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発電機中性點接地:電力系統安全與穩定運行的基石

發布時間：2025-08-03 19:06:33

発電機の中性點接地とは？安全と安定稼働を守るための基本原則を徹底解説

在現代工業和日常生活中,電力系統扮演著至關重要的角色。而在這復雜的電力網路中,発電機中性點接地技術無疑是保障電力系統安全、穩定運行的核心基石之一。它不僅僅是一個簡單的電氣連接,更是電力設備免受損壞、人員免受電擊、以及整個系統在故障時能夠快速恢復的關鍵安全屏障。對於任何與電力設備打交道的人來說,無論是初學者、設備管理者還是專業工程師,深入理解中性點接地的概念及其重要性都顯得尤為關鍵。

那麼,究竟什麼是発電機中性點接地呢？簡單來說,它是指將發電機繞組的星形連接點（即中性點）通過某種方式與大地連接起來。這個連接並非隨意為之,而是經過精密設計,以確保在電力系統發生故障,特別是接地故障（地絡事故）時,能夠有效限制故障電流、控制系統過電壓,並為保護裝置提供可靠的動作條件。如果沒有中性點接地,電力系統就像一個漂浮在空中的孤島,一旦發生接地故障,其後果將不堪設想。

為什麼接地是如此必要？

感電防止與人身安全: 這是中性點接地最基本也是最重要的目的之一。當電氣設備發生絕緣損壞,導致帶電部分與設備外殼接觸時（即發生接地故障）,如果沒有可靠的接地,設備外殼將帶有危險電壓。如果有人觸碰到這個外殼,電流將通過人體流向大地,造成觸電事故。而通過中性點接地,故障電流能夠迅速形成迴路並流向大地,使保護裝置（如斷路器、繼電保護裝置）及時動作,切斷故障電源,從而將設備外殼電壓限制在安全范圍之內,有效保護人身安全。例如,在中國許多工廠的車間里,大型電機或機床都嚴格要求進行接地,一旦電機繞組絕緣破損碰觸到外殼,接地系統能確保在毫秒級內跳閘,避免工人觸電。
設備保護與財產安全: 接地故障產生的過電壓和過電流對電力設備具有極大的破壞性。中性點接地能夠有效限制接地故障電流的大小,避免電流過大燒毀設備繞組或導致設備絕緣擊穿。同時,它還能抑制系統內部因故障或雷擊等原因產生的過電壓,保護發電機、變壓器、開關設備等高價值資產免受損害。例如,某火電廠的發電機組,其定子繞組一旦發生接地故障,如果沒有完善的中性點接地系統,高額的故障電流可能瞬間燒毀昂貴的定子線圈,導致數百萬甚至上億元的經濟損失和長時間的停機。
系統穩定運行與故障快速定位: 中性點接地為繼電保護裝置提供了可靠的零序電流通路。當發生接地故障時,零序電流會迅速增大,觸發繼電保護裝置動作,從而快速切除故障線路或設備,將故障影響范圍限制在最小,保障其他非故障部分的正常供電。這對於維持整個電力系統的穩定性和供電連續性至關重要。想像一下,如果一個城市的配電網沒有中性點接地,一旦某處發生接地故障,可能導致整個區域的電壓波動甚至大面積停電,給居民生活和工商業生產帶來巨大影響。

主要的接地種類簡介:

根據中性點與大地連接的方式,中性點接地可以分為多種類型,每種類型都有其特定的優缺點和適用范圍:

