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多电源TN系统一点接地的误解剖析

2021-01-11 来源:乌哈旅游
多电源TN系统一点接地的误解剖析 陈谦(山东意匠建筑设计有限公司,济南市250022) Analysis on the Misunderstanding of Single—point Earthing of TN Multiple Source System CHEN Qian(Shandong Yijiang Architecture Design Co.,Ltd.,ji’nan 250022,China) Abstract:There aye still diierentf views on 全防护 电压骚扰和电磁骚扰防护》再次重申。 注:GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地 设计规范》的相关条款引自GB/T 16895.1—2008 /IEC 60364—1:2005。 system earthing of TN multiple source systems.This paper intends to clarify the misunderstanding through the analysis of some views.The requirements of electromagnetic compatibility are met in accordance with national standards and IEC standards. It iS 早期有人对此规定不够理解。后经IEC TC64委 员会秘书长Reinhard Peha和德国专家Mr.Bueschel stated that TN multiple source system should connection between the neutral points of the sources and the PE inside the main switchgear assembly. Key words:multiple source system;TN system; single-point earthing; stray current; sectionalized single—bus cnnection;protective earthing; system 先后来中国宣讲,王厚余、贺湘琨等撰文解析 t , 业界已达成共识,并在设计中践行。 然而, 《建筑电气》2016年第2期发表的《对 电源功能接地做法规定的理解》口 (以下简称《理解》) 给人启发的同时,也提出了不同的看法,令部分同行 无所适从。 earthing;electromagnetic compatibility 摘 要:行业内对多电源TN系统的系统接地仍 本文谨就《理解》的一些论点进行讨论分析,希 望能澄清其中的误解。限于作者水平,论述或有不 当,欢迎同行批评指正。 有不同看法。通过对一些观点进行分析,澄清其误解; 根据国家标准和IEC标准满足电磁兼容性的要求,阐 明多电源TN系统均应在低压配电屏处一点接地。 关键词:多电源系统;TN系统;一点接地;杂 2两台及以上变压器单母线分段接线均应 散电流:单母线分段接线;保护接地;系统接地;电 磁兼容性 中图分类号:TU852 文献标识码:A 符合多电源系统的要求 2.1 两台及以上变压器接线均为多电源系统 doi:10.3969/j.issn.1003—8493.2017.07.001 《理解》说: “一些审图单位对两台变压器的单 母线分段功能接地也按多电源系统功能接地的要求来 1 问题的提出 多电源TN系统不应在变压器的中性点或发电机 的星形点就地接地,而应在总配电屏处一点接地。这 一执行,即在低压配电装置内一点接地引起业内不同看 法。”对此,首先应明确何谓多电源系统。 多电源是相对单电源而言的;只要连接的电源 (包括变压器或发电机)不止一个,就是多电源系统。 规定始于GB/T 16895.1—2008/IEC 60364—1: 国家标准和IEC标准中多电源系统图较多为两个电 源,见图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》,GB/T 16895.10—2010/IEC 60364 —2007年l1月。在北京召开的全国建筑物电气装置 4—44:2007《低压电气装置第4—44部分:安 标准化技术委员会年会上.TC 64秘书长Reinhard Peha 作者信息 陈谦,男,山东意匠建筑设计有限公司,工程技术应用研究员,电气总工程师,机电所所长。 3 多电源TN系统一点接地的误解剖析(陈谦)■_建 电丢 ________._BUILDING Z口17年第7期l ELECTRIClTY 电源2 //, L1 L2 电源1 /, L3 . , N 1一 7_ PE 『一 一 一.4\ 卜__!『一 一‘弋…\外露可导电部分一’一…/7… 鼍I 电气装置 图l 多电源TN系统中性点只在同一点接地 Fig.1 Neutral point of TN multiple source system connection to the earth of the star points at one and the same point 回答中方提交的IEC 60364—1:2005第312.2.1.2条 多电源系统问题时.