10kV系统中性点接地方式

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1、10kV 系统的接地方式系统的接地方式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，ICL1ICL2ICL3UC，其 ICL1ICL2ICL30，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，

2、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 14.2-1 10kV 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 14.2-2 10kV 系统

3、接地故障矢量图L1 相发生接地故障，相当于在 L1 相上加上 U0UL1，L2 相 L3 相也加上U0UL1，非故障相对地电压升高倍，其夹角由 120变成 60，合成的电容电流增3大倍，接地故障电流为单相电容电流的 3 倍，Id3UC。3(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倍。系统内设备或电缆绝缘等级相应提高，例如，10kV 电3

4、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 1.5s2.0s。采用电子式保护 器延时时限选定

5、为 0.2s0.3s，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 5A10A，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

6、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 14.2-4 a)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 14.2-4 b)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ararc LLUXUI式中 U电网的相电压；Lar、Xar消弧线圈的电感和电抗。 a)

7、示意图 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：220dUU 式中 电网不对称度， 其中 a 为复数算子321322 1LLLLLL CCCaCCaC ， ，CL1、CL2、CL3分别为 L1 相、L2 相、L3 相23 21Ja23 212Ja对地分布电容，F。设 CL1CL2CL33C；补偿脱谐度， ；CLC 3/13d电网阻尼度， ；CggdL 33 U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

8、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：22)/13()3(LCggUILd按消弧线圈对系统容性电流补偿大小可分为：a) ，称全补偿。CL3/1 b) ，称欠补偿；CL3/1 c) ，称过补偿。CL3/1 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 为零，系统中性点位移电压 U0最大，当电网不对称度 较大时，系统中性点有

9、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 5A10A 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 倍。3图 14.

10、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 510 年的发展规划确定，并应按下式计算：335. 1UIn cw 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

11、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， 不应超过变压器三相总容量的 50%，并不得大于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

12、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

13、 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 12100V 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350lUIn C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

14、:A)。 b) 电缆线的电容电流计算 一般来讲，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lUInC1 . 0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

15、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 300A800A，10kV 系统低 电阻接地方式接地电阻不同地区选择为 10 或 16。 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