刘屏周，原中国航空规划设计研究总院有限公司电气总工、《工业与民用供配电设计手册》第四版主编、全国建筑物电气装置标准化技术委员会专家组组长。
本文仅涉及用户为高压计量、 自行管理的变电站， 高压系统接地故障电压引起低压系统工频过电压或传导故障电压， 不应超过低压系统过电压限值或接触电压允许值。 低压系统发生接地故障， 保护电器应自动切断电源。 我国设计规范中给出变电站接地极阻值要求， 而在 IEC 标准未见具体要求值。 阐述高压中性点有效接地系统或非有效接地系统， 与低压TN 系统或 TT 系统不同组合， 确定变电站接地极阻值的基本原则， 以更好理解 IEC 标准未笼统提出接地极阻值要求的原因。
1 概述
电气装置接地涉及： ① 功能接地， 多为供电系统（如发电机组、 电力变压器等） 中性点的接地； ② 电气装置外露可导电部分接地， 起保护作用， 故称为保护接地。 电气装置功能接地与保护接地示意如图 1 所示。TN 系统接地兼具保护接地和功能接地两种目的，TT 系统接地分别承担保护接地和功能接地的作用。 对于以保护为目的的接地， 始终应予以优先考虑。高压系统中性点对地可分为： 中性点有效接地和中性点非有效接地。 中性点有效接地包括中性点直接接地、 经低电阻接地； 中性点非有效接地包括中性点不接地、 谐振 （经消弧线圈） 接地、 高电阻接地等。高压系统中性点有效接地 / 中性点非有效接地与低压 TN 系统 / TT 系统的不同组合， 对变电站接地极阻值要求各异， 统一规定的接地极阻值有待商榷。
2 高压系统发生接地故障在低压系统引起的工频过电压
当低压系统接地型式为 TT 系统时， 外露可导电部分与变压器低压中性点有相互独立的接地极， 高压系统发生接地故障， 接地故障电流 I E 流经外露可导电部分的接地电阻 R A 产生接地故障电压 U f ， 引起低压系统的工频过电压， 如图 2 所示。 接地故障电压 U f虽引起总等电位联结对地电位升高， 但在总等电位联结作用范围内， 不产生电击。当低压系统接地型式为 TN 系统时， 外露可导电部分与变压器低压中性点相互连接， 高压系统发生接地故障， 接地故障电流 I E 流经外露可导电部分的接地电阻 R B 产生接地故障电压 U f ， 建筑物内设置总等电位联结， TN 系统内 PE 导体不传导接地故障电压U f ， 如图 3 所示。当由建筑物内引出线路时， 且未能设置总等电位联结， PE 导体传导接地故障电压 U f ， 如图 4 所示。
3 确定接地极阻值
低压工频过电压限值要求， 高压接地故障保护电器动作时间 ≤ 5 s ， 低压工频过电压不超过 1 200 V ；高压接地故障保护电器动作时间 ＞ 5 s ， 低压工频过电压不超过 250 V 。电击防护要求， 低压系统发生接地故障应自动切断电源。依据以上要求确定接地极阻值。
3.1
高压中性点有效接地， 低压 TT 系统
高压接地故障存续期内， 接地故障电流 I E 流经外露可导电部分的接地电阻 R A 产生接地故障电压U f ≤ 1 200 V ， 则有 R A ≤ 1 200 / I E ， 可限制接地故障电流 I E ， 或降低接地电阻 R A 。 高压系统中性点经低电阻接地， 接地故障电流 I E 限值范围 100 ～ 1 000 A ，如限值取 600 A ， R A 为 2 Ω 。
3. 1. 1 采用剩余电流动作保护器作为故障保护
采用剩余电流动作保护器作为故障保护时， 应满足下列要求：
R A × I Δ n ≤ 50 V （ 1 ）
式中：
R A —— — 外露可导电部分的接地电阻和 PE 导体电阻之和， Ω ；
I Δ n—— — 剩余电流动作保护器额定电流， A 。
剩余电流动作保护器额定电流应大于供电回路及用电设备固有泄漏电流的 3 倍， 固有泄漏电流可经计算或测量得到， 未有详细数据时可按回路计算电流的 1 / 2 000 估算。 接地故障电流远高于剩余电流动作保护器额定电流， 可按 5I Δ n 求出 R A 值及切断时间。5I Δ n 引自 GB 16895. 21 - 2011 / IEC 60364 - 4 - 41 ：2005 《低压电气装置 第 4 - 41 部分： 安全防护电击防护》 第 6 页注 4 ： “满足表 41. 1 规定的切断电源时间要求的预期剩余故障电流， 显著大于 RCD 的额定剩余动作电流 I Δ （通常为 5I Δ ）。”
3. 1. 2 采用过电流保护电器用于接地故障保护
TT 系统保护要求：
Z s × I a ≤ U 0 （ 2 ）
式中：
Z s —— — 故障回路的阻抗， 包括电源、 电源至故障点的相导体、 PE 导体、 接地导体、电气装置外露可导电部分的接地极R A 、 电源的接地极 R B 的阻抗之和， Ω ；
I a —— — 能保证保护电器在规定时间内动作的电流， A ， 保护电器动作时间的要求为 1 s （ ＞ 32 A 配 电 回 路 ） 或 0. 2 s（ ≤ 32 A 的终端回路）；
U 0 —— — 相导体对地标称电压， V 。兼顾工频过电压限值和电击防护要求， 取两者较小 R A 值、 R B 值。
未完待续，精彩内容敬请期待
本文有删减，全文载于《建筑电气》2016年第3期，详文请见杂志。
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