10kV系统中性点接地方式.docx
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10kV系统中性点接地方式
10kV系统中性点接地方式
10kV系统的接地方式
10kV系统中性点接地可分为：
中性点不接地系统（中性点非有效接地系统）（包括中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统、高电阻接地系统）；
中性点接地系统（中性点有效接地系统）（中性点直接接地系统或经低电阻接地系统）。
1.10kV系统中性点不接地系统
（1）接地故障特点
配电系统在正常运行时，三相基本平衡电压作用下，各相对地电容电流ICL1、ICL2、ICL3相等，分别超前相电压90°，ICL1＝ICL2＝ICL3＝UΦωC，其ICL1＋ICL2＋ICL3＝0，系统中性点与地有相同电位。
如L1相发生接地故障，忽略接地过渡电阻，视为金属性接地，10kV系统各支路的电容电流的流向如下图所示：
图14.2-110kV系统接地故障示意
从10kV系统接地故障示意图可以得出结论：
a）全系统所有非故障的各支路，故障相的电容电流均为零，非故障相均有电容电流；
b）在故障支路，故障相流过所有各支路的电容电流的总和；
c）故障支路的电容电流其方向由负载流向电源，非故障各支路的电容电流其方向由电源流向负载；
d）故障支路检测的零序电流为各非故障支路电容电流总和；
e）接地故障电流大小与接地故障点的位置无关，只与接地故障点的过渡电阻有关。
10kV系统接地故障，电压与电流矢量关系如
下图所示：
图14.2-210kV系统接地故障矢量图
L1相发生接地故障，相当于在L1相上加上U0＝－UL1，L2相L3相也加上U0＝－UL1，非故障相对地电压升高3倍，其夹角由120°变成60°，合成的电容电流增大3倍，接地故障电流为单相电容电流的3倍，Id＝3UΦωC。
（2）优缺点
a）接地故障引起系统内部过电压可达3.5倍相电压，易使设备和线路绝缘被击穿。
b）油浸纸绝缘电力电缆达20A，聚乙烯绝缘电力电缆达15A，交联聚乙烯绝缘电力电缆达10A，接地故障电流引燃电弧则不能自熄，引起间歇性电弧，产生过电压易产生相间短路或火灾；
c）非故障相对地电压升高3倍。
系统内设备或电缆绝缘等级相应提高，例如，10kV电力电缆应选用8.7/10kV而不是6/10kV；无间隙氧化锌避雷器，提高持续运行电压数值或加串联保护间隙等；
d）发生接地故障时，报警而不切断故障支路，保证供电的连续性；
e）接地故障在一段时间内存在，接地故障电压易使人遭受电击或引起火灾，如下图14.2-3所示。
图14.2-3高压接地故障电压传导到低压侧系统内发生接地故障时的接地故障电流Id与接地故障点位置无关，不能采用零序电流速断保护来实现保护的选择性，而应采用不同时限的零序电流保护来实现保护的选择性。
机械式继电器延时时限：
出线为0.5s；母联为1.0s；主进线为1.5s～2.0s。
采用电子式保护器延时时限选定为0.2s～0.3s，整定值范围大且整定精确，建议采用电子式保护器作为零序电流保护。
2.10kV系统中性点经消弧线圈接地系统中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧，实践证明，当接地电流大于30A时，一般形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁线路和可能引起多相相间短路。
如果接地电流大于5A～10A，但小于30A，则有可能形成间歇性
电弧，这是由于电网中电感和电容形成了谐振回路所致。
间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，从而危及整个电网的绝缘。
如果接地电流在5A
以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。
中性点经消弧线圈接地的电力系统,所谓消弧线圈，其实就是具有气隙铁芯的电抗器，它装在变压器或发电机中性点与地之间，如图14.2-4a）
所示。
由于装设了消弧线圈，构成了另一回路，接地点接地电流中增加了一个电感性电流分量，它和装设消弧线圈前的电容性电流分量相抵消，减小了接地点的电流，使电流易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。
从图14.2-4b）可看出，例如L1相接地时，中性点电压U0变为-UL1，消弧线圈在U0作用下产生电感电流IL（滞后于U090°），其数值为IUcU
XarLar
式中Uφ—电网的相电压；
Lar、Xar—消弧线圈的电感和电抗
a）
b）相量图
图14.2-4
中性点经消弧线圈接地的系统单相
接地故障示意图和相量图
中性点经消弧线圈接地，系统正常运行时，
消弧线圈与系统相线对地的分布电容形成串联
谐振回路，如图所示。
中性点位移电压U0为：
U
U0
02d2
a为复数算子
F。
设CL1＋CL2＋CL3
3C1/L
3C
L1相、L2相、L3相
对地分布电容，
＝3C；
υ－补偿脱谐度，
d－电网阻尼度，d3g3CgL；
3C
Uφ－电网相电压，V；
g－电网每相对地漏电导。
S；
L－消弧线圈补偿电感，H；gL－消弧线圈有功损耗等效电导，S
图14.2-4（A）中性点经消弧线圈接地系统正常运
行时等效电路
图14.2-4（B）中性点经消弧线圈接地系统接地故障时等效电路
中性点经消弧线圈接地系统发生接地故障时，消弧线圈与系统的分布电容组成并联谐振电路，如图所示。
补偿后的接地故障残余电流Id为：
IdU?
