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50 V。

而10 kV系统中的电容电流差别很大，有的不足10 A，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，100 kVA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3 m，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4～5 m，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1.8～2.0 m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30×40 mm2。

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（1300 V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，35/0.4 kV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35 kV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10 m，雷电波波头2.5 μs，幅值5 kA，加上接地电阻上的压降，避雷器的残压取50 kV，则开关承受的电压为133.4 kV，已超过了开关的冲击绝缘水平75 kV，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Φ8 mm的圆钢或20 mm×3 mm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
电容器的外壳相连。

3现行规定
在《安规补充规定》中规定避雷器接地、变压器外壳工作接地、低压零线桩头接地三位一体。

配电设备接地的整体思路：
1、在设备受到过电压冲击时，电气设备的绝缘只受到避雷器残压得冲击，而不承担因接地装置的阻抗带来的电压冲击。

2、因为电容电流取决于设备情况，三相不平衡电流取决于负荷情况，且都不可预知。

且都经过接地通道流入大地，因此接地通道电阻越小越安全。