壓側(cè)避雷器殘壓所限制,高壓線圈中性點(diǎn)電位就很高,容易在中性點(diǎn)附近,導(dǎo)致對(duì)地?fù)舸┗蛟验g短路而損壞干式變壓器,因而必須采取措施,限制低壓線圈承受的電壓,即一般采取低壓側(cè)也加一組避雷器。當(dāng)?shù)仉娢簧邥r(shí),通過(guò)避雷器放電,使低壓線圈只承受低壓避雷器的殘壓(1300 V左右),這樣高壓中性點(diǎn)附近的過(guò)電壓就被限制在可承受范圍之內(nèi),這就是防止逆變換損壞干式變壓器,見(jiàn)圖5。同樣當(dāng)?shù)蛪壕€路感應(yīng)雷傳到配電干式變壓器時(shí),低壓側(cè)避雷器也會(huì)動(dòng)作,使雷電流入地,低壓線圈的電壓被限制在低壓避雷器殘壓之內(nèi),防止配電干式變壓器高壓側(cè)被按變比感應(yīng)的電壓所損壞。這屬于正變換過(guò)電壓,由于配電干式變壓器的低壓側(cè)絕緣裕度高于高壓側(cè),所以配電干式變壓器雷擊事故常發(fā)生在高壓側(cè),尤其是中性點(diǎn)附近,見(jiàn)圖6。圖5 配電干式變壓器逆變換情況圖6 配電干式變壓器正變換情況低壓側(cè)加裝避雷器,因其往往采用高、低壓架空線,容易受雷擊,35/0.4 kV直配干式變壓器因其變比大,更應(yīng)在低壓側(cè)加裝一組避雷器,尤其是當(dāng)35 kV線路開(kāi)路運(yùn)行,高壓側(cè)無(wú)避雷器保護(hù)時(shí)。加裝低壓避雷器后,原來(lái)的三點(diǎn)共同接地就成了四點(diǎn)共同接地,見(jiàn)圖1。1.7關(guān)于中性線及連接
中性線在三相負(fù)荷不平衡時(shí)流過(guò)電流,按有關(guān)規(guī)定該電流不得大于相線電流的25%。另外,中性線、中性點(diǎn)接地線與配電干式變壓器低壓中性線端頭的連接應(yīng)可靠,應(yīng)制作接線鼻(板),螺栓應(yīng)壓緊,防止接觸不良流過(guò)電流時(shí)發(fā)熱燒斷。中性線斷線意味著低壓系統(tǒng)失去接地,成為不接地系統(tǒng)。三相負(fù)荷不平衡時(shí),導(dǎo)致三相電壓相差很大,燒毀用電設(shè)備。2關(guān)于柱上開(kāi)關(guān)的防雷接地
高壓柱上開(kāi)關(guān)及隔離開(kāi)關(guān)一般作為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)用,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)在一側(cè)或兩側(cè)裝設(shè)避雷器(開(kāi)關(guān)經(jīng)常斷開(kāi)),且避雷器引下接地線應(yīng)與開(kāi)關(guān)外殼(包括隔離開(kāi)關(guān)底座)連接,這是為了保證開(kāi)關(guān)對(duì)地絕緣只承受避雷器殘壓,而得到有效的保護(hù)。但觀察中發(fā)現(xiàn),不少柱上開(kāi)關(guān)兩側(cè)的高壓避雷器接地線都是直接引入地下,未與開(kāi)關(guān)外殼相連。此時(shí)開(kāi)關(guān)對(duì)地絕緣所承受的除避雷器殘壓外,還包括引線和接地裝置電阻上的壓降。如接地引線電感為1.67μH/m,引線長(zhǎng)10 m,雷電波波頭2.5 μs,幅值5 kA,加上接地電阻上的壓降,避雷器的殘壓取50 kV,則開(kāi)關(guān)承受的電壓為133.4 kV,已超過(guò)了開(kāi)關(guān)的沖擊絕緣水平75 kV,避雷器就起不到保護(hù)作用。有些開(kāi)關(guān)外殼雖有引下接地線,也是單先入地,即使共用一個(gè)接地裝置,開(kāi)關(guān)絕緣所承受的電壓也高于殘壓。單先柱上開(kāi)關(guān)的接地裝置,其接地電阻不應(yīng)大于10Ω,這也是標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,柱上開(kāi)關(guān)的外殼,隔離開(kāi)關(guān)閘刀的底座,以及旁邊的絕緣子橫擔(dān)(金屬),應(yīng)連在一起與避雷器的接地引下線相連,這樣就使隔離開(kāi)關(guān)支持絕緣子都能得到保護(hù),防止雷擊閃絡(luò),充分發(fā)揮避雷器的作用。其連接線可采用Φ8 mm的圓鋼或20 mm×3 mm的扁鋼。線路中所裝設(shè)的高壓無(wú)功補(bǔ)償電容器也應(yīng)加金屬裝氧化物避雷器,其接地引下線也應(yīng)與電容器的外殼相連。3現(xiàn)行規(guī)定
在《安規(guī)補(bǔ)充規(guī)定》中規(guī)定避雷器接地、干式變壓器外殼工作接地、低壓零線樁頭接地三位一體。配電設(shè)備接地的整體思路:1、在設(shè)備受到過(guò)電壓沖擊時(shí),電氣設(shè)備的絕緣只受到避雷器殘壓得沖擊,而不承擔(dān)因接地裝置的阻抗帶來(lái)的電壓沖擊。2、因?yàn)殡娙蓦娏魅Q于設(shè)備情況,三相不平衡電流取決于負(fù)荷情況,且都不可預(yù)知。且都經(jīng)過(guò)接地通道流入大地,因此接地通道電阻越小越安全。
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