直接接地（大接地電流系統）: 這種方式是將中性點直接與大地連接,不串聯任何阻抗。它的優點是故障時接地電流大,繼電保護易於實現,能有效限制相電壓升高。但缺點是故障電流過大可能對設備造成較大沖擊,且在單相接地時,非故障相電壓基本不變。主要應用於高電壓等級（如110kV及以上）的電力系統,例如中國國家電網的超高壓輸電線路,其變電站側的變壓器中性點通常採用直接接地。
不接地（小接地電流系統）: 中性點不與大地連接,或通過高阻抗接地。這種系統在發生單相接地故障時,故障電流很小,系統仍可帶故障運行一段時間,提高了供電可靠性。但缺點是故障點不易查找,且可能產生弧光接地過電壓,對設備絕緣構成威脅。常見於一些低壓或中壓（如6kV、10kV）的工業配電系統,如某些煤礦井下供電,為了保證生產連續性,允許一次接地故障不立即跳閘。
電阻接地: 在中性點與大地之間串聯一個電阻。通過選擇合適的電阻值,可以限制接地故障電流,同時又足以使繼電保護可靠動作。這種方式有效抑制了弧光接地過電壓,是目前中壓（如35kV、66kV）電力系統和大型發電機組常用的接地方式。例如,中國南方某大型石化企業的自備電廠,其發電機組的中性點就採用了電阻接地,以平衡故障時的保護靈敏度和設備沖擊。
消弧線圈接地（諧振接地）: 在中性點與大地之間串聯一個電感線圈（消弧線圈）。通過調整線圈電感值,使其與系統對地電容發生諧振,從而補償接地故障電流中的電容分量,使故障電流接近於零。這種方式能夠有效抑制弧光接地過電壓,提高供電可靠性,但其保護配置相對復雜。主要應用於中高壓（如35kV、66kV、110kV）的配電網。

在理解這些基本概念的基礎上,我們才能進一步探討各種接地方式的詳細特點、選擇原則以及在實際應用中如何應對各種挑戰。発電機中性點接地,這一電力系統中的「安全衛士」,其重要性無論如何強調都不為過。

発電機中性點接地の種類と選び方:直接接地から消弧リアクトル接地まで、特徴と適用事例を比較

在電力系統的設計和運行中,発電機中性點接地方式的選擇是一個至關重要的決策,它直接關繫到系統的安全性、可靠性、經濟性以及地絡故障時的響應特性。不同的接地方式各有其獨特的優勢與局限性,適用於不同的電壓等級、系統規模和運行要求。對於プラントエンジニア、電気設計者以及設備導入的決策者而言,深入理解並掌握這些接地方式的特點及其選型原則,是確保電力系統高效、安全運行的關鍵。

本節將詳細闡述各種中性點接地方式,並進行對比分析,結合中國電力行業的具體案例,為讀者提供更為直觀的理解。

1. 直接接地（Solidly Grounded / Effectively Grounded）

概念: 將發電機或變壓器的中性點直接與接地網連接,不串聯任何阻抗。這種方式通常用於高電壓等級的電力系統。

特點:

優點:
- 地絡電流大: 發生單相接地故障時,故障電流通常為三相短路電流的40%~80%,甚至更高。這使得繼電保護裝置（如零序電流保護）易於檢測和動作,能夠迅速切除故障。
- 過電壓抑制能力強: 在正常運行和單相接地故障時,非故障相的對地電壓基本保持不變或略有升高,有效抑制了內部過電壓（如弧光接地過電壓）的產生,對設備絕緣要求較低。
- 結構簡單: 接地方式最直接,無需額外設備。
缺點:
- 故障沖擊大: 巨大的接地故障電流可能對發電機繞組、變壓器、開關設備等造成嚴重的電動力和熱效應損傷,可能導致設備損壞。
- 對通信線影響: 接地故障電流產生的電磁感應可能對附近的通信線路造成干擾。
- 單相接地故障時需立即切除: 為了避免設備損壞,系統必須在檢測到單相接地故障後立即切除故障線路,可能影響供電連續性。

適用電壓階級與設備: 主要應用於110kV及以上電壓等級的電力系統,如中國的超高壓、特高壓輸變電網路中的變壓器中性點。大型發電廠的主發電機組通過升壓變壓器並入電網,其變壓器高壓側中性點也通常採用直接接地。

中國案例: 中國華北電網的220kV、500kV乃至1000kV特高壓輸電線路,其主變壓器的中性點普遍採用直接接地方式,以確保在發生接地故障時,能夠迅速通過繼電保護切除故障,維持電網的整體穩定。

2. 非接地（Ungrounded System / Isolated Neutral System）

概念: 發電機或變壓器的中性點不與大地連接,或通過很高的阻抗與大地連接。系統通過對地絕緣來維持對地電位。

特點:

