多電源TN系統一點接地的誤解剖析

多電源TN系統不應在變壓器的中性點或發電機的星形點就地接地,而應在總配電屏處一點接地。這一規定始於GB / T 16895. 1 - 2008 / IEC 60364 - 1:2005《低壓電氣裝置 第1部分:基本原則、一般特性評估和定義》,GB / T 16895. 10 - 2010 / IEC 60364 - 4 - 44:2007《低壓電氣裝置 第4 - 44部分:安全防護 電壓騷擾和電磁騷擾防護》再次重申。

注:GB / T 50065 - 2011《交流電氣裝置的接地設計規範》的相關條款引自GB / T 16895. 1 - 2008 / IEC 60364 - 1:2005。

本文謹就《理解》的一些論點進行討論分析,希望能澄清其中的誤解。限於作者水平,論述或有不當,歡迎同行批評指正。

兩臺及以上變壓器單母線分段接線均應符合多電源系統的要求

兩臺及以上變壓器接線均為多電源系統

《理解》說:“一些審圖單位對兩臺變壓器的單母線分段功能接地也按多電源系統功能接地的要求來執行,即在低壓配電裝置內一點接地引起業內不同看法。”對此,首先應明確何謂多電源系統。

多電源是相對單電源而言的;只要連接的電源(包括變壓器或發電機)不止一個,就是多電源系統。國家標準和IEC標準中多電源系統圖較多為兩個電源,見圖1。

多電源TN系統一點接地的誤解剖析

樹上鳥教育電氣設計

2007年11月,在北京召開的全國建築物電氣裝置標準化技術委員會年會上,TC 64秘書長Reinhard Pelta回答中方提交的IEC 60364 - 1:2005第312. 2. 1. 2條多電源系統問題時,講課資料中“多電源變壓器和發電機供電的TN系統”圖示正是單母線分段接線。

2011年,西門子出版了配電系統設計方面的文獻 —— 《Planning Guide for Power Distribution Plants》,其中符合電磁兼容(EMC)要求的“集中多電源TN - EMC系統”即為單母線分段接線(該書中文版《工業與民用配電設計指南》於2016年11月出版,參見其中圖C10.29,也可見《建築電氣》2016年4期“低壓配電TN - EMC系統”一文圖3)。

因此,兩臺及以上變壓器或發電機之間的接線(包括單母線分段接線)是不容置疑的多電源系統。

多電源中性點就近直接接地不能滿足電磁兼容性要求

《理解》說:“從上文第3章分析,單母線分段接線也滿足電磁兼容要求,功能接地不一定要在配電裝置內一點接地。”應該指出,變電所主接線對供電可靠性至關重要,但與電磁兼容性無關。

GB / T 16895. 1 - 2008 / IEC 60364 - 1:2005指出:對於一個具有多電源的TN系統,在設計不適當的情況下,一些工作電流就可能通過不期望的路徑流通。這些電流可能引起:火災;腐蝕;電磁干擾。

雜散電流產生的電磁場可能騷擾信息技術裝置的工作,造成電磁干擾(EMI)。雜散電流還可能使剩餘電流動作保護器誤動作,使火災報警器拒動或誤動。

圖2引自上述西門子文獻,兩個電源並列運行接線。圖中斷路器一個閉合另一個打開時,兩個電源不同時運行;兩臺變壓器的中性點分別接地,分出N導體和PE導體後又接到一起。雜散電流的走向如圖中虛線所示,與相導體無關,僅與變壓器中性點的接地方式有關。對於電磁兼容性而言,圖2的做法是不允許出現的。

