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摘要:绝大多数电能是在低压段转化和消耗的,而低压段复杂、管理难度大、问题多、投资相对不足,各方面都有很大的改进空间。因此,电网管理的薄弱环节在于低压,进一步加强对低压电网的管理具有重要意义。低压电网中最突出、最常见、危害最大的问题是接地。供电与用电安全、电能质量、电能损耗、电网管理难度等问题都与接地有关。因此,有必要认真研究和解决接地问题。
关键词:低压电网;接地系统;问题;措施
一、电网接地的危害
1.造成严重的安全问题。电网接地使大地成为电源的一极,随时都有可能发生触电伤亡、剩余电流火灾、雷击电器(由于零地合一,空地雷加到相、零间)等涉电事故。
2.造成严重的电能浪费。电网的人为接地和故障接地的并存加剧了同网异线同时接地,必然增大地电流,给地球加温,造成巨大的电能浪费(据城、农网供用电现场调查,接地损耗率不低于5%,推测,全国每年可能因此浪费电能1 000亿kWh以上)。电网接地损耗的特点是,漏点多、时间长、很隐蔽、难考量。这样一个巨大的节电空间,尚未得到应有的关注。
3.影响电源稳定,造成电污染。由于电网出现多点接地,低压电网间、低压电网与其他接地的电回路间通过大地相互联通,形成庞大的多电源共地系统,各电源的频率、振幅、初相及有关阻抗的大小、性质千差万别,只要有电位差,有通路,就有电流,必然影响电源稳定和造成电源污染,降低电能质量,同时对大地直接造成电、磁、热污染。
4.加速电网劣化。电网人为接地的存在和故障接地的积累,增加电网管理难度,加速电网劣化,缩短电网寿命。
二、低压电网的接地问题分析
低压电网的接地,可分为故障接地和人为接地。
1.电网的故障接地及其特征。一般是自然(无意识)形成的电网接地故障,其主要原因有:(1)供、用电设备的带电体都是通过绝缘件固定在大地上的,与大地相距很近,而且相随;(2)低压电网线路长、分布广、布局乱,增加了产生接地故障的机会;(3)绝缘件的老化、磨损问题无法避免;(4)绝缘件存在污染、受潮、外力破坏问题;(5)低压电网相对规范性差、随意性大;(6)低压线路和设备相对变动性、移动性大;(7)涉及低压电网的非专业人员太多;(8)低压电网通连性强,任何一处接地,都会牵动全网。上述情况决定了低压电网发生接地故障的必然性和多发性,大多数电网故障,也证实了这个结论。故障接地的特征是:1)不可靠接地,有一定的接地电阻,接地电流不大,接近负载电流,一般达不到短路电流;2)故障接地的介质大多是土壤、金属、木头、水泥、砖石等,这些往往直接与潮湿的泥土相连接,其接地电阻受潮湿程度影响,同时也受接地电流所产生温度的影响而自然调节,调节过程如下;故障接地电流往往能大致稳定在某一个水平上,具有易发生、不太大、难发现、长期存在的特点是,由于过流保护装置的整定值比接地故障电流值大得多,往往不起作用。因此,电网的接地故障具有隐蔽性,长时间存在。电网的故障接地具有必然性、多发性、隐蔽性。
2.电网的人为接地及其特征。人为接地是指,为了达到一定的目的,故意将电网接地(称工作接地),包括:①中性点接地;②中性线重复接地;③零地混用;④一相一地用电,即电器一端接相线,另一端就近接大地。
人为接地特征是:a可靠接地,它完成了电网与大地的可靠连接,电阻很小,可以通过较大的接地电流;b掩盖故障接地,一点人为接地,相当于全电网(通过变压器线圈、负载)都接地,若电网再发生故障接地,就很难判别、查找和排除;c使大地已成为电源的一极,为发生触电伤亡、漏电火灾事故,造成电源不稳、电能浪费,将雷电引入电网,造成雷击电器事故等创造了永久性条件;d加剧同网异线同时接地,组成庞大的多电源共地电系统。电网的人为接地具有破坏性,这是人们的主观行为所造成。
