中性點(diǎn)接地方式及單相接地電流計(jì)算培訓(xùn)課件

中性點(diǎn)接地方式及單相接地電流計(jì)算定義：中性點(diǎn)：電力系統(tǒng)三相交流發(fā)電機(jī)、變壓器接成星形繞組的公共點(diǎn)。種類：1．中性點(diǎn)不接地2．中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地3．經(jīng)限制電阻接地4.中性點(diǎn)直接接地

前兩種又稱中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，也稱為小接地電流系統(tǒng)（非有效接地系統(tǒng)）。后一種稱為大接地電流系統(tǒng)（有效接地系統(tǒng)），第三種看接地電流大小而定。

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)(包括經(jīng)小阻抗接地的系統(tǒng))發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地短路電流很大，所以這種系統(tǒng)稱為大接地電流系統(tǒng)。采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時(shí)，由于不能構(gòu)成短路回路，接地故障電流往往比負(fù)荷電流小得多，所以這種系統(tǒng)稱為小接地電流系統(tǒng)。

大接地電流系統(tǒng)與小接地電流系統(tǒng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，是系統(tǒng)的零序電抗與正序電抗的比值X0/X1。我國(guó)規(guī)定：凡是X0/X1≤4～5的系統(tǒng)屬于大接地電流系統(tǒng)，X0/X1>4～5的系統(tǒng)則屬于小接地電流系統(tǒng)。有些國(guó)家(如美國(guó)與某些西歐國(guó)家)規(guī)定，X0/X1>3.0的系統(tǒng)為小接地電流系統(tǒng)。

110kV及以上電網(wǎng)的中性點(diǎn)均采用第①種接地方式。在這種系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)接地短路電流很大，故稱其為大接地電流系統(tǒng)。在大接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障的幾率較高，可占總短路故障的70％左右，因此要求其接地保護(hù)能靈敏、可靠、快速地切除接地短路故障，以免危及電氣設(shè)備的安全。

3～35kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)采用第②或第③種接地方式。在這種系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)接地短路電流很小，故稱其為小接地電流系統(tǒng)。在小接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，并不破壞系統(tǒng)線電壓的對(duì)稱性，系統(tǒng)還可繼續(xù)運(yùn)行1～2h，同時(shí)由絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出無(wú)選擇性信號(hào)，由值班人員采取措施加以消除。只有在特殊情況或電網(wǎng)比較復(fù)雜、接地電流比較大時(shí)，根據(jù)技術(shù)保安條件，才裝設(shè)有選擇性的接地保護(hù)，動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。所以，小接地電流系統(tǒng)的接地保護(hù)帶有很大的特殊性。中性點(diǎn)運(yùn)行方式不同對(duì)系統(tǒng)的影響1．供電可靠性；2．電氣設(shè)備和線路的絕緣水平；3．通訊系統(tǒng)的干擾；4．繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。

總之，中性點(diǎn)采用何種運(yùn)行方式，實(shí)際上是一個(gè)涉及電力系統(tǒng)許多方面的綜合性問(wèn)題。本章對(duì)此作一般性介紹。一、定義中性點(diǎn)：電力系統(tǒng)三相交流發(fā)電機(jī)、變壓器接成星形繞組的公共點(diǎn)。二、種類1．中性點(diǎn)不接地2．中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地3．經(jīng)限制電阻接地4.中性點(diǎn)直接接地

前兩種又稱中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，也稱為小接地電流系統(tǒng)（非有效接地系統(tǒng)）。后一種稱為大接地電流系統(tǒng)（有效接地系統(tǒng)），第三種看接地電流大小而定。三、中性點(diǎn)運(yùn)行方式不同對(duì)系統(tǒng)的影響1．供電可靠性；2．電氣設(shè)備和線路的絕緣水平；3．通訊系統(tǒng)的干擾；4．繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。

總之，中性點(diǎn)采用何種運(yùn)行方式，實(shí)際上是一個(gè)涉及電力系統(tǒng)許多方面的綜合性問(wèn)題。本章對(duì)此作一般性介紹。一、中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)一、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（一）正常運(yùn)行1.電壓情況：如三相導(dǎo)線經(jīng)完善換位，各相對(duì)地電容相等。即Cu＝Cv＝Cw＝C，則Yu＝Y(jié)v＝Y(jié)w＝Y(jié)。所以

可見(jiàn)正常運(yùn)行中，電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，即中性點(diǎn)對(duì)地電位相等。結(jié)論：

正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓為相電壓，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零。UNVWCuCvCw可見(jiàn)正常運(yùn)行中，電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，即中性點(diǎn)對(duì)地電位相等。則各相對(duì)地電壓為：U相：V相：W相：結(jié)論：