（3ggL）2（3C1/L）2
按消弧线圈对系统容性电流补偿大小可分为：
a）L1/3C，称全补偿。
b）L1/3C，称欠补偿；
c）L1/3C，称过补偿。
全补偿方式，接地故障残余电流Id最小，有利接地故障点电弧自熄；但补偿脱谐度υ为零，系统中性点位移电压U0最大，当电网不对称度ρ较大时，系统中性点有较高的电压，出现虚幻的接地现象。
欠补偿方式，接地故障残余电流Id较大，接地故障点电弧自熄较困难。
因故障或运行需要切除部分回路，易产生串联谐振过电压。
在实际运行中，欠补偿方式不被采用。
过补偿方式，接地故障残余电流Id较大，不利于接地故障点电弧自熄，但它不易产生串联谐振过电压。
实际运行中，过补偿方式常被采用。
系统在运行中，经常接通或切除部分回路，系统中分布电容电流有较大的变化，满足脱谐度的要求，消弧线圈的电感也相应改变，需人工改变消弧线圈的抽头位置，接地故障残余电流Id小于5A～10A以下，系统出现谐振过电压可能性降低。
发生接地故障时，非故障相对地电压升高
3倍。
图14.2-4（C）10kV消弧线圈接地系统
经消弧线圈接地系统应满足：
（1）消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%。
（2）消弧线圈接地系统故障点的残余电流不宜超过10A，必要时可将系统分区运行。
消弧线
圈宜采用过补偿运行方式
（3）消弧线圈的容量应根据系统5～10年的
发展规划确定，并应按下式计算：
1.35IcU3n
式中：
W——消弧线圈的容量，kVA；
IC——接地电容电流，A；Un——系统标称电压，kV。
（4）系统中消弧线圈装设地点应符合下列要求：
1）应保证系统在任何运行方式下，断开一、二回线路时，大部分不致失去补偿。
2）不宜将多台消弧线圈集中安装在系统中的一处。
3）消弧线圈宜接于YN，d或YN，yn，d接线的变压器中性点上，也可接在ZN，yn接线的变压器中性点上。
接于YN，d接线的双绕组或YN，yn,d接线的三绕组变压器中性点上的消弧线圈容量，不
50%
三绕组变压器的任一绕组的容量
如需将消弧线圈接于YN,yn接线的变压器中性点，消弧线圈的容量不应超过变压器三相总容量的20%，但不应将消弧圈接于零序磁通经铁芯闭路的YN，yn接线的变压器，如外铁型变压器或三台单相变压器组成的变压器组。
4）如变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器，其容量应与消弧线圈的容量相配合。
接有消弧线圈的系统，单相接地时的零序电流分布将发生很大的变化，由于实际应用中采用过补偿5%~10%的做法，因此这时故障线路上零序电流的方向不再是由线路向母线，而是由母线流向线路。
由于零序电流中存在较高的5次谐波分量，五次谐波感抗比基波感抗扩大了5倍，五次谐波容抗比基波容抗小了5倍，此时电感对五次谐波相当于开路，电感可忽略，因此对于五次谐波电流仍满足故障与非故障线路反向的特点。
小电流接地系统发生单相接地故障时，通常有以下特征:
a）系统零序电压升高，正常运行时零序电压接近于零，接地后将产生零序电压。
b）非接地线路零序电流为本身的容性电流，
相位超前零序电压近900
c）接地线路零序电流理论上最大，为所有非
接地线路零序电流之和，相位滞后零序电压近
900
d）以上几点不受运行方式、负荷变化、接地
电阻的影响
e）有消弧线圈系统，由于基波被补偿，5次谐波分量所占比例远大于非接地线路。
装置幅值越限电压整定值（可在12~100V之间任选）默认为25V。
当一段母线的出线数不少于三条时，利用一个电压，一个电流来判断故障出线路号。
当采用零序电流互感器时，首先要估算系统零序电流的大小，其估算方法如下：
a）架空线的电容电流计算
式中：
Un——电网的标称电压（单位:
kV）；l——线路长度（单位:
km）；IC——接地电容电流（单位:
A）。
b）电缆线的电容电流计算
般来讲，电缆要比同样长度的架空线的电
容电流大25倍（三芯电缆）~50倍（单芯电缆），在近似计算中可采用
IC0.1Unl
式中：
Un——电网的标称电压（单位:
kV）；l——线路长度（单位:
km）；
IC——接地电容电流（单位:
A）。
上述电容电流的计算值只能用于某些对准确度要求不很高的场合.
