用户变电所低压配电系统的接地

庞传贵 王晋恒 张贺远

(中国建筑设计院有限公司，北京市  100044)(中旭建筑设计有限责任公司，北京市  100044)（中国建筑设计院有限公司，北京市  100044)

摘  要：根据国家标准GB／T 16895.1- 2008／IEC  60364 -1：2005《低压电气装置  第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》对低压配电多电源系统接地的要求，结合民用建筑工程供配电系统的实际情况，按照工程设计的需要，给出用户变电所内低压配电（系统和平面）示意图。分析目前常见的一些不合理的做法，以及三极开关、四极开关使用方法的合理性问题。

 关键词：一点接地；中性点不直接接地：接地点在总配电屏内；非公用电网；接地端子板位置：四极开关；杂散电流；电磁兼容性(EMC)

 中图分类号：TU852 doi:  10. 3969／j.issn. 1003 - 8493. 2016. 02. 003

0  引言

 国际标准IEC 60364 -1：2005发布已经过去10年有余，等同采用该标准的我国国家标准GB／T16895.1- 2008／IEC 60364 -1: 2005《低压电气装置  第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》（以下简称GB／T 16895.1）发布也已经7年多了．但直到现在我国工业与民用建筑工程设计的用户变电所内的接地做法有些仍未执行上述标准。目前的常规做法不符合一点接地的要求，存在电磁干扰问题和误用四极开关等不正确做法。业内人士对于如何实现

“一点接地”及四极开关的应用，尚未形成统一认识，仍在不断讨论之中，更未在工程设计中形成合理的统一做法。为此，笔者总结此文供从事建筑工程设计的朋友们参考，希望能起到抛砖引玉的作用。

1  国家标准GB/T 16895.1的312.2.1.2条对低压配电多电源系统接地的要求

1.1  低压配电系统

 对用电设备采用单独的保护导体和中性导体的多电源TN-C-S系统见图1。

1.2  国标GB／T 16895.1的312.2.1.2条对具有多电源TN-G-S系统的要求

 a．  图示的多电源系统以满足电磁兼容性(EMC)要求为唯一目的。

 b．在设计不当的情况下，一些工作电流可能通过不期望的路径流通，这些电流可能引起火灾、腐蚀、电磁干扰。

 c．系统的任何扩展，都应考虑到防护措施的正常功能，对多电源系统接地要求的要点如图1中所示。

 d．  国标多电源TN -C-S系统接地（图1）及“要点”中规定，PEN导体“不得将其与用电设备连接”，笔者对此进行了一番研究。有的“专家”认为图中的“两台变压器是并联运行”的，那么，图中的c点以下的配电系统即成为单电源（或者是双电源首端互投），即便认为两台变压器是双电源，却“不得将其与用电设备连接”，不能末端互投，起不到双电

源的作用，将此图作为国家标准中“多电源”的典型代表图，显然不合理。

 e．笔者认为在充分满足其a）~c）4条要求，以及本标准312.2条对“非公用电网”要求的前提下，应根据民用建筑工程中低压用户变电所的实际需要，对图1作必要的补充调整，其要点如下：①应在其低压配电系统中补充必要的开关设备；②在变电所内尽量将两台变压器布置得近一些；③将低压配电系统的联络开关（及其联络母线）与变压器低压总出线开关相邻布置；④将补偿电容器柜及所有的馈出线柜全部布置在联络开关柜后，满足其PEN导体“不得将其与用电设备连接”的要求。可以起到双电源（即规范中的多电源）的作用，满足一级负荷双电源末端互投的要求。笔者结合我院最近几年的工程实践，研究出用户变电所内低压配电系统的几种画法，供同行们参考。

1.3笔者推荐的民用建筑工程“用户变电所低压配电系统”的做法

 笔者根据自己的理解，在满足国标GB／T 16895.1第312.2条接地系统型式总体要求及对非公用电网系统要求的前提下，根据国标312.2.1.2条中的图31D，及要点a）～d）“表示出主要的设计规则”，画出了用户变电所低压配电系统双电源供电一点接地的低压配电系统图，见图2、图3、图4。

 将图2及图3按国标GB /T16895.1中的图31D“非公用电网”的要求，全部采用了实线表示。将TN -C-S系统的PE线与N线在变电所低压开关柜的联络母线后分开，在两台变压器联络母线后的低压开关柜内一点接地，并加入了各种必要的保护开关，此供电系统在正常运行时，无杂散电流，比较安全。

