打开文本图片集

摘要：本文通过对各类图集和手册中关于干式变压器中性点接地导体的规定进行探讨分析，并借助计算来验证干式变压器低压侧中性点接地导体的作用和截面选择。

Abstract： This paper discusses and analyzes the provisions of the neutral ground conductor of dry type transformer in electrical atlas and design handbooks， and verifies the function and section selection of the neutral ground conductor of low voltage side of dry type transformer by means of calculation.

关键词： TN-S系统;干式变压器中性点接地导体;单相接地故障

Keywords： TN-S grounding system; Neutral ground conductor of dry type transformer; Single phase grounding fault

一 前言

笔者从事石油化工项目的电气设计工作多年，也接触过医药洁净厂房项目。石化项目的用电设备特点是装置多、用电设备多、用电负荷大，因此一个项目厂区通常会设置多个低压变配电室。变配电室的低压配电系统常采用单母线分段的供电方式，系统由两台10/0.4kV Dyn11型干式变压器和低压开关柜组成，系统的接地形式采用TN-S或者TN-C-S系统。单母线分段系统的优点是接线简单，供电可靠性高，当一段母线失电时，母联断路器闭合，由另一台变压器同时对两段母线进行供电。对于重要负荷，可以从不同的母线段上取得电源，保证供电连续性。

在设计过程中，笔者发现不同设计单位的同仁对于变压器中性点接地位置的选择不同。即便是相同规格的变压器，大家对于中性点接地导体的材质选择不同，对同材质导体的截面积选择也不相同，甚至差异很大。由于变压器中性点接地对整个低压配电系统非常重要，影响着整个系统的供电稳定性和安全性，作为设计人员必须要研究清楚中性点接地的作用，以及接地导体的工作状态，才能进行正确的选择。

本文将各类图集和手册中关于干式变压器中性点接地导体的规定进行汇总比较，并借助计算来分析干式变压器低压侧中性点接地导体的作用和截面选择。本人所从事的项目基本不采用油浸式变压器，所以本文仅对干式变压器进行讨论，对于油浸式变压器也可以参照相同的原理进行分析。

二 TN-S系统简介

根据王厚余老先生在《建筑电气装置600问》一文中的解释，T表示电源中性点直接接地，T是法文Terre的第一个字母，意思是大地;N表示设备外露可导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地，N是法文Neutre的第一个字母，意思是中性点;S是法文Separe的第一个字母，意思是分开，表示在整个低压配电系统内把N和PE线分开。TN-S系统接线形式如图2.1所示。

三 文献资料中对变压器中性点接地导体截面选择的规定

1.08D800-3《民用建筑电气设计与施工-变配电所》 P99页关于变压器低压侧出线选择接下面截图。图集中第2条备注中做了说明，中性点接地线的选择是是按照Dyn11变压器正序和零序、负序阻抗都相同，变压器低压侧出线长度为5米，短路切断时间假定为0.6S。对于中性点接地线的长度未做说明。

2. 04DX101-1 《建筑电气常用数据》第4-3页有变压器低压侧出线选择要求，图集中也在第2条备注中做了说明，与08D800-3图集备注相同。

04DX101-1目前已废止，更新为19DX101-1《建筑电气常用数据》。新图集第4-9页-变压器低压侧出线选择中删除了变压器中性点接地线的要求，见下面截图。删除原因无从查证，但是我认为专家组一定做了认真研判。

3. 中南标15ZD01 《民用建筑防雷与接地装置》P83页-变压器中性点接地做法（三）

图集中也在第2条备注中做了说明，与08D800-3图集备注相同。

4. 99D201-2 《干式变压器安装图集》P33页-变压器低压侧出线选择

以上为设计工作中使用较多的图集。目前现行的图集99D201-2、08D800-3、中南标15ZD01中，都对变压器中性点接地导体做了要求。接地导体的材质可以选择BV导线、VV电缆、铜母线、裸铜绞线、热镀锌扁钢，图集中根据变压器容量对中性点接地导体的截面尺寸按材料类型分别做了规定。如1000kVA的10/0.4kV干式变压器中性点接地材料不能小于1x150mm2（BV导线）、1x150mm2（VV电缆）、30x4mm2（铜母线）1x95mm2（裸铜绞线）或者50x5mm2（镀锌扁钢）。在参考图集时需要注意备注中说明，接地导体按照图集选择的前置条件是：中性点接地线的选择是按照Dyn11变压器正序和零序、负序阻抗都相同，变压器低压侧出线长度为5米，短路切断时间假定为0.6S。

四 TN-S系统变压器低压侧发生单相接地故障时，故障电流流通路径分析

1. TN-S系统变压器中性点接地位置通常有两种做法。一种是在变压器内将中性点通过接地导体与接地干线直接连接，如图4.1所示。当低压侧发生单相接地故障时，故障电流通路为：由A相导体经过故障点流经PE导体，通过低压柜接地导体c和变压器中性点接地导体b返回电源侧。还有一部分杂散电流会通过其他路径流通，如图4.2所示：杂散电流由A相导体经过故障点流经低压柜外壳，再通过变压器外壳经接地导体a、中性点接地导体b返回电源侧。图4.2中的电流通路与图4.1相比，线路阻值较大，因此回路中的故障电流值较小，在热稳定性校验时忽略。

2. 另一种做法是将变压器中性导体PEN引至低压柜内，在低压柜内进行接地，如图4.3所示。当低压侧发生单相接地故障时，故障电流通路为：由A相导体经过故障点流经PE导体，通过PEN导体返回中性点，回到电源侧。此时故障电流未流过中性点接地导体，并且基本不会出现杂散电流。