優點:
- 供電可靠性高: 發生單相接地故障時,故障電流僅為系統對地電容電流,數值很小（通常為幾安培至幾十安培）,不足以觸發保護裝置跳閘。系統可以帶故障運行一段時間,提高了供電連續性。這對於一些不允許瞬時停電的關鍵負載（如醫院手術室、數據中心、連續生產線）非常有利。
- 對通信線路干擾小: 故障電流小,電磁干擾也小。
缺點:
- 過電壓風險: 發生弧光接地故障時,可能產生數倍於相電壓的諧振過電壓,嚴重威脅設備絕緣,甚至導致多相絕緣擊穿。
- 故障不易查找: 由於故障電流小,繼電保護裝置難以動作,故障點定位困難,可能導致故障持續時間過長。
- 絕緣要求高: 系統對地電壓在發生單相接地時會升高到線電壓,對設備絕緣水平要求較高。

適用電壓階級與設備: 主要應用於低壓和部分中壓（如6kV、10kV）的工業配電系統,特別是對供電連續性要求極高的場合。例如,中國某些大型煤礦的井下供電系統,為了避免因一次接地故障而導致的生產中斷,可能會採用不接地系統,但會配備絕緣監視裝置。

中國案例: 某些對連續性要求極高的特殊工業場合,例如一些大型石化企業的精細化工生產線,其部分重要設備的低壓供電系統會採用非接地方式,並輔以先進的絕緣監測系統,以在發生接地故障時發出報警,而非立即跳閘,從而爭取處理時間。

3. 電阻接地（Resistance Grounding）

概念: 在發電機或變壓器中性點與大地之間串聯一個電阻。根據電阻值的大小,又分為高電阻接地和低電阻接地。

特點:

優點:
- 限制故障電流: 通過選擇合適的電阻值,可以將單相接地故障電流限制在預設的范圍內（通常為幾百安培至幾千安培）,避免過大電流對設備造成損壞。
- 抑制過電壓: 有效抑制弧光接地過電壓的產生,降低對設備絕緣的要求。
- 繼電保護可靠: 限制後的故障電流仍足以使常規的零序電流繼電保護可靠動作,便於故障切除和定位。
- 兼顧安全與可靠性: 綜合了直接接地和不接地的優點,在限制故障危害的同時,也保證了保護的靈敏性。
缺點:
- 需要附加設備: 需要安裝接地電阻器,增加了投資和佔地。
- 接地電阻器可能發熱: 故障時接地電阻器會承受較大的電流和電壓,需要考慮散熱和絕緣問題。

適用電壓階級與設備: 廣泛應用於中壓（如6kV、10kV、35kV、66kV）的電力系統,特別是大型發電機組和變電站的廠用電系統。也常用於高壓電機、重要變壓器的中性點接地。

中國案例: 中國許多大型火力發電廠、核電站的廠用電系統（通常為6kV或10kV）以及部分區域變電站的35kV或66kV母線,其變壓器中性點常採用電阻接地。例如,某大型鋼鐵聯合企業自建的發電廠,其發電機組的中性點就採用了低電阻接地,以在限制故障電流的同時,確保地絡保護的快速動作,最大限度地減少對生產的影響。

4. 消弧線圈接地（Arc Suppression Coil Grounding / Petersen Coil Grounding）

概念: 在發電機或變壓器中性點與大地之間串聯一個可調電感線圈（即消弧線圈或彼得森線圈）。通過調節線圈的電感值,使其在發生單相接地故障時,線圈的感性電流與系統對地電容的容性電流相互補償,使流過故障點的電流接近於零,從而自動熄滅電弧。

特點:

優點:
- 有效抑制弧光接地過電壓: 這是其最大的優勢,能夠顯著降低弧光接地過電壓的幅值,保護設備絕緣。
- 提高供電可靠性: 在單相接地故障時,由於故障電流很小,系統可以繼續運行,直至故障被發現並處理,避免了瞬時停電。
- 減少對通信的干擾: 故障電流小,電磁干擾也小。
缺點:
- 保護配置復雜: 由於故障電流很小,常規的零序電流保護可能不靈敏,需要配合使用小電流接地選線裝置或基於零序電壓、零序功率方向的保護。
- 投資成本高: 消弧線圈本身價格較高,且需要一套復雜的調節和控制系統。
- 諧振風險: 在某些特定工況下,可能與系統產生諧振,導致過電壓。
- 不適用於所有故障類型: 對於金屬性接地（無電弧）或瞬時性接地故障,其作用有限。

