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電力系統(tǒng)各種接地方式的比較

發(fā)布時間:2023-11-01
中性點:電力系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器或電動機繞組星型接線時,其公共點稱為中性點。
整體來分,中性點接地可分為大接地電流系統(tǒng)(也稱有效接地系統(tǒng))和小接地電流系統(tǒng)(也稱非有效接地系統(tǒng))。前者包括:直接接地、經(jīng)低阻值電阻接地,后者包括:中性點不接地、消弧線圈接地、諧振接地和經(jīng)高阻值電阻接地。
1、中性點不接地(絕緣)的三相系統(tǒng)
各相對地電容電流的數(shù)值相等而相位相差120°,其向量和等于零,地中沒有電 容電流通過,中性點對地電位為零,即中性點與地電位一致。這時中性點接地與否對各相對地電壓沒有任何影響??墒?,當中性點不接地系統(tǒng)的各相對地電容不相等時,即使在正常運行狀態(tài)下,中性點的對地電位便不再是零,通常此情況稱為中性點位移即中性點不再是地電位了。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生,多是由于架空線路排列不對稱而又換位不完全的緣故造成的。
在中性點不接地的三相系統(tǒng)中,當一相發(fā)生接地時:一是未接地兩相的對地電壓升高到√3倍,即等于線電壓,所以,這種系統(tǒng)中,相對地的絕緣水平應根據(jù)線電壓來設計。二是各相間的電壓大小和相位仍然不變,三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞,因此可繼續(xù)運行一段時間,這是這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點。但不許長期接地運行,尤其是發(fā)電機直接供電的電力系統(tǒng),因為未接地相對地電壓升高到線電壓,一相接地運行時間過長可能會造成兩相短路。所以在這種系統(tǒng)中,一般應裝設絕緣監(jiān)視或接地保護裝置。當發(fā)生單相接地時能發(fā)出信號,使值班人員迅速采取措施,盡快消除故障。一相接地系統(tǒng)允許繼續(xù)運行的時間,最長不得超過2h。三是接地點通過的電流為電容性的,其大小為原來相對地電容電流的3倍,這種電容電流不容易熄滅,可能會在接地點引起弧光解析,周期性的熄滅和重新發(fā)生電弧。弧光接地的持續(xù)間歇性電弧較危險,可能會引起線路的諧振現(xiàn)場而產(chǎn)生過電壓,損壞電氣設備或發(fā)展成相間短路。故在這種系統(tǒng)中,若接地電流大于5a時,發(fā)電機、變壓器和電動機都應裝設動作于跳閘的接地保護裝置。
2、中性點直接接地
中性點直接接地的系統(tǒng)屬于較大電流接地系統(tǒng),一般通過接地點的電流較大,可能會燒壞電氣設備。發(fā)生故障后,繼電保護會立即動作,使開關(guān)跳閘,消除故障。目前我國110kv以上系統(tǒng)大都采用中性點直接接地。
對于不通等級的電力系統(tǒng)中性點接地方式也不一樣,一般按下述原則選擇:220kv以上電力網(wǎng),采用中性點直接接地方式;110kv接地網(wǎng),大都采用中性點直接接地方式,少部分采用消弧線圈接地方式;20~60kv的電力網(wǎng),從供電可靠性出發(fā),采用經(jīng)消弧線圈接地或不接地的方式。但當單相接地電流大于10a時,可采用經(jīng)消弧線圈接地的方式;3~10kv電力網(wǎng),供電可靠性與故障后果是其最主要的考慮因素,多采用中性點不接地方式。但當電網(wǎng)電容電流大于30a時,可采用經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地的方式;1kv以下,即220/380v三相四線制低壓電力網(wǎng),從安全觀點出發(fā),均采用中性點直接接地的方式,這樣可以防止一相接地時換線超過250v的危險(對地)電壓。特殊場所,如爆炸危險場所或礦下,也有采用中性點不接地的。這時一相或中性點應有擊穿熔斷器,以防止高壓竄入低壓所引起的危險。
3.中性點經(jīng)電阻接地