五 变压器中性点接地导体的热稳定性分析

1. 如图4.3所示，当采用将变压器中性点经过中性导体PEN引至低压柜内进行接地时，如果低压侧发生单相接地故障，故障电流会通过PE导体、PEN导体返回中性点，然后回到电源侧。由于中性点接地导体中并未通过故障电流，此段导体不需进行热稳定性校验，只需满足系统接地阻值要求。

2. 当采用图4.1的方式进行接地时，故障电流Ik1流经低压开关柜接地导体b和变压器中性点接地导体c返回电源侧。因此这两处接地导体均要进行热稳定性校验。

3. 中性点接地导体的热稳定性校验过程

3.1 参照第二章节图集中备注2，故障点处主母排长度为5米，低压开关柜接地导体b和变压器中性点接地导体c长度假定为5米，短路切断时间假定为0.6S。本文选取设计中常用的VV电缆和热镀锌扁钢两种材质的接地线进行校验。

3.2 低压侧单相接地故障电流计算公式：

I¬k1=（1.0*Un/√3）/√（R2php + X2php）

Rphp = RS+ RT+ RL

Xphp = XS+ XT+ XL

式中I¬k1-变压器低压侧单相接地故障电流;

Un-变压器低压侧标称电压，0.38kV;

Rphp-归算至低压侧的总相保电阻，Ω;

RS-系统侧归算至低压侧的相保电阻，Ω;

RT-变压器归算到低压侧的相保电阻，Ω;

RL-线路相保电阻，Ω;

Xphp-归算至低压侧的总相保电抗，Ω;

XS-系统侧归算至低压侧的相保电抗，Ω;

XT-变压器归算到低压侧的相保电抗，Ω;

XL-线路相保电抗，Ω;

3.3 系统归算至低压侧的相保阻抗RS 和XS

系统10kV侧短路容量暂定∞，校验条件最严苛。归算至低压侧的相保阻抗RS 和XS可以参照配四手册P304页表4.6-11进行选取，即RS=0，XS=0。

3.4 变压器归算到低压侧的相保阻抗RT 和XT

10/0.4kV干式变压器相保阻抗RT和XT可以依据变压器容量，参照配四手册P305页表4.6-13进行选取。

3.5 线路相保阻抗RL 和XL

变压器低压侧出线选择铜母排，母排规格参照19DX101-1《建筑电气常用数据》第4-9页-变压器低压侧出线选择，见本文第三章节第2部分。铜母排阻抗值参照配四手册P879页表9.4-24进行计算。

铜芯导线或者电缆的阻抗值参照配四手册P876页表9.4-20进行计算。

热镀锌扁钢的电阻值利用电阻率、截面积和长度进行计算。扁钢电阻率ρ=9.78x10^-8Ωm，单位长度的25x4热镀锌扁钢电阻值R=9.78x10^-4Ω/m， 单位长度的40x4热镀锌扁钢电阻值R=6.11x10^-4Ω/m， 单位长度的50x5热镀锌扁钢电阻值R=3.91x10^-4Ω/m。查了很多资料，无法找到扁钢电抗值的计算方法。考虑扁钢电抗值较电阻值小很多，因此参照同截面积的铜母排电抗值进行计算。

3.5导体热稳定性校验公式

参照配四手册P382页公式5.6-9和5.6-10导体热稳定性校验公式进行计算。根据配四手册P384页公式5.6-7，对于VV电缆，热稳定系数C值取115x102。根据配四手册P1412页表14.5-6，对于热镀锌扁钢，热稳定系数C值取70。

3.6校验结果见表5.1。从表中可以看出，图集中对于2000kVA和2500kV两种容量的变压器的接地导体，在选择VV电缆时截面积偏小，需要增大截面积，其他导体热稳定性均校验通过。

六 总结

通过以上分析得知，如果在变压器内将中性点就地与接地干线连接，当低压侧发生单相接地故障时，故障电流会经过低压柜接地导体和变压器中性点接地导体返回电源侧，因此设计时必须考虑这部分接地导体的热稳定性。同时，一部分杂散电流会通过低压柜壳体等位置形成通路。而如果将变压器PEN导体引至低压柜内进行接地，则不会出现以上问题。因此，大家在设计工作中参照图集选择变压器中性点接地导体时，首选要确定接地点的位置。本文只是对单母线分段系统中的单台变压器中性点接地进行了讨论，对于两台变压器的

另外，王厚余老先生在其《建筑电气装置600问》书中提过，IEC标准中也是建议对变压器中性点采用图4.3的接地方式，因此杂散电流可能引起以下火灾、腐蚀地下基础中的钢筋或金属管道、产生电磁干扰等危害。

综上所述，笔者建议对于TN-S系统中的干式变压器，多采取将变压器中性点通过PEN排引至低压柜内进行接地的方式。

七 参考文献

1 GB 1094.1-2013电力变压器 第1部分：总则

2 GB 50052-2009 供配电系统设计规范

3 19DX101-1 建筑电气常用数据

4 08D800-3 民用建筑电气设计与施工-变配电所

5 15ZD01 民用建筑防雷与接地装置

6 99D201-2 干式变压器安装图集

7 工厂供电 刘介才 第六版

8 工业与民用配电设计手册 第四版

9 钱中阳 ，冯志文 ，李建云 .变压器低压侧中性点接地导体截面的选择.建筑工程电气技术文集 2009年第12期