適用電壓階級與設備: 主要應用於35kV、66kV、110kV等中高壓的配電網和城市電網,特別是架空線路較多、對供電連續性要求較高的地區。

中國案例: 中國許多省市的電網公司,特別是在城市配電網和郊區農網中,廣泛應用消弧線圈接地。例如,南方電網的某些110kV配電網段,為了減少單相接地故障引發的停電次數,提高供電質量,就採用了消弧線圈接地系統,配合先進的選線保護裝置,實現了故障的自癒合或快速定位。

接地方式的選定原則

選擇合適的発電機中性點接地方式,需要綜合考慮以下幾個關鍵因素:

電壓等級: 高壓系統（110kV及以上）傾向於直接接地；中壓系統（6kV-66kV）多採用電阻接地或消弧線圈接地；低壓系統（0.4kV）多採用直接接地（TT、TN系統）或不接地（IT系統）。
系統容量和規模: 大型、復雜的系統需要更精細的接地保護。
對供電可靠性的要求: 對連續供電要求高的系統（如醫院、數據中心）可能傾向於不接地或消弧線圈接地。
接地故障電流的大小限制: 需要權衡故障電流對設備的沖擊和保護的靈敏度。
過電壓抑制能力: 考慮系統可能面臨的內部過電壓和外部雷擊過電壓風險。
繼電保護的配合: 所選接地方式應便於實現可靠的繼電保護和故障定位。
經濟性: 設備的投資成本、運行維護成本以及故障停電造成的損失。
國家和行業標准: 必須符合中國國家標准（如GB/T 15544-2017《電力系統接地》、GB 50052-2009《供配電系統設計規范》等）以及相關行業規定。

在實際工程中,電力設計師會根據項目的具體需求,通過詳細的計算和模擬分析,權衡各種利弊,最終確定最適合的発電機中性點接地方案。例如,在設計一個新建的智慧園區電力系統時,可能需要綜合考慮園區內工業生產、數據中心和生活區的不同負荷特性,以及對供電質量的差異化要求,從而在主變壓器和各級配電變壓器處採用不同的接地方式。

地絡事故からシステムを守る！発電機中性點接地が果たす役割と過電圧対策

地絡事故（即接地故障）是電力系統中最常見的故障類型之一,其發生頻率遠高於相間短路。這類故障不僅可能對設備造成嚴重損害,威脅人身安全,還可能導致大面積停電。在應對地絡事故的挑戰中,発電機中性點接地扮演著不可替代的核心角色。它不僅為故障電流提供了通路,還與繼電保護裝置緊密配合,形成一道堅固的防線,同時有效抑制系統內部產生的各類過電壓。理解其工作機制和過電壓対策,對於電力系統的安全運行至關重要。

地絡事故發生時的電流路徑與中性點接地的作用

當地絡事故發生時,例如發電機繞組的絕緣損壞,導致帶電導體與發電機機殼（通過接地系統與大地相連）接觸,故障電流就會通過故障點、大地、接地系統流回中性點,形成一個閉合迴路。中性點接地方式的不同,將直接決定這個故障電流的大小和特性。

直接接地系統: 故障電流最大,通常是相間短路電流的較大百分比。巨大的電流使得繼電保護裝置（如零序電流保護）極易檢測到故障並迅速動作,切除故障線路。這確保了故障的快速隔離,但對設備的沖擊也最大。
電阻接地系統: 接地電阻限制了故障電流的大小,使其低於直接接地系統,從而減輕了對設備的沖擊。同時,故障電流仍足夠大,可以可靠地觸發零序電流保護。這是介於高可靠性和低沖擊之間的平衡選擇。
消弧線圈接地系統: 通過補償作用,使流過故障點的殘余電流非常小,甚至接近零。這使得系統可以帶單相接地故障運行一段時間,提高了供電連續性。但由於電流小,對保護裝置的靈敏度要求更高,需要更精密的選線保護。
不接地系統: 故障電流最小,僅為系統對地電容電流。系統可以帶故障運行,但故障點不易查找,且存在嚴重的弧光接地過電壓風險。