正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓為相電壓，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零。（二）單相接地故障1.電壓情況：上圖所示為W相發(fā)生完全接地的情況，完全接地即金屬性接地，即接地電阻為零。很容易看出，中性點(diǎn)對(duì)地電壓：各相對(duì)地電壓情況：U相：（線電壓）V相：（線電壓）W相：結(jié)論：故障相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓為線電壓，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為相電壓。

則接地相(A相)電壓為0，非接地相(B、C相)電壓比正常相電壓升高

倍零序電壓

(1)非故障線路的

大小等于本線路的接地電容電流；故障線路的

大小等于所有非故障線路的之和，也就是所有非故障線路的

接地電容電流之和。(2)非故障線路的零序電流超前零序電壓

；故障線路的零序電流滯后零序電壓

；故障線路的零序電流與非故障線路的零序電流相位相差

。(3)接地故障處的電流大小等于所有線路(包括故障線路和非故障線路)的接地電容電流的總和，并超前零序電壓

。

根據(jù)小接地電流系統(tǒng)單相接地時(shí)的特點(diǎn)，由于故障點(diǎn)電流很小，而且三相之間的線電壓仍然對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的供電沒(méi)有影響，因此在一般情況下都允許再繼續(xù)運(yùn)行1～2h，不必立即跳閘，這也是采用中性點(diǎn)非直接接地運(yùn)行的主要優(yōu)點(diǎn)。

但在單相接地以后，其它兩相對(duì)地電壓升高

倍，為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)多點(diǎn)接地短路，以及人身安全，應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員采取措施予以消除。2．電流情況：W相接地時(shí)，三相電容電流不對(duì)稱。W相電容電流為零，其他兩相電容電流的有效值為：Icu=Icv=ωCUx。

其中：Ux—相電壓；ω—角頻率；C—相對(duì)地電容。這時(shí)三相電流之和不在為零，大地有電流流過(guò)，W相接地處的電流簡(jiǎn)稱為接地電流，用表示。則：＝－（＋）經(jīng)計(jì)算接地電流的有效值為：Ic＝3ωCUx，而正常運(yùn)行時(shí)的一相對(duì)地電流為：Ic＝ωCUx?？梢?jiàn)單相故障時(shí)的接地電流等于正常運(yùn)行時(shí)一相對(duì)地電容電流的三倍。由于對(duì)地電容與線路的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度有關(guān)，很難得到C的參數(shù)。故實(shí)用計(jì)算可按下式計(jì)算：式中：l1、l2架空線路和電纜線路長(zhǎng)度，km；

UN—網(wǎng)絡(luò)的線電壓，KV；

3．不完全接地的簡(jiǎn)單情況

當(dāng)發(fā)生不完全接地時(shí)，即通過(guò)一定的電阻接地，接地相對(duì)地電壓大于零而小于相電壓，未接地相對(duì)地電壓大于相電壓而小于線電壓。中性點(diǎn)對(duì)地電壓大于零而小于相電壓，線電壓仍保持不變，但此時(shí)接地電流要小一些。4．中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)

單相接地故障時(shí)，由于線電壓保持不變，用戶雖然能繼續(xù)工作，但是接地處電流可能會(huì)出現(xiàn)電弧。

當(dāng)線路不長(zhǎng)、電壓不高時(shí)，接地電流較小，電弧一般能自動(dòng)熄滅，特別是35kV及以下的系統(tǒng)中，絕緣方面的投資增加不多，而供電可靠性較高的優(yōu)點(diǎn)突出，所以中性點(diǎn)宜采用不接地的運(yùn)行方式。

當(dāng)電壓高、線路長(zhǎng)時(shí)，接地電流較大?？赡墚a(chǎn)生穩(wěn)定電弧或間歇性電弧，而且電壓等級(jí)較高時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)絕緣方面的投資大為增加。上述優(yōu)點(diǎn)便不存在了。

5．目前我國(guó)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的應(yīng)用范圍：（1）電壓在500V以下的三相三線制裝置；（2）3～6kV系統(tǒng)當(dāng)接地電流Ic≤30A時(shí)；

（3）10kV系統(tǒng)當(dāng)接地電流Ic≤10A時(shí)；

（4）20～60kV系統(tǒng)當(dāng)接地電流Ic≤10A時(shí)；（5）與發(fā)電機(jī)有直接電氣聯(lián)系的3～20kV系統(tǒng)，如要求發(fā)電機(jī)帶內(nèi)部單相接地故障運(yùn)行，當(dāng)接地電流Ic≤5A時(shí)。當(dāng)不滿足上述條件時(shí)，常采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或直接接地的運(yùn)行方式。

二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)具有單相接地故障時(shí)可繼續(xù)供電的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)接地電流較大時(shí)容易產(chǎn)生接地而造成危害（諧振過(guò)電壓）。為了克服這一缺點(diǎn)，可設(shè)法減小接地處的接地電流。采用的方法是在出現(xiàn)單相接地故障時(shí)使接地處流過(guò)一個(gè)感性電流（過(guò)補(bǔ)償），因而減小接地電流，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。

