配电系统中性点接地方式及分析演示幻灯片.ppt

第2章 配电系统中性点接地方式及其分析不同中性点接地方式对配电系统绝缘水平、过电压保护的选择、继电保护方式等产生不同的影响。针对一个具体的配电系统，选择何种接地方式，要综合考虑多种因素，进行安全、技术及经济比较后确定。一、配电系统中性点的接地方式一、配电系统中性点的接地方式（1）中性点有效接地方式采用有效接地方式后，单相接地故障电流较大。又称为大电流接地方式。（2）中性点非有效接地方式采用非有效接地方式后，单相接地故障电流很小。又称为小电流接地方式。1中性点有效接地方式（1）中性点直接接地方式；（2）中性点经小电阻接地方式。1.中性点直接接地方式缺点：单相接地故障短路电流巨大，一般超过三相短路电流的50。巨大的短路电流会损坏设备、干扰通信，并产生跨步电压，威胁人身安全。实际电网中瞬时性单相接地故障概率多，影响供电可靠性。优点：单相接地故障时非故障相对地电压一般低于正常相电压的140，不会引起过电压。由于短路电流大，继电保护配置容易。2中性点有效接地方式2.中性点经小电阻接地方式接地电阻的大小应使流经变压器绕组的故障电流不超过每个绕组的额定值。发生单相接地时，非故障相电压可能较高。接地电阻的选取应参照以下情况：（1）以电缆线路为主的配电系统中，单相接地允许阻性接地电流较大，可达2000A；（2）以架空线路为主时的配电系统中，单相接地允许阻性电流较小，为300A。相对于中性点直接接地，小电阻接地配电系统单相接地故障电流较小，过电流危害较小。但由于故障电流仍然较大，必须立即切断故障线路，造成供电中断。3中性点非有效接地方式（1）中性点不接地方式；（2）中性点经消弧线圈接地方式；（3）中性点经高阻接地方式。1.中性点不接地方式优点：单相接地短路电流小。单相线电压仍然对称，可以带故障运行0.52小时，增加了供电可靠性。缺点：单相接地时稳态非故障相电压升高1.73倍。在一定的接地故障电流下，可能出现间歇性电弧，将出现严重暂态过电压。最大可达3.2倍相电压。一般用于分布电容电流较小的电网中。4中性点非有效接地方式2.中性点经消弧线圈接地方式消弧线圈相当于一个电感，装设于配变中性点上。单相接地故障时消弧线圈产生一个感性电流，补偿分布电容电流，减小了接地故障点电弧电流。目前多采用自动补偿消弧线圈。优点：补偿故障点电容电流，降低故障点电压上升速率，防止弧光过电压。也可以防止母线PT饱和引起的铁磁谐振过电压。缺点：当电网中分布电容很大时，消弧线圈容量随之增大，不经济。实现单相接地继电保护困难。在不具备直接安装消弧线圈的配电网中，可用消弧变压器代替消弧线圈。消弧线圈一般采用过补偿形式。5中性点非有效接地方式3.中性点经高阻接地方式对于馈线以电缆为主的城市核心区域采用中性点中值电阻接地方式。优点：由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件，还是系统谐振的阻尼元件，中性点经电阻接地方式可将弧光接地过电压限制到较低的水平，可从根本上抑制系统谐振过电压。可简化继电保护，方便地检测接地故障线路，隔离故障点。缺点：不能减小接地故障电流。我国上海、广州、深圳、珠海、苏州等城市已采用中性点经电阻接地方式，大多采用中阻接地方式。限制过电压不超过2.6倍，同时可以保证接地保护的灵敏度和选择性。随着配电网逐渐向以电缆为主的方向发展，中性点通过中值电阻接地是一种颇具生命力的接地方式，应推广使用。6二、配电系统中性点接地方式的选择二、配电系统中性点接地方式的选择配电网中性点接地方式的选择既要考虑技术因素，也要考虑经济因素。综合来说，需要考虑配电系统的各种运行方式、供电可靠性要求、故障时的过电压、人身安全、对继电保护的技术要求、设备投资等因素。1.高压配电网110kV及以上的高压配电网通常采用中性点直接接地方式。优点：线路绝缘投资小。如果采用非直接接地方式，会导致单相接地故障时非故障相严重过电压，对电气设备绝缘要求大大提高，增加了投资。缺点：发生单相接地故障时会产生很大故障电流，继电保护迅速跳闸，导致供电中断，影响供电可靠性。72.中压配电网主要是10kV电网，66kV、35kV电网中性点接地方式与中压电网类似。对于中压配电网，额定运行电压相对较低，单相接地故障过电压导致的绝缘费用增加不多，因此中性点直接接地方式的优势不明显。从世界范围来看，既有采用中性点有效接地方式，也有采用非有效接地方式。美国、英国、新加坡、我国香港地区一般采用中性点直接接地方式或经小电阻接地方式。德国、法国等欧洲国家、日本、俄罗斯一般采用非有效接地方式。我国中压配电网大多采用中性点非有效接地方式。一般情况下，在电容电流比较小的网络中，采用中性点不接地方式。在具有电缆和架空线路的配电网中，采用经消弧线圈接地方式。目前，在我国部分城市配电网中，逐渐采用中性点经小电阻接地方式。8低压配电系统（380V/220V）中性点的正确接地方式及对接地故障合理有效的保护是保证安全生产、系统可靠运行的重要方面。