無論哪種接地方式,其核心目的都是為接地故障電流提供一個可控的、預設的通路,並通過繼電保護裝置的配合,在最短時間內切除故障,將損失降到最低。

地絡保護繼電器的聯動機制

中性點接地與地絡保護繼電器（如零序電流保護、零序電壓保護）是協同工作的。當發生接地故障時,零序電流和/或零序電壓會異常升高,這些信號被安裝在發電機出口、線路或母線上的零序互感器和電壓互感器捕獲,並傳輸給繼電保護裝置。繼電保護裝置根據預設的定值,判斷是否為接地故障,並發出跳閘指令給相應的斷路器,迅速切除故障設備或線路。

實際案例: 在中國某大型鋼鐵廠的自備電廠中,其發電機出口和各饋線都安裝了零序電流保護。當廠區內某條6kV饋線發生單相接地故障時,零序互感器檢測到異常零序電流,立即將信號傳輸給保護繼電器。繼電器在幾十毫秒內判斷為接地故障,並發出跳閘指令,切斷了該饋線的斷路器,從而避免了故障擴大化,保障了其他生產線的正常運行。如果沒有發電機中性點的可靠接地,零序電流保護將無法正常工作,導致故障無法被及時發現和切除。

過渡性過電壓（アーク地絡過電圧など）的發生機制與中性點接地による抑制効果

除了限制故障電流,中性點接地的另一個重要作用是抑制系統內部產生的過電壓,特別是弧光接地過電壓。弧光接地過電壓是指在不接地系統或經消弧線圈接地系統中,當發生間歇性接地故障（即弧光接地）時,由於電弧的反復燃弧和熄滅,導致系統產生高幅值的諧振過電壓,其峰值可能達到正常相電壓的數倍,對設備絕緣造成致命威脅。

發生機制: 在不接地系統中,當單相接地故障發生時,如果故障點存在電弧（例如,導線斷裂後在空中搖擺,或絕緣子閃絡）,電弧會反復燃弧和熄滅。每次電弧熄滅時,故障相電壓會迅速恢復到正常值,而系統對地電容儲存的能量無法及時釋放,導致非故障相的對地電壓瞬間升高,形成暫態過電壓。如果電弧再次燃弧發生在過電壓峰值附近,就會形成諧振,導致過電壓幅值不斷累積,最終可能擊穿非故障相的絕緣,引發多相故障。

中性點接地的抑制效果:

直接接地系統: 由於其對地電抗小,故障電流大,電弧一旦產生就會迅速形成穩定的弧光並被切除,很難形成間歇性弧光,因此能夠有效抑制弧光接地過電壓。
電阻接地系統: 接地電阻的阻尼作用能夠迅速消耗掉故障點產生的能量,阻止電弧反復燃弧,從而有效抑制弧光接地過電壓。
消弧線圈接地系統: 這是抑制弧光接地過電壓最有效的方式之一。通過精確的電感補償,使流過故障點的殘余電流非常小,不足以維持電弧燃燒。即使發生弧光接地,電弧也會在很短時間內自熄,從而避免了諧振過電壓的發生。

實際案例: 某城市郊區的110kV架空線路,早期採用不接地系統,曾多次發生單相接地故障後演變為相間短路,導致大面積停電。經分析,正是弧光接地過電壓導致絕緣擊穿。後來,該電網將中性點接地方式改為消弧線圈接地,並安裝了自動調諧的消弧線圈。改進後,單相接地故障引發的停電次數顯著下降,系統穩定性和供電可靠性得到了極大提升。