 图2、图3不同于国标GB/T16895.1的312.2条中的“公用电网”输配电系统，它的“公用电网”的电源及配电系统部分是用虚线表示的，其电源及配电系统部分的PEN线上有多处（重复）接地，在各接地点之间会有杂散电流。

 图3中两台变压器安装的距离较近，它们的中性点距接地点也较近，其电位接近于地电位。

  在国标GB 50053-2013《20 kV及以下变电所设计规范》第2.0.1条变电所的所址确定的规定中，按照IEC标准对公用电网的多电源系统的电磁兼容性(EMC)要求，将“宜接近电源侧”的规定提到“应方便进出线”的规定之前，这个顺序调整，注重了杂散电流对用户内电气设备的影响，提高了用户变电所的电磁兼容性。

1.3.1做法一

 做法一见低压配电系统示意图2，设备布置平面见图3。

 本方案两台变压器的低压总开关及联络开关均采用三极开关。

 图3设备布置采取了如下措施：

 a．两台变压器布置在变电所一端（两台变压器也可以相邻布置）。

 b．  两台变压器的低压总出线柜与联络柜相邻布置。

 c．配电系统“接地端子板”安装在联络柜内。

 d．将PE母线（与低压开关柜下的槽钢、变电所四周的热镀锌接地扁钢、楼板内钢筋及接地引下线等相连接）多处可靠接地。

1.3.2做法二

做法二两台变压器的低压出线总开关及联络开关

均采用四极开关，低压配电系统示意图见图4。

 做法二的特点：

a．配电系统“接地端子板”安装在联络柜内。 

b．两台变压器的N母线与PE母线仅在“接地端子板”处相连。

 c．将PE母线与低压开关柜下的槽钢、变电所四周的热镀锌接地扁钢、楼板内钢筋及接地引下线等相连接，多处可靠接地。

 d．  将GB／T 16895.1中的图31D的TN -C -S系统，转化为图2、图3中的TN -C-S系统及图4中的TN -S系统，其PE线与N线在变压器的N端子处分开，两台变压器的中性点（星型连接点）始终可以保持为地电位。

  e．两台变压器正常运行时，联络开关断开，两台变压器各自独立运行，互不影响，无杂散电流。

 f．  当两台变压器运行或一台运行一台停电时，如果低压配电回路发生单相接地故障，则大部分接地故障电流通过PE线流回变压器。此时，PE线中有较大的电流，还有另一部分接地故障电流流通过与PE线形成并联关系的总等电位联结接地网中的许多导体流回变压器，

形成杂散电流，需要注意杂散电流的影响。但变压器中性点的电位不会升高。

 g．  当变压器一台运行一台停电时，停电的一台变压器的总出线开关断开，联络开关合闸，因其总开关的断开，变压器中性点中无电流通过，保证了它的地电位，可以保证其检修安全。

 h．  两台变压器的低压总开关及联络开关均采用四极开关，存在可能断N线的弊病。

1.3.3做法三

 做法三两台变压器布置在变电所的两端，双电源采用四极开关的低压配电系统示意图，见图5。

 做法三与做法二的“特点”中仅有以下不同：

 a．做法三两台变压器布置在变电所的两端。

 b．做法三两台变压器的馈出回路中，均有N线引出至另一建筑，并在另一建筑物内作重复接地（N线变为PEN线，TN -S接地型式变为TN -C-S接地型式），此做法联络开关的第四极，被引出的N（实际是PEN）线的重复接地短接。两台变压器的总出线开关的第四极，也均被两个接地点（变电所内接地点和另一建筑物内的重复接地点）短接，有了杂散电流（或接地故障电流）。