（一）消弧線圈的工作原理1．消弧線圈的結(jié)構(gòu)與型號(hào)消弧線圈裝有鐵芯，可調(diào)、電阻小、電抗很大，外形跟小容量變壓器相似，裝在發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)與大地之間。為調(diào)節(jié)線圈扎數(shù)，通常有5～9個(gè)分接頭可選用，用來(lái)改變補(bǔ)償程度，國(guó)產(chǎn)型號(hào)為XDJL。其中X—消弧線圈；D—單相；J—油浸式；L—鋁線。2．消弧線圈的類型消弧線圈有多種類型，包括分級(jí)調(diào)扎式、在線分級(jí)調(diào)扎式、氣隙可調(diào)鐵芯式、氣隙可調(diào)柱塞式、直流偏磁式、直流磁閥式、調(diào)容式、五柱式等

二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)

二、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)

（二）消弧線圈的補(bǔ)償方式為了表明單相接地故障時(shí)消弧線圈電感電流IL對(duì)接地電流Ic的補(bǔ)償情況，取K＝稱為補(bǔ)償度，也稱調(diào)諧度。

取V＝1－K＝稱為脫諧度，根據(jù)電感電流對(duì)接地電流的補(bǔ)償程度，消弧線圈的補(bǔ)償方式有三種：完全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償。1．完全補(bǔ)償完全補(bǔ)償是使電感電流等于接地電流。即IL＝Ic，這時(shí)，調(diào)諧度K＝1，脫諧度V＝0。

這種方式表面上很理想，但實(shí)際上存在很大問(wèn)題。

一般不采用完全補(bǔ)償方式。2．欠補(bǔ)償欠補(bǔ)償時(shí)，IL<Ic，調(diào)諧度K<1，脫諧度V>0。單相接地故障時(shí)接地處有容性的補(bǔ)償電流（Ic－IL），一般不采用欠補(bǔ)償?shù)姆绞?。但?duì)于采用與升壓變壓器單元連接的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈，為了限制電容耦合傳遞過(guò)電壓以及頻率變化等對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)位移電壓的影響，宜采用欠補(bǔ)償方式。

3．過(guò)補(bǔ)償（1）特點(diǎn)：過(guò)補(bǔ)償是使電感電流大于接地電流，即IL>Ic，，調(diào)諧度K>1，脫諧度V<0。單相接地故障接地處有感性過(guò)補(bǔ)償電流（IL－Ic），這種補(bǔ)償方式不會(huì)有上述缺點(diǎn)。因?yàn)楫?dāng)接地電流減小時(shí)，過(guò)補(bǔ)償電流更大，不會(huì)變?yōu)橥耆a(bǔ)償。另外，即使將來(lái)電網(wǎng)發(fā)展，原有的消弧線圈還可以使用。（2）應(yīng)用：裝在電網(wǎng)中變壓器中性點(diǎn)的消弧線圈以及具有直配線的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈應(yīng)采用過(guò)補(bǔ)償方式。（3）消弧線圈的裝設(shè)位置：在發(fā)電廠發(fā)電機(jī)電壓側(cè)的消弧線圈可裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上，也可以裝在廠用變壓器中性點(diǎn)上。當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器為單元接線時(shí)，消弧線圈應(yīng)裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上，6～10kV消弧線圈也可裝在調(diào)相機(jī)的中性點(diǎn)上。

4．自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償

長(zhǎng)期以來(lái)，消弧線圈補(bǔ)償電流都是用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式（分接頭），不能做到準(zhǔn)確、及時(shí)，不能得到令人滿意的補(bǔ)償效果，因而有待改進(jìn)為自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償方式。采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置，能跟蹤電網(wǎng)電容電流變化而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，均無(wú)故障時(shí)間最少，其補(bǔ)償效果是離線調(diào)扎式消弧線圈無(wú)法比擬的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至今，我國(guó)電網(wǎng)已有數(shù)千臺(tái)各種規(guī)格不同的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置在運(yùn)行。調(diào)節(jié)L值的方法：（1）改變鐵芯氣隙長(zhǎng)度δ。將鐵芯制成可移動(dòng)式，用機(jī)械方法平滑調(diào)節(jié)δ，即可平滑調(diào)節(jié)L值。（2）改變鐵芯導(dǎo)磁率μr。采用電氣方法，運(yùn)用現(xiàn)代電子技術(shù)改變鐵芯的導(dǎo)磁率，也可平滑調(diào)節(jié)L值。