通过上述估算,可知道系统的总的零序电流，然后进行电流互感器的选择，电流互感器选择的基本原则是：
线路发生单相故障时，安装在该线路的零序电流电流互感器二次侧能提供大于10mA,且小于800mA的零序电流。
零序电流的检测，架空出线是采用三相电流组成滤过器来检测零序电流，接线如图14.2-5所示；电缆出线是采用零序电流互感器，电缆穿过零序电流互感器内孔，电缆头的接地线务必穿过零序电流互感器后再接地，接线如图14.2-6所示。
图14.2-5三相电流组成滤过器（架空线路）图14.2-6零序电流互感器（电缆线路）
3.10kV系统中性点经低电阻接地系统根据接地故障电流大小，划分低电阻或高电阻接地。
当接地故障电流大于或等于100A而小于或等于1000A时，为低电阻接地方式；接地故障电流小于10A时，为高电阻接地方式。
低电阻接地方式的接地故障电流一般情况下选择为300A～800A，10kV系统低电阻接地方式接地电阻不同地区选择为10Ω或16Ω。
中性点经低电阻接地方式，接地故障电流Id较大，切断故障回路时间内，有较大的接地故障电压Uf，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共用接地体，接地故障电压Uf传导到低压侧，易引起人身电击或火灾，如图14.2-7所示。
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体，接地故障电压Uf传导到低压侧，易引起工频过电压如图14.2-8所示。
IEC标准规定，一般低压电气设备允许工频过电压与故障电路切断时间要求：
允许承受的工频过电压为U0＋250V时，切断故障电路时间大于5s；允许承受的工频过电压为U0＋1200V时，切断故障电路时间小于或等于5s。
图14.2-7高压系统的接地故障电压传导到TN
系统内
图14.2-8高压系统的接地故障电压引起TT系
统工频过电压
中性点经低电阻接地方式，系统内发生接地故障，立即切断故障电路，供电的连续性得不到保证。
根据以上的所述，10kV不接地系统中，发生接地故障时的故障电压幅值不高，但存在时间很长。
低压采用TN系统供电时，故障电压沿PEN线或PE线传导，采取主等电位联结措施降低预期接触电压。
10kV经低电阻接地系统中，发生接地故障时的故障电压虽时间不长，但幅值很高。
低压采用TN系统供电时，应采取以下措施：
变电所内设置两组接地极；采用主等电位联结措施；在主等电位联结范围外供电时，采用局部TT系统供电。
低压采用TT系统供电时，变电所的外露可导电部分的接地电阻不超过1Ω或带有已接地的合适的有金属护层的高压电缆和低压电缆总长度超过1km。
4.10kV系统中性点经高电阻接地系统
图14.2-9中性点经电阻接地接地故障等值电路
中性点经电阻接地接地故障等值电路中，若
忽略电源的零序阻抗，则接地故障电流Id为：
IE1J3CRn
IdE
RnRgJ3CRnRg
对于金属性接地故障，可认为Rg0，上式变为：
取Rn1，则Id2?
3C?
U2?
Ic
3C
中性点经高电阻接地系统，系统中容性电流达7.5A～10A时，则接地故障电流Id为10.6A～14.1A。
低压系统接地电阻4Ω时，传导到低压侧接地故障电压Uf为42.3V～56.4V。
因
接地故障长期存在，供电的连续性得到保证，但高电阻接地系统仅适用于系统容性电流小于
7.5A系统
发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时，宜采用高电阻接地方式。
电阻器一般接在发电机中性点变压器的二次绕组上。
接地电阻是通过接地变压器TV接入系统的，如图14.2-10
所示。
U1为高压系统的相电压，I1接地故障电流，选定为5A，接地变压器的容量ST＝U1?
I1（应考虑变压器容量的过载系数）。
接地变压器付端电压U2选定为100V，接地变压器付端电流I2＝U2/U1·I1，则Rn＝U2/I2。
虽然Rn不到1Ω，但归算到一次侧，则有数百Ω，仍为中性点经高电阻接地系统。
图14.2-10中性点经高电阻接地系统
中性点经高电阻接地系统中，安装绝缘监测装置。
发生接地故障时，绝缘监测装置发出信号，运行管理人员找出接地故障回路，及时排除故障。
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