與サージアブソーバや避雷器との組み合わせによる総合的な保護対策

雖然中性點接地能夠有效抑制內部過電壓,但對於外部過電壓,特別是雷電過電壓和操作過電壓,還需要結合其他保護裝置進行綜合防護。

避雷器（Lightning Arrester）: 主要用於防護雷電過電壓。當雷擊導致線路或設備上出現高幅值過電壓時,避雷器迅速導通,將雷電電流引入大地,保護設備免受損害。雷電過後,避雷器自動恢復絕緣狀態。在發電廠、變電站以及重要的輸配電線路入口處,避雷器是必不可少的保護裝置。
サージアブソーバ（Surge Absorber / Surge Protector）: 廣義上可以指避雷器,但在某些語境下特指用於抑制操作過電壓或系統內部暫態過電壓的裝置,通常安裝在發電機、大型電機、變壓器等設備的端子處。它們通過吸收和耗散過電壓能量來保護設備。

綜合保護策略: 一個完善的電力系統保護方案,會將発電機中性點接地、繼電保護、避雷器和サージアブソーバ有機結合起來。例如,在發電廠的發電機出口,通常會安裝一套完整的保護方案:發電機中性點通過電阻接地,用於限制接地故障電流和抑制內部過電壓；發電機出口和升壓變壓器高壓側安裝避雷器,用於防護雷電過電壓；同時,發電機和變壓器本體還配備了零序電流保護、相間短路保護等繼電保護裝置,確保在任何故障發生時都能迅速准確地切除故障,最大限度地保障電力系統的安全穩定運行。

非常用発電機における中性點接地の重要性:災害時の電力供給を確保する設計思想

在現代社會中,對不間斷電力供應的需求日益增長,尤其是在醫院、數據中心、高層建築、通信樞紐等關鍵設施中。這些場所通常配備非常用発電機（應急發電機）,以應對市電中斷時的供電需求。在應急發電機系統中,中性點接地的設計與實施,其重要性不亞於主用發電機,甚至更為關鍵,因為它直接關繫到災害或突發事件發生時,生命線工程的電力保障能力。

非常用発電機に特化した中性點接地の考え方

應急發電機通常在兩種模式下運行:

並網運行模式: 應急發電機與市電系統並聯運行,作為市電的補充或備用電源。在此模式下,應急發電機的中性點接地方式需與市電系統保持一致,以避免並網運行時的環流和不平衡問題。
孤島運行模式（單獨運転）: 當市電中斷時,應急發電機獨立運行,為特定負載供電。在這種模式下,應急發電機成為唯一的電源,其自身的接地方式就顯得尤為重要,因為它決定了整個孤島系統的接地特性和安全水平。

在設計應急發電機中性點接地時,需要重點考慮其在孤島運行模式下的安全性和可靠性。不同於大型電網,應急發電機系統通常規模較小,負載特性多樣,且在緊急情況下運行,對故障響應速度和系統穩定性有更高要求。

常見的應急發電機中性點接地方式:

直接接地: 在孤島運行時,如果應急發電機直接接地,一旦發生單相接地故障,故障電流較大,有利於繼電保護快速動作,切除故障。這種方式簡單可靠,但故障沖擊較大。
不接地: 某些小型應急發電機系統或對供電連續性要求極高的特殊場所,可能採用不接地方式,以允許一次接地故障不立即跳閘。但這需要配合絕緣監測裝置,並注意弧光接地過電壓的風險。
電阻接地: 這是應急發電機系統中最常用的接地方式之一。通過電阻限制故障電流,同時又保證繼電保護的靈敏性,並在一定程度上抑制過電壓。它在安全性和可靠性之間取得了較好的平衡。

BCP（事業継続計畫）における役割、信頼性向上と迅速な復舊のための設計

在企業和機構的BCP（Business Continuity Planning,業務連續性計劃）中,應急電源是核心組成部分。而中性點接地的合理設計,是確保應急電源系統在災害發生時能夠可靠啟動、穩定運行並快速恢復供電的關鍵。

