二次设计学堂 / 模块 09 · 接地·等电位·抗干扰
模块 09 · 工程表达

接地 · 等电位 · 抗干扰工程表达 · 必会

接地做不好,前面所有设计都可能功亏一篑:保护误动、测量漂移、甚至伤人。本节从二次视角讲三件事:二次回路必须"一点接地"、电缆屏蔽怎么抗干扰、以及二次系统如何与高压主接地网协调(依据 BS EN 50522)。

1 二次回路"一点接地"铁律

CT/VT 二次回路、保护/测控装置的安全接地必须一点且仅一点。原因前面(模块 05)讲过:

  • 防高压窜入:万一高低压绕组击穿,接地把危险电压导入大地,不伤人或损设备;
  • 防环流:两点接地 → 地电位差在二次回路产生环流 → 测量失真、保护误动。
易错点同一互感器的所有二次绕组只能共用一个接地点,且通常在就地端子箱或保护屏内一点接入接地网,不要就地和屏内各接一次。

2 电缆屏蔽与抗干扰

📡
干扰源

为什么会被干扰

变电站里强电流、开关操作产生强电磁场;若弱电信号电缆与动力电缆并行,会感应噪声,导致测量抖动、保护误判。

🛡️
对策

屏蔽 + 分离

信号电缆用屏蔽层;强弱电、模拟量与数字量分开敷设、分层桥架;屏蔽层按规范一点或两端接地(视现场与标准定)。

接地 vs 屏蔽接地二次安全接地(互感器二次)必须一点;屏蔽层接地是为抗干扰,接地方式(一端/两端)取决于现场电磁环境与标准/厂家要求,两者目的不同,别混淆。

3 与高压主接地网协调(BS EN 50522)

接触电压与跨步电压
图:接地网把故障电流散入大地;设计须使接触/跨步电压低于安全限值

全站有一个主接地网(接地极+接地母线网格)。二次屏柜、电缆沟、设备外壳都要等电位联结到它。故障时故障电流经接地网入地,会在地表产生电位升(EPR),可能危及人和二次设备。

两个安全限值(典型设计值,依据 IEC 61936-1 / IEC 60479-1,亦见 ENA TS 41-24)

故障持续时间允许接触电压 Ut(典型值)
≤ 100 ms≤ 500 V
≤ 500 ms≤ 150 V
≤ 1 s≤ 116 V
≤ 5 s≤ 75 V

限值随故障时间缩短而升高(短时人体耐受能力强)。上表为典型设计限值,实际数值取决于工程采用的故障切除时间,须按 BS EN 50522 / IEC 60479 现行版曲线校验。设计措施包括:降阻(扩大/加深接地网)、均压网、绝缘铺垫、外墙/围栏等电位

怎么用先由保护整定与断路器性能确定最大故障切除时间 t,再查表得对应 Ut;接地网设计须保证任意处接触/跨步电压 ≤ 该值。t 越长,允许电压越低——所以快速切除故障本身就是一种安全措施
二次工程师要做的① 把屏柜、端子箱、电缆沟托架可靠等电位联结到主网;② 配合主网设计,确保二次设备外壳电位与地一致、不产生危险电位差;③ 特别关注远方信号电缆把高电位"引"到控制室的风险(转移电位)。

英国特有的协调问题:PME/CNE 与 EPR

英国大量 LV 配网采用 PME(Protective Multiple Earthing,保护多重接地)/ CNE(Common Neutral Earth,共用中性线接地)(ENA EREC G12):中性线与保护接地在 LV 侧合一。这意味着变电站的接地电位升(EPR, Earth Potential Rise)会通过 LV 网络扩散,必须与 LV / 通信网络协调,否则危险电位会"窜"到用户端或电信电缆。

  • EPR "HOT / COLD" 判据:若变电站故障时的 EPR 可能超过 430 V(电信协调的 ITU 限值),即"HOT site",须与电信方联合处置;低于该值称"COLD site"。
  • 人身协调限值:与 LV‑PME 协调时,1 秒允许接触电压常取约 233 V(EPS 工程政策研究实测约 226 V,落在 233 V 内)。注意这与上方"典型人身限值 116 V@1s"用的是不同模型/场景——前者是 BS EN 50522 概率模型,后者是与 PME 网络协调的工程判据。
  • 接地电阻限值(二次变电站 HV 侧):电缆馈电(地下)≤ 20 Ω;架空馈电(overhead)≤ 10 Ω
设计动作用温纳四极法(Wenner 4‑point)测土壤电阻率,借助 CDEGS 等建模计算 EPR 与接触/跨步电压;按 ENA S34(评估 EPR)与 BS 7430:2011+A1:2015(接地实施规范)协调主网设计,并与 telecom / LV owner 做 HOT / COLD 判定。

4 抗干扰设计清单(落到图纸上)

  • 二次电缆采用屏蔽型,屏蔽层按规范接地;
  • 强电/弱电、交流/直流、模拟/数字分沟分层,交叉时垂直穿越;
  • CT/VT 二次回路一点接地,接地点明确画在端子图;
  • 屏柜内等电位接地母排可靠连主网;
  • 对特别敏感回路(如差动、SV 光纤)单独标识与防护。
类比接地网像"全员站在同一块等电位地板上":谁也不比谁高(电位差小),所以碰一下不触电;屏蔽像"给敏感信号穿防辐射服",隔离外界电磁噪声。

✍️ 主动回忆 · 自测

🧠 主动回忆 1
同一 CT 的两个二次绕组,应该怎么接地?
A 各自就地接地
B 共用一个接地点(一点接地)
C 不接地
D 每个绕组两端都接地
解析:同一互感器的所有二次绕组只共用一个安全接地点,防止两点接地产生环流干扰。通常选就地端子箱或保护屏内一点接入接地网。
🧠 主动回忆 2
变电站接地设计中,"接触电压"是指?
A 两根相线之间电压
B 人同时接触的设备外壳与脚下的地之间的电压
C 两脚之间的电压
D 接地电阻读数
解析:接触电压=手触带电设备、脚踩地时的电位差;跨步电压=两脚相距 1m 间的电位差。BS EN 50522 对此有安全限值(故障时间越短限值越高)。
🧠 主动回忆 3
为抗干扰,二次信号电缆敷设应怎么做?
A 与动力电缆绑一起省事
B 用屏蔽电缆,并与强电/动力电缆分开分层敷设
C 越长越好
D 不用屏蔽
解析:信号电缆用屏蔽层抗电磁干扰,并与动力/强电电缆分沟分层、交叉时垂直穿越,避免感应噪声导致测量漂移或保护误动。
本模块关键英文术语 (Key English terms)

BS EN 50522 HV 接地 · BS 7430 接地规范 · ENA TS 41-24 主接地系统 · S34 EPR 评估 · G12 (PME/CNE) 保护多接地位 · Touch/Step voltage 接触/跨步电压 · EPR 地电位升高 · Soil resistivity (Wenner) 土壤电阻率(温纳) · One-point earthing 一点接地 · Equipotential bonding 等电位联结 · Transferred potential 转移电位

电气二次设计学堂 · 模块 09 · 依据 BS EN 50522 / BS 7430 / ENA TS 41-24 / S34 / G12 编制 · 仅供学习参考