我國多年來10kV網(wǎng)絡(luò)采用不接地系統(tǒng),由于這些年城市10kV網(wǎng)絡(luò)電纜線路增多,對地電容電流增大,不少城市將10kV網(wǎng)絡(luò)改為經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的接地短路電流高達數(shù)百上千安,如不采取有效的防范措施將對10KV電網(wǎng)和低壓(220/380V)用戶招致一些電氣危險,包括燒壞防雷SPD的危險。國際電工標準IEC60364對其在低壓用戶內(nèi)的電氣危險和防范措施規(guī)定了專門的要求(1)。本文擬依據(jù)這些要求作些陳述。
1、TN系統(tǒng)內(nèi)的人身電擊危險
10/0.4kV變電所(以下簡稱變電所)既是10kV系統(tǒng)的負荷端,也是低壓系統(tǒng)的電源端。它需作10kV負荷端設(shè)備外殼的保護接地,也需作低壓電源端中性點的系統(tǒng)接地。以往不接地10kV網(wǎng)絡(luò)內(nèi)接地故障電流小,這兩個接地可合用一個接地極,在經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)內(nèi),接地故障電流大,如圖1所示的接地故障,設(shè)故障電流Id為600A,變電所接地電阻為4Ω,則在接地電阻RB上的電壓降,也即低壓側(cè)中性點對地故障電壓為Uf=Id·RB=2400V。此Uf將如圖1中虛線所示沿TN-C-S系統(tǒng)的PEN線和PE線傳導至另一建筑物低壓用戶電氣設(shè)備外殼上引起電擊事故。圖2為人體電擊時發(fā)生心室纖顫致死的Uf和其持續(xù)時間t的關(guān)系曲線(1)。此持續(xù)時間為變電所高壓斷路器和保護繼電器動作時間之和,約為數(shù)百毫秒。從圖2可知當Uf超過千伏時接觸電氣設(shè)備的人電擊致死的危險是很大的。
2、防范TN系統(tǒng)人身電擊事故的安全措施
為防范上述電擊事故可采用以下防范措施:
2.1在建筑物內(nèi)實施總等電位聯(lián)結(jié)
圖3所示的TN-C-S系統(tǒng)用戶與變電所不在同一建筑物內(nèi)。當上述危險鼓掌電壓Uf沿圖中PEN線和PE線傳導至電氣設(shè)備外殼時,圖中點劃線所示的總等電位聯(lián)結(jié)使人的手、足觸及的可導電部分都同為Uf電位而沒有電位差。不論Uf多大,都不可能發(fā)生電擊事故。
2.2在無等位聯(lián)結(jié)作用的建筑物電氣裝置戶外部分采用局部TT系統(tǒng)。
電氣裝置的戶外部分一般不具備等電位聯(lián)結(jié)作用,當PEN線、PE線和設(shè)備外殼帶上述危險故障電壓Uf時雙足觸及的卻是地電位,也即0V電位,電擊事故將難以避免。為此應(yīng)如圖4所示在戶外部分采用局部TT系統(tǒng)(2),即戶外的電氣設(shè)備的外殼不經(jīng)電源引來的PE線接地,而是在戶外另打接地極另引接地線(圖4中的PE'線)接地。這樣就不會接觸故障電壓Uf而發(fā)生電擊事故。需注意的是在引向戶外的回路上應(yīng)如圖4所示裝用動作電流不大于30mA的漏電保護器以確保該回路發(fā)生接地故障時能有效地切斷電源。當然,如在戶外采取措施滿足等電位聯(lián)結(jié)要求,也可不改用局部TT系統(tǒng)。
2.3在變電所內(nèi)分開設(shè)置10kV側(cè)的保護接地和低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地。
如果如圖5所示將10kV側(cè)的保護接地和低壓側(cè)的系統(tǒng)接地分開設(shè)置,如圖5中的RB和R'B所示,則10kV側(cè)的上述危險故障電壓將不可能傳導至低壓用戶,電氣事故自然無由發(fā)生。
為變電所設(shè)置兩個電氣上無聯(lián)系的接地并不困難,只需將自變壓器引出的中性線及低壓配電盤的中性線母排加以絕緣,自中性線母排引一單芯絕緣電纜至戶外,在距變電所保護接地至少10m處另接低壓系統(tǒng)的系統(tǒng)接地的接地極即可。
3、TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣擊穿危險
在TT系統(tǒng)內(nèi),電源端中性點的系統(tǒng)接地和另一建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備外殼的保護接地都是分別直接接大地的,所以TT系統(tǒng)不存在上述TN系統(tǒng)內(nèi)的電擊危險,但卻存在低壓電氣裝置內(nèi)的絕緣因承受變電所高壓側(cè)接地故障引起的工頻暫態(tài)過電壓而被擊穿的危險(1)。這是因為當變電所發(fā)生高壓側(cè)接地故障時,如圖6所示,TT系統(tǒng)內(nèi)的絕緣將承受Us=Uf+Uo=Uf+220V的工頻暫態(tài)過電壓。此過電壓值往往大大超過千伏,持續(xù)時間超過數(shù)百毫秒,TT系統(tǒng)低壓絕緣和防雷SPD受此過電壓的沖擊可能被擊穿或燒壞,從而引起設(shè)備損壞或SPD燒壞短路起火事故。