讲课资料中“多电源变压器和发 电机供电的TN系统”图示正是单母线分段接线 ]。 2011年,西门子出版了配电系统设计方面的文 献——(<Planning Guide for Power Distribution Plants)>. 其中符合电磁兼容(EMC)要求的“集中多电源 TN—EMC系统”即为单母线分段接线 (该书中文版 《工业与民用配电设计指南》于2016年l1月出版, 参见其中图C10.29 I5】,也可见《建筑电气》2016年 4期“低压配电TN—EMC系统”一文图3)。 因此.两台及以上变压器或发电机之间的接线 (包括单母线分段接线)是不容置疑的多电源系统。 2.2 多电源中性点就近直接接地不能满足电磁兼容 性要求 《理解》说:“从上文第3章分析,单母线分段接 线也满足电磁兼容要求,功能接地不一定要在配电装 置内一点接地。”应该指出,变电所主接线对供电可 靠性至关重要,但与电磁兼容性无关。 GB/T 16895.1—2008/IEC 60364—1:2005指 出:对于一个具有多电源的TN系统.在设计不适当 的情况下.一些工作电流就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㈣14o 杂散电流产生的电磁场可能骚扰信息技术装置的工 作,造成电磁干扰(EMI)。杂散电流还可能使剩余电 流动作保护器误动作,使火灾报警器拒动或误动 ]。 图2引自上述西门子文献。两个电源并列运行接 线。图中断路器一个闭合另一个打开时.两个电源不 4 _一484  :垫 ! http://WWW.jzdq net: .cn:1  变压器1 闭合 打开 变压器2 二 r_1 / I~-/ i->/ I ,/  }/’ l  Il '}  1 li 1 ;  lI jI l } 杂散电流的影响::}l {] lI ‘ 系统崩溃  l :注:N导体和PE导体 屏幕闪烁  Il环路,部分负荷电流 影响数据传输 i 屏蔽电缆 J I导体分流成杂散电流 与数数据据库丢出不失错协 ! i调:  Ijl 1——不的考配虑电电网磁络兼中 损坏硬盘  1::  .= { 的杂散电流 图2杂散电流对IT设备的影响 Fig.2 Influence of stray current on IT equipment 同时运行;两台变压器的中性点分别接地,分}f; N导体和PE导体后又接到一起。杂散电流的走向如 图中虚线所示,与相导体无关,仅与变压器中性点的 接地方式有关。对于电磁兼容性而言,图2的做法是 不允许出现的。 图3是略去相导体后的接线示意图,分析电磁兼 容性问题.无论两个电源分别运行,或者一个电源退 出,另一个电源向两段母线供电,还是两个电源并列 运行.该图均适用。 f t…二ll lI上T f ]]1 变电所内配电盘 1]] ● 一 ——- N N Ef i一 I PE 外露可导电部分 图3 中性点就近直接接地接线示意图 Fig.3 Wiring of the neutral point parallel connection of the N and PE GB/T 16895.10—2010/IEC 60364—4—44: 2007第444.4.6条明确指出:“多电源采用星形点多 点接地时。中性导体电流不仅通过中性导体.也通过 保护导体流回相应的星形点……在装置中流过的各 部分电流之和不再为零,这时类似一单芯电缆而产生 杂散电磁场。”在承载交流电流的单芯电缆的情况下, 芯线周围产生环形电磁场而干扰电子设备 。 《理解》中“5讨论C”举出诸如“金属箱体要 求接地”“布线系统可以采取屏蔽措施”“建筑结构内 的钢筋有屏蔽功能”“含建筑物钢筋的保护总等电位 联结系统”之类措施仅能一定程度地限制电磁能量的 传播路径,而实际屏蔽效能与系统组织、干扰源的频 率、材料特性、现场条件,以及设备的抗扰度等很多 因素有关,并非“往往能够满足……电磁兼容需 求”。从图2可知,这些措施并不能消除杂散电流环 路对IT设备的电磁干扰,以及杂散环路上设备各处 { 一变电所内配电盘 { 不/直PE允接N许接线就地应 地绝 睦地母排 4、{1 、{1 、}1 PE\N 线只允许在配电盘内 位联结的『l l 和PE线一点连接而接地 L1 L2 用户配电箱  .l{l 工作电位之间的干扰。至于“目前微机综保、数字仪 表广泛应用”.对电磁兼容性则要求更高。 2.3多电源系统与母线接线、运行方式无关 《理解》说:“单母线分段接线与多电源系统不 同。没必要要求按多电源系统设计接地系统。”其理 由是:“对多台配电变压器组成的单母线分段主接线, 因母线分段设有分段开关。平时两段电源分列运行。 即为单电源系统运行。”对此,我们应分析多电源系 统的问题症结。 从上述2.2节的分析可以看出,多台变压器的中 性点直接接地引出N导体和PE导体不可行。排除变 压器的中性点直接接地选项后。“不期望的路径”的关 键在于“变压器的中性点或发电机的星形点之间相互 连接的导体……这种导体功能类似于PENl6l】 ”。 为保证人身安全.在保护导体中不应串人开关器 件。