采用了中性點經(jīng)電阻接地的方式??梢韵唤拥叵到y(tǒng)的兩個缺點:一個是減少接地過電壓的危險性;另一個是由于這種接地電流比直流接地系統(tǒng)小,對鄰近通信線路干擾小。
有些配電網(wǎng)發(fā)展很快,城市中心區(qū)大量敷設電纜,單相接地電容電流增長較快,雖然裝了消弧線圈,由于電容電流較大,且運行方式經(jīng)常變化,消弧線圈調(diào)整困難,還由于使用了一部分絕緣水平低的電纜,為了降低過電壓水平,減少相間故障可能性,因此采用了中性點經(jīng)低電阻接地的方式。
(1)、高阻值接地
中性點經(jīng)高電阻接地,其接地電流一般小于10a。從限制弧光接地過電壓考慮,在電弧點燃到熄滅的整個過程中,系統(tǒng)所積累的多余電荷在熄滅后半個工頻周波內(nèi)能夠通過rn泄漏掉,過電壓幅值就可明顯下降。
中性點的電阻值應滿足的條件為:rn≤1/3ωc其中c為系統(tǒng)的每相與地的分布電容。
中性點高值電阻器接地系統(tǒng)是限制接地故障電流水平為10a以下,高電阻接地系統(tǒng)設計應可以限制由于間歇性電弧接地故障時產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓。
優(yōu)點:
a 可防止和阻尼諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓,在2.5倍及以下。
b 接地電流水平為10a以下,減小了地位升高。
c 接地故障可以不立即清除,因此能帶單相接地故障相運行。
缺點:使用范圍受到限制,適用于某些小型6~10kv配電網(wǎng)和發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)。
(2)、低阻值接地
根據(jù)經(jīng)驗低阻值接地故障電流一般為100a~1000a。阻值再低就不如用電抗器接地有效。因為接地電阻過小,其接地電流就很大,因此電阻器的功率就很大,非常笨重。低電阻接地的優(yōu)點是快速切除故障,過電壓水平低,可采用絕緣水平較低的電纜和設備。但應考慮供電可靠性要求, 故障時瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流對電氣設備的影響, 對通信的影響和繼電保護技術(shù)要求。
該接地方式適用于以電纜線路為主,不容易發(fā)生瞬時性單相接地故障且系統(tǒng)電容電流比較大的城市配電網(wǎng)、發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)及工礦企業(yè)配電系統(tǒng)。
優(yōu)點:內(nèi)部過電壓(含弧光過電壓、諧振過電壓等)水平低,提高網(wǎng)絡和設備的可靠性。大接地電流(100~1000a),故障定位容易,可以正確迅速切除接地故障線路。
缺點:因接地故障入地電流if=100~1000a,地電位升高比中性點不接地、消弧線圈接地、高值電阻器接地系統(tǒng)等的高。n接地故障線路迅速切除,間斷供電。
4. 中性點經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)
上面所講的中性點不接地三相系統(tǒng),在發(fā)生單相接地故障時雖還可以繼續(xù)供電,但在單相接地故障電流較大,如35kv系統(tǒng)大于10a,10kv系統(tǒng)大于30a時,就無法繼續(xù)供電。為了克服這個缺陷,便出現(xiàn)了經(jīng)消弧線圈接地的方式。目前在35kv電網(wǎng)系統(tǒng)中,就廣泛采用了這種中性點經(jīng)消弧線圈接地的方式。
消弧線圈是一個具有鐵芯的可調(diào)電感線圈,裝設在變壓器或發(fā)電機的中性點。當發(fā)生單相接地故障時,可形成一個與接地電容電流大小接近相等而方向相反的電感電流,這個滯后電壓90°的電感電流與超前電壓90°的電容電流相互補償,最后使流經(jīng)接地處的電流變得很小以至等于零,從而消除了接地處的電弧以及由它可能產(chǎn)生的危害。消弧線圈的名稱也是這么得來的。當電容電流等于電感電流的時候稱為全補償;當電容電流大于電感電流的時候稱為欠補償;當電容電流小于電感的電流的時候稱為過補償。一般都采用過補償,這樣消弧線圈有一定的裕度,不至于發(fā)生諧振而產(chǎn)生過電壓。
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