剧场变配电系统接地中的杂散电流，究竟该如何规避呢？

10 kV/0.4 kV变配电系统是剧场电力供应的枢纽与核心，电气能源以变配电装置为依托，如同“血液”一般向剧场的每个角落渗透。这种无处不在且源源不断的能量传输维系着整个剧场建筑功能的运转。剧场变配电系统，既作为国家电网受电端的负荷，又作为整个剧场建筑低压配电系统的电源，在其运行中自然涵盖着变压器中性点的系统接地与高低压配电设备设施及电缆铠装金属等的保护接地。那么，不同接地类型的工艺设计和施工处理对剧场变配电系统而言无疑是至关重要的。剧场变配电系统接地形式的不同，决定了系统运行样式的不同，而不同的接地工艺处理方法和手段，同时也决定了剧场变配电系统中是否会产生杂散电流。

    

通常，杂散电流是指电气回路中产生的那些不期望的、非常规的电流并联传导路径，其存在方式具有或连续、或间歇、或单向、或交变的特点，该种电流往往广泛被地铁、矿井、石化等不同工业生产与公共设施领域所关注，其防范的工艺侧重点也依行业的特点与专业规范的不同而不同，如防地下金属腐蚀、防误爆、防火灾等等。对于剧场变配电系统而言，由于种种因素所形成的杂散电流也是变配电系统运行中所不容回避的客观现象，只是其存在的弊端还尚不为一些剧场电气技术维护者乃至安全技术管理者所了解和认同。

    

总而言之，杂散电流对剧场变配电系统的危害主要有：（1）会在杂散电流并联传导回路的接触不良处（特别是不经任何工艺处理的不同材质导体连接处）产生电火花，一旦周边存在易燃物，则势必形成电气火灾的主要隐患；（2）会在杂散电流的封闭包绕区域中产生杂散电磁场，该空间磁场会对其中的敏感信息技术设备产生不同程度的干扰，诸如多功能电子电力仪表、微机型综合数字继电保护装置、电气监控管理信息系统等；（3）若大地成为杂散电流传导路径的组成部分，则近旁的钢筋基础或金属管道等也会受到一定程度的腐蚀；（4）影响电气漏电火灾报警系统的正常监测，使得这一电气火灾信息监控系统的有效性难于得到可靠保障。

1 剧场变配电系统的普遍运行方式与杂散电流的产生

1.1剧场变配电系统的普遍运行方式

剧场变配电系统普遍为两台变压器分列供电的TN-S方式，即变压器中性点接地；电气装置外露导电部分通过与接地的变压器中性点连接而接地；在全系统内N线与PE线分开。以笔者所在单位的剧场变配电系统为例，如图1，该系统在低压配电联络柜装设母联断路器QF3、两台变压器按照地区供电要求不得并列运行，即1#变压器的低压主进断路器QF1、2#变压器的低压主进断路器QF2、低压母联断路器QF3之间装有电气互锁与联锁电路，使得3台断路器不能同时处于合闸状态。

    

只有当其中一台变压器因故障而退出运行时，在现场负荷能够满足单台变压器运行的前提下，才能使另一台变压器通过母联断路器QF3的闭合实现带剧场必要负荷运行。母联断路器QF3的操作形式有手动、自投不自复、自投自复三种转换模式。

1.2剧场变配电系统杂散电流的产生

剧场变配电系统的接地工艺处理对象分为变压器低压侧中性点与高低压变配电装置的外壳，以及电缆的铠装金属等易于实施电位传导的金属构件群。一个是带电体的中性点系统接地；一个是正常情况下不带电，故障时有可能带电的金属导体的保护接地。其具体实施方法取决于变配电系统的接地制式，对于TN-S系统来说，由此产生了除相线以外的N线和PE线，N线工作电流由三相不平衡电流和零序谐波电流组成；PE线在变配电系统正常运行时只流过微量泄漏电流，只有当发生带电体对PE的接地故障时才流过接地故障电流。显然，上述电流最终的传导方向都是以变压器中性点N为目标的，且总是希望这样的传导路径是唯一的，否则，若产生其他的并联分流传导路径，通常便被定义为杂散电流。

    

图1中，馈线1的中性线电流I n常规返回电源的路径为绿色箭头路径，即I n→A→B→C→至1 # 变压器的N 端中性点， 与此同时， I n还在A 点处产生分流， 按蓝色箭头的非常规路径返回电源中性点， 即In→a→b→c→d→e→f→g→h→i返回1#变压器的N端中性点，且
在该非常规返回电源路径中的e点处继续产生另一分流路径，即In→j→k→l→m→n→o→p→q→r返回1#变压器的N端中性点。由此可见，以上蓝色箭头指示的返回电源路径皆为剧场变配电系统运行中不期望存在的杂散电流，其杂散性是指该电流的量值指标大小受返回路径中阻抗的制约，通常远远小于常规路径中的中性线电流。

    