（三）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的應(yīng)用范圍1．特點(diǎn)：

這種運(yùn)行方式下正常運(yùn)行情況和單相接地故障時(shí)的壓情況與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電壓情況一樣。優(yōu)點(diǎn)：可靠性高、投資不太大。2．應(yīng)用范圍：我國(guó)規(guī)定，凡是不符合中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式的3～60kV系統(tǒng)，均采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。在我國(guó)110kV以上系統(tǒng)，大多不采用消弧線圈接地的運(yùn)行方式而直接采用直接接地。主要是為了減少設(shè)備和線路的絕緣投資，但是在個(gè)別雷害事故較嚴(yán)重的地區(qū)和某些大城市電網(wǎng)，為了提高供電可靠性，也會(huì)采用經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。

隨著輸電電壓的增高和線路的增長(zhǎng)，消弧線圈已不便使用，就采取了將中性點(diǎn)直接接地的方式，單相接地故障時(shí)，由于接地相直接經(jīng)過(guò)地對(duì)電源構(gòu)成單相短路，故稱此故障為單相短路。

這時(shí)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器跳開(kāi)，迅速切斷故障。二、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

三、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的特點(diǎn)及適用范圍1．優(yōu)點(diǎn)：在單相接地時(shí)非故障相的對(duì)地電壓接近于相電壓，從而使電網(wǎng)的絕緣水平和造價(jià)降低。2．缺點(diǎn)：供電可靠性比前兩種運(yùn)行方式低。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，目前，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的線路上廣泛裝設(shè)有自動(dòng)重合閘裝置，發(fā)生單相接地短路時(shí)，斷路器跳開(kāi)，經(jīng)一段時(shí)間，在自動(dòng)重合閘裝置作用下斷路器再次合閘，如果故障是暫時(shí)性故障，則線路接通后用戶恢復(fù)供電；如果是永久性故障，斷路器再次跳開(kāi)。為了限制單相接地電流，減少接地裝置的投資，通常只將電網(wǎng)中一部分變壓器的中性點(diǎn)直接接地。3．適用范圍：目前，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)用在220kV及以上系統(tǒng)，110kV系統(tǒng)也大都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。

二、電容電流的估算

2.1架空電力線路電容電流估算法

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)對(duì)地電容電流近似計(jì)算公式為：無(wú)架空地線：有架空地線：式中,U——額定線電壓（千伏）；

L——線路長(zhǎng)度（公里）；

1.1——系數(shù)，因水泥桿，鐵塔線路增10%。

二、電容電流的估算

2.1架空電力線路電容電流估算法幾點(diǎn)說(shuō)明：①雙回線路的電容電流為單回路的1.4倍（6-10kV系統(tǒng)）；②一般實(shí)測(cè)表明：夏季比冬季電容電流增值10%；③由于變電所中電力設(shè)備所引起的電容電流增值估算見(jiàn)下表：

④一般估算6kV：IC=0.015（安/公里）

10kV：IC=0.025（安/公里）額定電壓（千伏）61035110220電容電流增值（%）181613108

附錄A架空線路每千米的電抗、電阻值導(dǎo)線型號(hào)6kV10kV35kV110kV220kVx(Ω)r(Ω)x(Ω)r(Ω)x(Ω)r(Ω)x(Ω)r(Ω)單導(dǎo)線雙分裂x(Ω)r(Ω)x(Ω)r(Ω)LJ-160.4041.960.4041.96LJ-250.3901.270.3901.27LGJ、LJ-350.3800.910.3800.910.4240.91LGJ、LJ-500.3680.630.3680.630.4120.630.4420.63LGJ、LJ-700.3580.450.3580.450.4020.450.4320.45LGJ、LJ-950.3420.330.3420.330.3860.330.4160.33LGJ、LJ-1200.3350.270.3350.270.3790.270.4090.27

附錄A架空線路每千米的電抗、電阻值LGJ-1500.3730.210.4030.21LGJ-1850.3650.170.3950.170.4400.1700.3150.085LGJ-2400.3580.130.3880.130.3420.1320.3100.066LGJQ-3000.3820.110.4270.1070.3080.054LGJQ-4000.3730.080.4170.0800.3030.040LGJQ-5000.4110.0650.3000.033LGJQ-6000.4050.0550.2970.028LGJQ-7000.3980.0440.2940.022

附錄B三芯電力電纜每千米的電抗、電阻值芯線截面（mm2）6kV10kV35kVx(Ω)r(鋁芯)(Ω)r(銅芯)(Ω)x(Ω)r(鋁芯)(Ω)r(銅芯)(Ω)x(Ω)r(鋁芯)(Ω)r(銅芯)(Ω)250.0851.2800.7400.0941.2800.740350.0790.9200.5400.0880.9200.540500.0760.6400.3900.0820.6400.390700.0720.4600.2800.0790.4600.2800.1320.4600.280950.0690.3400.2000.0760.3400.2000.1260.3400.2001200.0690.2700.1580.0760.2700.1580.119