这点在IEC 60364—5—54:2011《Low.voltage electrical installations——Part 5—54:Selection and erection of electrical equipment。。・——Earthing arrangements and protective conductors)>㈣ 和GB 50054—20 1 l《低 压配电设计规范》… 中均有明确规定。PEN导体兼 有保护导体和中性导体的功能,也应符合这一规定。 因此,TN系统低压主开关和母线分段开关均应为三 极。两段母线分列运行时,PEN母线仍连为一体,不 期望的路径并未切断,这与并列运行并无二致.即多 电源系统的一点接地与电源系统的运行方式无关。 正确的做法参见图4 ,PEN导体在总配电盘 内一点接地,不会出现不期望的电流路径。 2017年4月13日,全国建筑物电气装置标准化 技术委员会2017年标准研讨会上,笔者曾请教德国 承包商协会主席Mr.Burkhard Schulze先生上述问 题,得到了同样的答复:从电磁兼容的角度,多电源 系统应采取图4的一点接地,和电源系统的运行方式 L3 N 图4 多电源TN系统单母线分段一点接地示意图 Fig.4 Single—point earthing of TN multiple source system in sectionalized single—bus connection 无关。和母联开关断开或者合上无关;重点是避免 PEN导体形成环路。 综上所述, “两段电源分列运行,即为单电源系 统”的说法不能成立。 2.4多电源系统在总配电屏内一点接地是首选推荐 的做法 《理解》中还有这样一段话:“从GB/T 16895.1 —2008第312.2.1.2条对多电源系统‘注:图示的多 电源系统为以满足电磁兼容性(EMC)要求为唯一目 的TN系统。’可以看出满足电磁兼容性要求未必必 须采取。”这一论述不合逻辑。我们从标准的注中完 全看不出“电磁兼容性要求未必必须采取”。相反. 标准随后列举了“火灾、腐蚀、电磁干扰”等一系列 问题,强调正确设计多电源TN系统的必要性。 多电源系统在总配电屏内一点接地,杜绝了杂散 电流的路径,消除了火灾、腐蚀、电磁干扰等危害. 而且做法简单、经济、安全、可靠,有多利而无一 害,理应大力推荐。 2.5小结 我们应严格执行标准对多电源TN系统接地的规 定,要点 ㈠ 如下:①不应在变压器的中性点或发 电机的星形点直接对地连接。②变压器的中性点或 发电机的星形点之间相互连接的导体应是绝缘的,这 种导体的功能类似于PEN;然而,不得将其与用电设 备连接。③在诸电源中性点间相互连接的导体与PE 导体之间,应只连接一次。这一连接应设置在总配电 屏内。④对装置的PE导体可另外增设接地。 5 墨堕T…N墨堑二皇堡垫 堡竖 堕亟 —_ http://www izdq.ne1.cn 485 建箍电乞 —___I___・■BUILDfNG 2口1 7年第7期I ELECTRlClTY 3多电源系统一点接地的性质和适用范围 3.1 配电变电所中的两种接地 配电变电所是指向低压电气装置供电的变电所, 其高压侧电压为6~35 kV,低压侧电压为l kV及以 下。这是多电源系统接地的发生地。配电变电所有两 种接地:保护接地和系统接地。 保护接地是“为了电气安全,将系统、装置或设备 的一点或多点接地 钾’’。配电变电所中全部高压和低压 设备的外露可导电部分应共用一套接地装置,不允许分 别接地。因此,这种接地应称为“变电所保护接地”。 系统接地是电力系统的一点或多点的功能接地和 保护接地 。在配电变电所中,只有低压系统接地 (即TN或1丫r系统的首字母“T”)。对TN系统而言, 低压电气装置的全部外露可导电部分均连接到系统接 地上.其首要作用是保护接地_10]9o 《理解》把多电源TN系统一点接地定性为功能 接地是不正确的。功能接地是“出于电气安全之外的 目的,将系统、装置或设备的一点或多点接地[9 ”。 对高压系统中性点接地或可称为功能接地,但配电变 电所中没有高压系统接地(高压系统中性点接地在上 级变电站中)。多电源TN系统一点接地是低压系统 接地,不应称为功能接地。 注:配电变电所保护接地和低压系统接地,可以 相互分隔或连接。分隔或连接的条件涉及高压系统中 性点接地方式、低压系统接地型式、低压电气装置的 过电压保护和绝缘配合,以及变电所与建筑物的关系 (附设或独立)等,详见《工业与民用供配电设计手 册》第4版14.2节。对采用TN系统的附设变电所, 两种接地应共用一套接地装置。 3.2高压系统不适用于多电源系统一点接地的要求 《理解》认为:“各电厂向电网供电,各电厂发电 机组视为一个电源.向公网供电就组成了高压多电源 系统 ”为此.还列举了高压系统的设计规范,以及 “并列运行的控制部分、执行装置、保护装置、隔离 装置”之类。这就偏离了问题的内涵。 从适用范围看,GB/T 16895.1—2008/IEC 60364 —1:2005和GB/T 16895.10—2010/IEC 60364—4 —44:2007都是低压电气装置标准。GB/T 50065 —201 1有关多电源系统接地的条文也是低压系统的内 6 —■L L一 6_一NO一.7 486 http://www.jzdq net.(3ii 容。这些条文对高压电气装置并不适用。 从技术概念看,高压三相交流系统没有中性导 体,不存在“一些工作电流可能通过不期望的路径流 通”的问题。