图2中， 当馈线1的相线对P E 线发生接地故障时， 故障电流I d常规返回电源的路径为绿色箭头指示路径， 即Id→A→B→C→D→E至1#变压器的N端中性点，与此同时Id还在A点处产生分流，按蓝色箭头的非常规指示路径返回电源中性点，即Id→a→b→c→d→e→f返回1#变压器的N端中性点，并且在该非常规返回电源路径中的c点处继续产生另一分流路径，即 c→g→h→i→j→k→E返回1#变压器的N端中性点。由此可见，以上蓝色箭头指示返回电源的路径同样也为剧场变配电系统运行中发生某一相线对PE线接地故障时，故障性杂散电流的传导途径。

    

显而易见，产生图1和图2中的杂散电流的根本原因是由于剧场变配电系统中的两台变压器中性点就近直接与接地干线连接、N线与PE线形成多点连接造成的，也就是说电流返回变压器中性点的传导路径不唯一。

2 剧场变配电系统中杂散电流的规避

2.1 规避变配电系统杂散电流的规范依据

根据GB/T 16895.1-2008/IEC 60364-1：2005《低压电气装置 第一部分：基本原则、一般特性评估和定义》第312.2.1.2条规定，对于一个具有多电源的TN系统，在设计不适当的情况下，一些工作电流就可能通过不期望的路径流过。因此，PEN线对地必须绝缘，且只能在低压配电柜或总配电屏内与PE母排一点接地。如图3（该图引用规范中的原图）所示，该规范中针对变配电系统中的杂散电流所强调的是多电源TN系统变压器中性点连接线应对地绝缘且应与PE线实现一点连接并接地，这样的要求无疑从根本上规避了杂散电流的产生。该规范的具体工艺处理要求为：

    

不应在变压器的中性点直接对地连接。

变压器的中性点之间相互连接的导体应是绝缘的，这种导体的功能类似于PEN，且不得将其与用电设备连接。

在诸电源中性点间相互连接的导体与PE导体之间，应只连接一次，这一连接应设置在总配电屏内。

对装置的PE导体可另外增设接地。

    

2.2根据现场具体环境条件所提出的工艺处理与改造

依照上述IEC规范及国家转化后等同规范的指导，在无需过多物料投入的情况下，按上述工艺方法要求，对剧场变配电系统的原接地做法进行较为经济的改造后，如图4和图5所示。

    

图4和图5为笔者所在单位剧场变配电系统完成接地工艺改造后的供电系统示意简图，图中①处的变压器中性点N不再采取就近直接与接地干线连接的方式，而是与低压配电装置中的N母线连接；②处整个变配电系统的变压器中性点N连接线采取对地绝缘措施，从而避免产生多点接地的可能；③处两台变压器的中性点N连接线只在低压配电装置内通过N母线和PE母线做一点连接，用以实施整个变配电系统中性线的一点接地；④处整个变配电系统中的PE线与接地干线做了两次接地连接。显然，通过上述必要的工艺处理，使得中性线电流和接地故障电流都具有了唯一的返回电源路径。同时，也为接地故障电流提供了阻抗较小、路径较短的返回途径，有效地规避了剧场变配电系统中杂散电流的非常规并联传导路径，达到了变配电系统更为安全、可靠、稳定、经济的运行要求。

    

3 相关问题的思考

3.1关于规范的思考

 

JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第12.2.2条：在TN系统中，配电变压器中性点应直接接地。所有电气设备的外露可导电部分应采用保护导体（PE）或保护接地中性导体（PEN）与配电变压器中性点相连接。

GB50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》第4.1.3条规定：变压器中性点应与接地装置引出干线直接连接，接地装置的接地电阻值必须符合设计要求。第5.1.2条规定：接地装置引出的接地干线与变压器的低压侧中性点直接连接；接地干线与箱式变电所的N母线和PE母线直接连接；变压器箱体、干式变压器的支架或外壳应接地（PE）。所有连接应可靠，紧固件及防松零件应齐全。其中第4.1.3条为强制条文。

GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》第7.1.2条第2项：对于具有多电源的TN系统，应避免工作电流流过不期望的路径。因此，不应在变压器中性点直接对地连接；变压器中性点的星型点之间相互连接的导体应绝缘，且不得将其与用电设备连接；电源中性点间相互连接的导体与PE之间，应由一点连接并应布置在总配电屏内。由此可见，包括前述提到的G B / T 1 6 8 9 5 . 1 - 2 0 0 8 / I E C60364-1：2005《低压电气装置 第一部分：基本原则、一般特性评估和定义》第312.2.1.2条之规定，对于多电源系统，各规范对变压器中性点的接地要求不尽相同，不同的设计规范对于不同的问题要求自然不同，但不同的设计规范对同一问题的不同要求，这显然也是不得不面对的思考。

    

3.2目前亟需的思考

图6为笔者所在单位新建剧场电气图纸中变配电室接地的截取部分，依然采取变压器中性点就近直接接地的方式设计。为此，笔者只能充分尊重并理解工程设计过程中所受客观条件制约的现实法则。