多電源TN系統一點接地的誤解剖析

樹上鳥教育電氣設計

圖3是略去相導體後的接線示意圖,分析電磁兼容性問題,無論兩個電源分別運行,或者一個電源退出,另一個電源向兩段母線供電,還是兩個電源並列運行,該圖均適用。

多電源TN系統一點接地的誤解剖析

樹上鳥教育電氣設計

GB / T 16895. 10 - 2010 / IEC 60364 - 4 - 44:2007第444. 4. 6條明確指出:“多電源採用星形點多點接地時,中性導體電流不僅通過中性導體,也通過保護導體流回相應的星形點 …… 在裝置中流過的各部分電流之和不再為零,這時類似一單芯電纜而產生雜散電磁場。”在承載交流電流的單芯電纜的情況下,芯線周圍產生環形電磁場而干擾電子設備。

《理解》中“5 討論 c”舉出諸如 “金屬箱體要求接地” “佈線系統可以採取屏蔽措施” “建築結構內的鋼筋有屏蔽功能” “含建築物鋼筋的保護總等電位聯結系統” 之類措施僅能一定程度地限制電磁能量的傳播路徑,而實際屏蔽效能與系統組織、干擾源的頻率、材料特性、現場條件,以及設備的抗擾度等很多因素有關,並非“往往能夠滿足 …… 電磁兼容需求”。從圖2可知,這些措施並不能消除雜散電流環路對IT設備的電磁干擾,以及雜散環路上設備各處工作電位之間的干擾。至於“目前微機綜保、數字儀表廣泛應用”,對電磁兼容性則要求更高。

多電源系統一點接地的性質和適用範圍

配電變電所中的兩種接地

配電變電所是指向低壓電氣裝置供電的變電所,其高壓側電壓為6 ~ 35 kV,低壓側電壓為1 kV及以下。這是多電源系統接地的發生地。配電變電所有兩種接地:保護接地和系統接地。

保護接地是“為了電氣安全,將系統、裝置或設備的一點或多點接地”。配電變電所中全部高壓和低壓設備的外露可導電部分應共用一套接地裝置,不允許分別接地。因此,這種接地應稱為“變電所保護接地”。

系統接地是電力系統的一點或多點的功能接地和保護接地。在配電變電所中,只有低壓系統接地(即TN或TT系統的首字母“ T ”)。對TN系統而言,低壓電氣裝置的全部外露可導電部分均連接到系統接地上,其首要作用是保護接地。

《理解》把多電源TN系統一點接地定性為功能接地是不正確的。功能接地是“出於電氣安全之外的目的,將系統、裝置或設備的一點或多點接地 ”。對高壓系統中性點接地或可稱為功能接地,但配電變電所中沒有高壓系統接地(高壓系統中性點接地在上級變電站中)。多電源TN系統一點接地是低壓系統接地,不應稱為功能接地。(樹上鳥教育電氣設計)

注:配電變電所保護接地和低壓系統接地,可以相互分隔或連接。分隔或連接的條件涉及高壓系統中性點接地方式、低壓系統接地型式、低壓電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合,以及變電所與建築物的關係(附設或獨立)等,詳見《工業與民用供配電設計手冊》第4版14. 2節。對採用TN系統的附設變電所,兩種接地應共用一套接地裝置。

高壓系統不適用於多電源系統一點接地的要求

《理解》認為:“各電廠向電網供電,各電廠發電機組視為一個電源,向公網供電就組成了高壓多電源系統。”為此,還列舉了高壓系統的設計規範,以及“並列運行的控制部分、執行裝置、保護裝置、隔離裝置”之類。這就偏離了問題的內涵。

從適用範圍看,GB / T 16895. 1 - 2008 / IEC 60364 - 1:2005和GB / T 16895. 10 - 2010 / IEC 60364 - 4 - 44:2007都是低壓電氣裝置標準。GB / T 50065 - 2011有關多電源系統接地的條文也是低壓系統的內容。這些條文對高壓電氣裝置並不適用。

從技術概念看,高壓三相交流系統沒有中性導體,不存在“一些工作電流可能通過不期望的路徑流通”的問題。不同電壓等級、不同接地故障電流的高壓系統,中性點接地方式各異。高壓電力系統不涉及一點接地問題。


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