电力系统中性点接地方式

知识点：中性点

一、定义

    中性点：电力系统中发电机、变压器或电动机绕组星型接线时，其公共点称为中性点。  

二、种类

1.不接地系统    

2.直接接地系统

3.经电阻接地

4.消弧线圈接地

整体来分，中性点接地可分为大接地电流系统（也称有效接地系统）和小接地电流系统（也称非有效接地系统）。前者包括：直接接地、经低阻值电阻接地，后者包括：中性点不接地、消弧线圈接地、谐振接地和经高阻值电阻接地。

三、选择中性点接地的原则是：

1.保证供电的可靠性

2.保证电力系统的过电压水平和绝缘等级

3.符合继电保护要求

4.对通信系统干扰小

5.保证电气设备的安全

总之，中性点采用何种运行方式，实际上是一个涉及电力系统许多方面的综合

性问题。本文对此作一般性介绍。

四、各种接地方式比较

1、中性点不接地（绝缘）的三相系统
      各相对地电容电流的数值相等而相位相差120°，其向量和等于零，地中没有电 容电流通过，中性点对地电位为零，即中性点与地电位一致。这时中性点接地与否对各相对地电压没有任何影响。可是，当中性点不接地系统的各相对地电容不相等时，即使在正常运行状态下，中性点的对地电位便不再是零，通常此情况称为中性点位移即中性点不再是地电位了。这种现象的产生，多是由于架空线路排列不对称而又换位不完全的缘故造成的。
       在中性点不接地的三相系统中，当一相发生接地时：一是未接地两相的对地电压升高到√3倍，即等于线电压，所以，这种系统中，相对地的绝缘水平应根据线电压来设计。二是各相间的电压大小和相位仍然不变，三相系统的平衡没有遭到破坏，因此可继续运行一段时间，这是这种系统的最大优点。但不许长期接地运行，尤其是发电机直接供电的电力系统，因为未接地相对地电压升高到线电压，一相接地运行时间过长可能会造成两相短路。所以在这种系统中，一般应装设绝缘监视或接地保护装置。当发生单相接地时能发出信号，使值班人员迅速采取措施，尽快消除故障。一相接地系统允许继续运行的时间，最长不得超过2h。三是接地点通过的电流为电容性的，其大小为原来相对地电容电流的3倍，这种电容电流不容易熄灭，可能会在接地点引起弧光解析，周期性的熄灭和重新发生电弧。弧光接地的持续间歇性电弧较危险，可能会引起线路的谐振现场而产生过电压，损坏电气设备或发展成相间短路。故在这种系统中，若接地电流大于5A时，发电机、变压器和电动机都应装设动作于跳闸的接地保护装置。
2、中性点直接接地

    中性点直接接地的系统属于较大电流接地系统，一般通过接地点的电流较大，可能会烧坏电气设备。发生故障后，继电保护会立即动作，使开关跳闸，消除故障。目前我国110kV以上系统大都采用中性点直接接地。

    对于不通等级的电力系统中性点接地方式也不一样，一般按下述原则选择：220kV以上电力网，采用中性点直接接地方式；110kV接地网，大都采用中性点直接接地方式，少部分采用消弧线圈接地方式；20～60kV的电力网，从供电可靠性出发，采用经消弧线圈接地或不接地的方式。但当单相接地电流大于10A时，可采用经消弧线圈接地的方式；3～10kV电力网，供电可靠性与故障后果是其最主要的考虑因素，多采用中性点不接地方式。但当电网电容电流大于30A时，可采用经消弧线圈接地或经电阻接地的方式；1kV以下，即220/380V三相四线制低压电力网，从安全观点出发，均采用中性点直接接地的方式，这样可以防止一相接地时换线超过250V的危险（对地）电压。特殊场所，如爆炸危险场所或矿下，也有采用中性点不接地的。这时一相或中性点应有击穿熔断器，以防止高压窜入低压所引起的危险。