1.3.4小结

 a．做法一和做法二，在两台变压器正常运行或一台变压器正常运行一台变压器停电时，两台变压器的N母线中均有工作电流。但在其PE线中均无杂散电流。

 b．如果变压器的低压配电回路发生接地故障，接地故障电流主要经PE线流回变压器（PE线中有较大的故障电流），总等电位联结导体中也有接地故障电流（总接地故障电流减去PE线中的电流），每一根等电位联结导体中的电流不会太大。

 c．  由于短路电流使保护开关迅速跳闸，切断电源，总等电位联结导体的截面容易满足热稳定要求，一般不必增大相关导体的截面。

 d．做法一由变压器上的中性点端子引到低压开关柜上的母线时，有一段很短的PEN线，正常运行的变压器及已经停电的变压器的中性点端子不是地电位，但接近地电位，一般不影响停电变压器的检修安全，不影响正常运行变压器的供电。

 e．做法二、三的两台变压器中性点的电位均为地电位，不影响正常变压器的供电和停电变压器的检修安全。

 f．  做法二、三存在可能断N线的弊病。

 g．做法三中，配出回路的N线有重复接地，而将变压器出线总开关及联络开关采用四极开关是不合理的。

2  目前用户变电所内双电源低压配电系统接地的不合理做法

2.1  常见做法一

 两台变压器中性点直接接地，变压器低压侧总出线开关及联络开关均采用四极。低压配电系统示意图见图6。

 图6做法存在下列问题：

 a．  两台变压器的接地不满足“一点接地”的要求。当两台变压器同时运行或仅一台运行时，PE线与N线并联，PE线中有了不应有的工作电流（即有杂散电流）。

 b．变压器总出线开关的第四极，增加了可能断N线（曾称之为“断零”）的危害；断开PEN线（为了断N线）的同时，也断开了PE线，违反了GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》3.1.4条“严禁将保护接地中性导体接入开关电器”的强条。

 c．N母线与PE母线两端相连的连接点，将联络开关的第四极短接（其第四极成为多余的）。

 d．两台变压器的两个出线总开关的第四极，分别被PE线的接地端子板短接（两台变压器的出线总开关的第四极变成多余的）。

 e．  当两台变压器均有PEN线供电到另外的建筑物时，PEN线必然又要重复接地，又使联络开关的第四极再一次被短接。3个四极开关的第四极均被两次短接，第四极不起作用，而采用四极开关投资多，体积大。可见在这种情况下，不应采用的四极开关。

2.2常见做法二

 两台变压器的总出线开关和联络开关，均采用三极开关，见图7。

 变压器低压侧出线总开关和联络开关均采用三极开关，将两台变压器的中性点采用电缆穿保护管敷设接至变压器室内接地端子板（标准图集03D501 -4《接地装置安装》第48页），则两台变压器的N母线两端与PE母线两端相接，形成并联关系。这种做法也不满足国家规范中的下列要求：

 a．  不符合“一点接地”和“不应在变压器的中性点或发电机的星形点直接对地连接”的要求。

 b．变压器中性点的接地点未设置在“总配电屏内”。

 c．PE母线与N母线并联，使两台（或仅一台）变压器正常运行时，PE线中有工作电流（即杂散电流）流过，PE线两端有了电压，则使与PE线并联的很多等电位联结导体中也都有了杂散电流。

 d．当任何一台变压器发生接地故障时，都会有较大的接地故障电流通过PE线及与PE线成并联关系的总等电位联结导体，形成杂散电流及电磁干扰。

2.3  常见做法三

 将两台变压器中性点直接接地改为一点接地的简单做法，见图8。

 图8所示方案，虽然符合了规范“一点接地”的要求，但由于用电设备的N线分别引自两台变压器的PEN线，仍不满足国标GB／T 16895.1规定的“不得将其与用电设备连接”的要求。当一台变压器停电检修时，其PEN母线上存在由另一台变压器供电的正在运行的用电设备的PEN线上的电流，会使已经停电的变压器的PEN母线及其中性点不是地电位。假如此时正在运行的变压器的用电设备又发生接地故障，其PEN线中的接地故障电流会使已经停电的变压器的PEN线及其中性（星形）点对地的电位较高，需要检修人员注意防范。

3  结语

 笔者根据自己的理解，在满足国标GB／T 16895.1第312.2条接地系统型式总体要求及对非公用电网系统要求的前提下，根据国标GB／T 16895.1的312.2.1.2条中的图31D，及要点a）~d）“表示出主要的设计规则”，画出了“用户变电所低压配电系统”双电源供电一点接地的低压配电系统图。并对照目前工程设计中常见的某些不太合理的做法，阐述了自己的意见和建议。供同行们在进行用户变电所低压配电系统的接地设计时参考。