不同电压等级、不同接地故障电流的高 压系统,中性点接地方式各异。高压电力系统不涉及 一点接地问题。 4 “接地系统实例”存在的问题 《理解》第3章引用了标准图集中的“接地系统 实例” (见图5截选),但是,存在下列问题:①冈 中6台变压器的中性点分别就地直接对地连接,严重 违反了多电源系统应在总配电屏内一点接地的规定! 正常运行时,杂散电流的走向如图中箭头所示,这种 做法不可能满足电磁兼容性要求。②变压器中性点 套管引出的导体兼具PE和N导体的功能,应为 PEN.而不是N 低压配电柜列中的相应母线,也应 是PEN。③变压器中性点与低压配电柜列中的相应 母线之间.没有直接相连,而是经“变电站接地母 线”、VV一1 ̄240电缆、“变电站总接地端子”、“PE线”、 “PE母线”、连接片。转了一大圈才连通。整个变电 站环形接地干线成了PEN导体,可靠性和安全性均 有严重问题。正确做法应从各变压器中性点用绝缘导 体直接与低压配电柜的PEN母排连接。④N导体和 PE导体从变压器中性点分开后,在低 配电柜又可以通 过连接片再次连通,这是不允许的101 17。⑤图中没置_r 12个连接片。《理解》对此的解释是:“TN系统的 接地方式由用户通过连接片示意组成各种型式和是否 没分段开关”。此句十分费解,且 说“是否设分段 开关”与连接片毫不相关,单论接地型式也不 lf能通 过连接片来“组成”。变电所一旦投入运行,其主接 线只能通过改建或扩建才能改变;接地型式不允许冉 变为另一种系统,这与接地故障保护的措施、供电持 续性、人身和财产的安全、暂态过电压的控制等紧密 相关。接地导体的连接应确保可靠,通过一系列连接 片连接是危险的。 《理解》认为“该示例既满足 电源系统在电源 处应有一点直接接地的规定,同样不会}=n现电磁兼容 的问题”,这是没有根据的,此图不能片】作“变压器 的单母线分段接线功能接地一点接地的例子”。 《理 解》特别注明“该工程采用美国标准”。经查询,该 图5接地系统实例(截选) Fig.5 Earthing system example(extracted) 图在国内最早出现于2003年出版的03D501—4《接 地装置安装》,可能留有过去习惯做法的痕迹,不建 议推广使用。 [6]中机中电设计研究院.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『S].北京:中国标准出版社, 2008:14. 5 结语 正确理解多电源TN系统一点接地.统一做法、 [7] 王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京:中 国电力出版社,2013:5. [8] 中机中电设计研究院.GB/T 16895.10—2010 /IEC 60364—4—44:2007低压电气装置 第4—44部 分:安全防护 电压骚扰和电磁骚扰防护『S].北京:中国 标准出版社.2011:16. [9]机械科学研究院中机生产力促进中心.GB/T 消除分歧,需要贯彻以下要点:①两台及以上变压 器或发电机接线的系统均为多电源系统。②是否多 电源系统与运行方式无关。③多电源中性点就近直 接接地不能满足电磁兼容性要求。④多电源系统在 总配电屏内一点接地是首选推荐的做法。⑤高压系 统不涉及多电源系统一点接地的要求。 2900.I一2008电工术语出版社,2008:47,48. 基本术语[s].北京:中国标准 10] International Electr0technical Commission. IEC 60364—5—54:201 1 Low—vohage electrical installations 盖 [1] 王厚余. 电磁干扰与电源的系统接地[J].建筑 电气,2015(5):3—5. [2] 贺湘琨.变电所电气接地结线形式[J]. 建筑电 气.2014(4):3—9. —Part 5—54: Selection and erection of electrical equipment—Earthing arrangements and protective conductors [S].Geneva,2010:16,9,17. [11] 中机中电设计研究院有限公司. GB 50054 2011低压配电设计规范fS].北京:中国计划出版社. [3] 李道本.对电源功能接地做法规定的理解[J]. 建筑电气,2016(2):3—7. 2011:6. [12] 机械科学研究院中机生产力促进中心.GB/T 2900.73—2008电工术语中国标准出版社.2008:2. 接地与电击防护『S].北京: EHangen:Publicis [4]Ha ̄mutKiank,Wol ̄ang Fruth.Planning Guide for Power Distribution Plants『M]. Publishing,201 l:227. [5] 葛大麟. 工业与民用配电设计指南『M]. 北京: 中国电力出版社,2016:170. 2017—04—27来稿 2017—06—14修回 7 至里 ! 墨堑二璺蕉 堡竖型堑 堕堡 一 487 http://www jzdq net.cn 

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