在我国现行建筑设备规范标准，将低压配电系统分为三种，即 TN系统、TT系统和 IT系统三种形式。（1）TN系统：电源中性点直接接大地，负荷设备地线接中性 线。是一种中性点直接接地方式。（2）TT系统：电源中性点直接接地，负荷设备地线就地接 大地。是一种中性点直接接地方式。（3）IT系统：电源中性点不接地或经阻抗接地。3.低压配电网9一、TN系统（是一种中性点直接接地系统），分为3种。TN系统中电源中性点（零线）直接接地，负荷设备地线直接接零线。被广泛应用于工矿企业的380/220V低压配电系统。（1）TN-S系统（安全可靠）（2）TN-C系统（3）TN-C-S系统L1、L2、L3：ABC相电源，相电源，俗称火线。俗称火线。N：中性线，俗称零线。中性线，俗称零线。PE：地线。地线。10二、TT系统（是一种中性点直接接地系统）电源的中性点与大地直接相联，负荷侧电气装置金属壳部分与接地极相联，负荷和电源接地极无电气联系。特点：特点：用电设备的接地用电设备的接地与电源的接地系统与电源的接地系统是分开的。是分开的。该系统仍然可以取得380/220V两种电压，分别供三相动力负荷和单相负荷使用。主要应用于低压公用电网及农村集体电网等小负荷系统。11三、IT系统（中性点不接地系统）电源中性点与大地之间无直接连接（或经过大电阻连接），负荷侧用电设备的外露金属壳部分与接地极相联。此系统中一般不引出中性线N。用于不准停电的煤矿、熔炼炉等场所。特点：特点：（小接地电流系统）（小接地电流系统）电源系统中性点不电源系统中性点不接地，发生单相接地接地，发生单相接地故障时，接地电流为故障时，接地电流为非故障两相对地电容非故障两相对地电容电流之和。电流之和。反应单相接地故障的漏电反应单相接地故障的漏电保护主要感受很小的接地零保护主要感受很小的接地零序电流。序电流。12三、配电系统接地故障的分析三、配电系统接地故障的分析1.中性点不接地系统接地故障分析ABCNND接地相电压为零；中性点电压升高为相电压；非故障相电压升高 倍；接地点电流为正常时三相电容电流代数和。13中性点不接地系统接地故障的零序等值电路14中性点不接地系统接地故障的过电压（1）稳态下的工频过电压；（2）操作过电压；（3）暂时过电压；（4）雷电过电压。操作过电压、暂时过电压都称为配电网内部过电压。内部过电压的能量来自电网内部，过电压的幅值与系统额定电压成正比。操作过电压：由于断路器操作、故障导致电网中某处参数突变，使电网从一种稳态向另一种新稳态过程过渡，从而产生过电压。持续时间短，一般在0.1秒以内。暂时过电压：因电网的电感、电容参数不当，出现各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高。具有一定振荡频率，由于无阻尼或弱阻尼，持续的时间较长。配电网内部过电压与电网结构、系统中各元件参数、中性点运行方式、故障性质及操作过程等因素有关。15中性点不接地系统接地故障过电压的分析单相接地故障的暂态过程会使正常相产生高频振荡电压，使回路中的接地电流急剧升高，其值远大于金属接地时的稳态电流。配电网单相接地故障时，从故障端口看入，可得配电网的正序、负序、零序等值电路图。复合序网是正、负、零序序网电路的串联。一般情况下，。是稳态电压分量；是谐振电压分量，其最大电压可达稳态电压的2倍。16配电网暂时过电压的分类（1）接地故障形成的过电压；单相接地故障发生概率大，一旦接地故障后，正常相对地电压升高，一般为额定相电压的1.732倍。如果发生谐振，电压会更高。可以采用避雷器来防治这种过电压。（2）负载突变形成的过电压；当突然切除或甩大负荷时，而导致的过电压。如长馈电线路末端切负荷时，由于空载线路具有的电容效应而使末端电压升高。通常可以采用并联电抗器的方法来防治这种过电压。（3）谐振过电压。电网中的电感、电容元件组成的电路中，自振荡频率等于某一谐振频率而发生的共振现象。可分为：电压互感器铁心饱和引起的过电压；配电变压器高压侧绕组接地故障引起谐振过电压；电压互感器定相谐振过电压；断线谐振过电压。17配电网操作过电压的分类（1）间歇性弧光过电压；出现在中性点不接地系统中，单相接地故障发生时电弧可能多次重燃、熄灭，使线路上的电荷重新分配多次，与电感谐振，使中性点电压升高，形成过电压。过电压可能的最大为3.4p.u.，持续时间小于2ms。（2）切小电感性电流产生的过电压；小电感性电流为空载变压器或电动机电流。因为断路器的灭弧能力是按照切大电流设计的，灭弧能力强。在切断小电流时就可能在电流过零前强制熄弧而造成截流，从而产生振荡导致过电压。（3）开断容性电流过电压；电容性电流指流过电容器、电缆或空载长线路的电流。在开断过程中如断口上的恢复电压上升速度超过介质强度的上升速度，造成断路器重燃，此时若断开两侧电压极性相反，重燃后产生振荡，导致过电压。（4）合空载长线过电压。当线路残余电压与电源极性相反时产生振荡，过电压可能达到额定电压的3倍。18