可靠性: 合理的接地設計能夠有效防止地絡故障導致的系統癱瘓,確保發電機在緊急時刻能夠順利啟動並承擔負荷。例如,在某大型數據中心,其應急發電機系統通常採用低電阻接地,以確保在市電中斷後,任何內部接地故障都能被快速定位並切除,而不會影響整個數據中心的供電。
迅速恢復: 當故障發生時,正確的接地方式配合靈敏的繼電保護,能夠迅速切除故障,將影響范圍降到最低。這對於需要快速恢復運行的關鍵設施至關重要。例如,在醫院的ICU病房,應急發電機一旦啟動,就必須確保供電的絕對連續性。如果發生接地故障,保護系統必須能夠快速精確地切除故障點,而不能導致整個ICU的停電。
安全性: 防止人身觸電和設備損壞,是應急電源的首要任務。中性點接地確保了故障時設備外殼電壓的安全,保障了維護人員和使用人員的安全。

単獨運転時の課題と対策

應急發電機在孤島運行（單獨運転）時,由於缺乏大電網的支撐,其運行特性與並網運行時有所不同,面臨一些獨特的挑戰:

電壓和頻率的穩定性: 孤島運行時,發電機的電壓和頻率完全由自身控制。負載的突然變化可能導致電壓和頻率波動。良好的接地系統有助於維持系統穩定,因為它可以減少地絡故障對系統電壓和頻率的沖擊。
接地故障電流限制: 孤島系統容量有限,如果採用直接接地,單相接地故障電流可能非常大,對發電機繞組和斷路器造成巨大沖擊。因此,對於孤島運行的應急發電機,電阻接地（尤其是低電阻接地）成為更優的選擇,它既能限制故障電流,又能保證保護的靈敏性。
諧波問題: 孤島系統中的非線性負載（如UPS、變頻器）可能產生諧波,影響系統電壓波形。中性點接地方式的選擇也需考慮諧波對保護動作的影響。

対策:

選擇合適的接地方式: 通常推薦採用電阻接地,以平衡故障電流限制和保護靈敏度。
完善的繼電保護配置: 針對孤島運行特點,配置靈敏且可靠的零序電流保護、過電流保護等。
自動轉換開關（ATS）: 確保市電中斷時,負載能夠平穩、快速地從市電切換到應急發電機,並確保在切換過程中接地系統的正確連接。
定期維護和測試: 確保接地電阻符合要求,接地連接牢固可靠。

中性點接地システムの定期點検項目

為了確保接地系統的有效性,以下定期點檢項目至關重要:

接地電阻測量:
- 重要性: 接地電阻值是衡量接地系統性能的核心指標。接地電阻過大,會削弱接地系統在故障時的保護作用,導致故障電流無法有效泄放,設備外殼電壓升高,保護裝置可能拒動或誤動。
- 測量方法: 通常採用三點法（又稱62%法或二線一輔助探針法）或四線法進行測量。測量時,將接地電阻測試儀的P1、C1端子連接到被測接地極,P2、C2端子連接到輔助電流極和輔助電壓極。輔助電極的放置位置和距離有嚴格要求,以確保測量結果的准確性。
- 頻率: 每年至少測量一次,對於重要設備或地質條件較差的區域,應增加測量頻率。在季節變化（如旱季和雨季）後進行測量,因為土壤濕度會影響接地電阻。
- 標准: 接地電阻值需符合國家標准（如GB/T 15544《電力系統接地》）和設計規范的要求。例如,大型發電廠的接地電阻通常要求小於0.5歐姆,一般變電站要求小於4歐姆。
連接部的確認:
- 重要性: 接地引線與中性點、接地網、設備外殼之間的連接必須牢固可靠,接觸電阻小。松動、腐蝕或虛接的連接會增加接地電阻,甚至導致接地迴路開路,使接地系統失效。
- 檢查內容: 檢查所有接地連接點是否有松動、銹蝕、過熱變色、斷裂等現象。特別是螺栓連接處,應確保緊固到位,並塗抹防腐劑。對於焊接連接,檢查焊縫是否飽滿、無裂紋。
- 檢查頻率: 每年至少一次,或在設備大修時進行詳細檢查。
接地引線和接地體的外觀檢查:
- 重要性: 接地引線和接地體（如接地極、接地帶）長期暴露在土壤或空氣中,容易受到腐蝕、機械損傷或盜竊。
- 檢查內容: 檢查接地引線是否有破損、斷裂、絕緣老化。檢查露出地面的接地引線是否被腐蝕嚴重。對於埋入地下的接地體,雖然無法直接檢查,但可以通過定期測量接地電阻的變化來間接判斷其狀態。
- 檢查頻率: 每年至少一次,重點檢查露出地面的部分。
絕緣劣化の兆候:
- 重要性: 雖然接地系統本身是導電的,但與之相關的設備（如發電機繞組、變壓器繞組）的絕緣狀況直接影響接地故障的發生頻率和嚴重程度。
- 檢查內容: 定期進行設備絕緣電阻測試、泄漏電流測試、局部放電測試等,監測設備絕緣狀態。如果發現絕緣劣化趨勢,應及時採取措施,從源頭上減少接地故障的發生。
- 檢查頻率: 依據設備特性和運行年限,執行相應的預防性試驗周期。