3.中性点经电阻接地

    采用了中性点经电阻接地的方式。可以消除不接地系统的两个缺点：一个是减少接地过电压的危险性；另一个是由于这种接地电流比直流接地系统小，对邻近通信线路干扰小。

    有些配电网发展很快，城市中心区大量敷设电缆，单相接地电容电流增长较快，虽然装了消弧线圈，由于电容电流较大，且运行方式经常变化，消弧线圈调整困难，还由于使用了一部分绝缘水平低的电缆，为了降低过电压水平，减少相间故障可能性，因此采用了中性点经低电阻接地的方式。

（1）、高阻值接地
    中性点经高电阻接地，其接地电流一般小于10A。从限制弧光接地过电压考虑，在电弧点燃到熄灭的整个过程中，系统所积累的多余电荷在熄灭后半个工频周波内能够通过Rn泄漏掉，过电压幅值就可明显下降。

     中性点的电阻值应满足的条件为：Rn≤1/3ωC其中C为系统的每相与地的分布电容。

  中性点高值电阻器接地系统是限制接地故障电流水平为10A以下，高电阻接地系统设计应可以限制由于间歇性电弧接地故障时产生的瞬态过电压。

    优点：

a 可防止和阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，在2.5倍及以下。

b 接地电流水平为10A以下，减小了地位升高。

c 接地故障可以不立即清除，因此能带单相接地故障相运行。 

缺点：使用范围受到限制，适用于某些小型6～10KV配电网和发电厂厂用电系统。 

（2）、低阻值接地
      根据经验低阻值接地故障电流一般为100A～1000A。阻值再低就不如用电抗器接地有效。因为接地电阻过小，其接地电流就很大，因此电阻器的功率就很大，非常笨重。低电阻接地的优点是快速切除故障，过电压水平低，可采用绝缘水平较低的电缆和设备。但应考虑供电可靠性要求， 故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响， 对通信的影响和继电保护技术要求。
   该接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市配电网、发电厂厂用电系统及工矿企业配电系统。

优点：内部过电压（含弧光过电压、谐振过电压等）水平低，提高网络和设备的可靠性。大接地电流（100～1000A），故障定位容易，可以正确迅速切除接地故障线路。

缺点：因接地故障入地电流If=100～1000A，地电位升高比中性点不接地、消弧线圈接地、高值电阻器接地系统等的高。n接地故障线路迅速切除，间断供电。

4. 中性点经消弧线圈接地的三相系统

上面所讲的中性点不接地三相系统，在发生单相接地故障时虽还可以继续供电，但在单相接地故障电流较大，如35kV系统大于10A，10kV系统大于30A时，就无法继续供电。为了克服这个缺陷，便出现了经消弧线圈接地的方式。目前在35kV电网系统中，就广泛采用了这种中性点经消弧线圈接地的方式。
消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，装设在变压器或发电机的中性点。当发生单相接地故障时，可形成一个与接地电容电流大小接近相等而方向相反的电感电流，这个滞后电压90°的电感电流与超前电压90°的电容电流相互补偿，最后使流经接地处的电流变得很小以至等于零，从而消除了接地处的电弧以及由它可能产生的危害。消弧线圈的名称也是这么得来的。当电容电流等于电感电流的时候称为全补偿；当电容电流大于电感电流的时候称为欠补偿；当电容电流小于电感的电流的时候称为过补偿。一般都采用过补偿，这样消弧线圈有一定的裕度，不至于发生谐振而产生过电压。

	不接地	直接接地	电阻接地	消弧线圈接地
接地电流	小	最大	中等	最小
接地故障时的相电压	大（等于线电压）	最小	中	大（等于线电压）
变压器等设备的绝缘水平	最高	最低	中	高
向双重接地发展的可能性	最大	最小	小	中
接地故障 继电保护	需专门技术	简单可靠	简单可靠	需专门技术
断路器工作	由三相短路电流确定	比三相短路电流大，动作次数多	由三相短路电流确定，动作次数多	由三相短路电流确定，动作次数少
接地故障的供电切断情况	能够自然熄弧的情况下不切断供电	立即跳闸	立即跳闸	立即消弧
接地及地网建设费用设备费用	最少	地网建设费用大	中	接地设备价格高

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