三、中性点接地/不接地系统的比较
1.中性点接地系统的电气特征。中性点接地可为剩余电流保护器提供检测通道,将网地电压恒定为相电压,但同时存在如下问题:①掩盖故障接地,使电网接地故障隐性化,很难查找排除,越积越多,加速电网劣化;②造成严重的剩余电流保护器频动、拒动、损坏,最终导致其大多数失效,名存实亡;③形成人为的电网事故隐患,容易诱发触电伤亡、火灾、雷击电器事故;④加剧同网异线同时接地问题,形成庞大的多电源共地系统,造成严重的电能损耗和电污染;⑤当相线接地时,会引起电网电压大幅度波动和不平衡,造成电源不稳定;⑥为一相一地偷电、放电提供了方便。
2.中性点不接地系统的电气特征。中性点不接地方式,在矿井、船舶、医院及部分城乡用户使用多年,没有发现有碍正常运行的问题,与中性点接地系统相比,其优点却相当明显:①较易进行接地监控,可以迅速查找和排除电网接地故障,保持电网不接地;②当电网偶然出现一点接地时,只是形成电网事故隐患,尚未形成事故,在短时间内还可运行,可在电网运行的情况下,查找接地故障;③若偶然发生对地触电,形不成大电流,可大幅度减轻人身触电、火灾、雷击电器事故;④可避免地电流损耗,还使各电网间相互独立,互不干扰,净化电网,减小电污染;⑤当出现偶然接地时,电网电压不会出现波动,供电更稳定;⑥对地绝缘件承受电压低,对防污闪、延长电网寿命有好处。显然,从安全、节电、净化电源、供用电稳定、保持电网质量、改善电网管理等方面看,中性点不接地的供用电系统确实远优于中性点接地系统。
四、低压电网接地系统存在问题的解决对策
1.针对低压电网接地系统的问题,解决漏电保护器的误用问题。多年以来,大量推广使用漏电保护器,其目的除了保证安全以外,也希望起到电网接地监控的作用,但都失败了。主要问题是漏电保护器的频动、拒动和损坏。频动:即动作太频繁,影响“正常用电”功能的实现;拒动:是电网接地或人身触电,保护器应动而不动;损坏:漏电保护器损坏和人为解除运行现象严重,占保护器总量的大多数。
2.变低压电网的事故管理为预防管理,采用低压电网接地监控技术。最近有一种低压电网接地监控技术问世,其基本理念是:只要保持不接地,电网就是经济的、安全的、稳定的。这个产品名称是“网地绝缘监控器”,它的基本功能是:在第一时间检测、甩掉第一个电网接地点,把电网接地故障显性化,便于及时排除,把电网事故消灭在萌芽状态,保持电网不接地,可实现分路、分级监控,便于查找排除接地故障。低压电网的运行状态,在接地监控器监控下的电网,可能出现三种运行状态:一是正常运行状态,就是电网无接地故障,电网对地绝缘,不存在对地触电、漏电的可能,也不易引起雷灾。二是隐患运行状态,就是电网出现了第一个接地点,形成了隐患,这时监控器投入工作。可以根据监控器提供的信息,及时将接地故障排除。三是事故运行状态。如果电网进入隐患运行状态以后,如果不及时将电网接地故障排除,随时都有可能因新的电网按地(含人身触电)使电网进入事故运行状态,进入事故运行状态后,至少发生地电流损耗,甚至发生其他电网事故。
总之,电网管理的薄弱环节在低压,低压电网问题的重点是接地,焦点是人为接地。中性点不接地的供用电系统确实远优于中性点接地系统。若无特别需要,为了节电、安全,低压电网应当选用(在有效接地监控下的)中性点不接地系统。
参考文献:
[1]张世萍.低压电网接地系统存在的问题及解决办法.2019.
[2]王宏宇.探讨低压电网接地系统存在的问题及解决措施.2019.