よくあるトラブルとその原因

接地電阻值過高:
- 原因:
  - 接地極腐蝕: 長期埋入地下,接地極（如銅棒、鍍鋅鋼管）會因土壤酸鹼度、濕度等因素而腐蝕,有效接觸面積減小。
  - 土壤乾燥: 土壤濕度是影響接地電阻的重要因素。在長期乾旱季節,土壤電阻率會顯著升高。
  - 接地引線斷裂或連接不良: 接地引線在地下部分或連接處斷裂、虛接,導致接地迴路不完整。
  - 接地網擴建不足: 隨著系統容量增加或新設備接入,原有接地網容量不足以滿足要求。
- 對策: 增加接地極數量、埋設深度；改善土壤導電性（如回填降阻劑）；修復或更換斷裂的接地引線和連接件；定期澆水增加土壤濕度。
接地連接不良或開路:
- 原因:
  - 螺栓松動: 長期振動、熱脹冷縮導致螺栓松動。
  - 接觸面氧化腐蝕: 尤其是在潮濕、多塵或有腐蝕性氣體環境中。
  - 焊接不良: 施工時焊接不牢固,或焊縫開裂。
  - 機械損傷: 外部施工、車輛碾壓等導致接地引線斷裂。
- 對策: 定期緊固螺栓；清潔接觸面並塗抹導電膏或防腐劑；檢查並重新焊接不良焊縫；加強對接地引線的保護,避免機械損傷。
接地引線或接地體被盜:
- 原因: 銅等金屬價格高昂,不法分子盜竊接地引線或接地極。
- 對策: 採用防盜設計,如將接地引線埋入牆體或使用不易被盜的材料；加強巡檢和安保措施；推廣使用復合材料接地極。

効果的なトラブルシューティング手順

當發現接地系統異常或發生接地故障時,應遵循以下步驟進行故障排除:

確認故障現象: 是接地電阻值升高？還是發生接地故障跳閘？如果是跳閘,是單相接地還是多相接地？
初步檢查: 目視檢查所有可見的接地連接點和接地引線,是否有明顯松動、斷裂或腐蝕。
測量接地電阻: 使用專業的接地電阻測試儀,精確測量各接地極和總接地網的電阻值,與歷史數據和設計值進行對比。
分段排查: 如果接地網較大或系統復雜,可以採取分段斷開或測試的方法,逐步縮小故障范圍,找出高阻點或斷點。
專業工具輔助: 使用鉗形接地電阻表、地網故障定位儀等專業工具,可以更高效地查找地下接地體斷裂或連接不良的位置。
環境因素分析: 考慮近期天氣變化（如長時間乾旱）、周邊施工活動等是否可能影響接地系統。
記錄與分析: 詳細記錄每次檢查和維修的數據、時間、發現的問題和解決方案,為後續的維護和故障預測提供依據。

實際案例: 中國某小區配電房,其變壓器中性點採用直接接地。在一次例行巡檢中,運維人員發現接地引線與接地網連接處螺栓嚴重銹蝕,導致接觸不良,接地電阻值升高。雖然當時未發生故障,但潛在風險極大。運維人員立即採取措施,對連接點進行除銹、打磨,更換了新的螺栓和墊片,並塗抹了防腐導電膏,使接地電阻恢復正常。這一預防性維護避免了未來可能發生的接地故障和觸電風險。