有线电视技术 技术交流 中性一点 揍抛 参 黧危。害 袁克雯 国家新闻出版广电总局９１ ６台 摘要：本文对电力系统中的中性点不接地系统正常运行和出现单相接地故障时的情况进行了分析，并指出了中－眭点不 接地系统发生单相接地故障时对设备所造成的危害。 关键词：电力系统 中性点不接地系统单相接地故障 危害 １ 前言 电力系统通常将三相绕组首端ｕ、ｖ、Ｗ分别引出 三根导线作为三相交流电源的输出端，而将三相绕组 尾端ｘ、Ｙ、ｚ连在一起的一端称为中性点，中性点用ｎ 表示，如图１所示。 ２中性点不接地系统单相 接地故障的危害 ２．１ 中性点不接地系统正常运行情况 电力系统三相导线之间、各相导线对地之间以及 沿导线全长都均匀分布有电容，这些电容将引起附加 电流。各相导线问的电容及其所引起的附加电流较 小，可忽略不计。各相导线对地之间的分布电容，分别 三相电气设备在正常运行过程中，往往会出现三 相短路、两相短路、单相接地等故障，其中最常见的是 单相接地故障。为了方便处理故障，提高供电的可靠 性，根据不同系统的情况，将中性点采用了不同的连 用集中的等效电容ｃ 、 、 来表示。图１为简化的中 性点不接地三相系统正常运行情况下的电路图，图中 断路器ＱＶ正常运行时，处于合闸状态。 设电源１１、ｖ、Ｗ三相的相电压分别为Ｕｕ、Ｕｖ、Ｕｗ， 并且三相是对称的。三相导线对地电容ｃ 、 、 可以 看成是以地为中性点的一组星形负荷。这样，电源与 地之间便形成为一个具有三个节点的交流电路，用节 点法（弥尔曼定律）可求得电源中性点ｎ与地之间的 电压 ： ： 接方式。中性点常见连接方式有三种：不接地、经消弧 线圈接地和直接接地。由于广电系统电压等级不高， 通常是３５ｋＶ和１０ｋＶ，用电线路都不长，接地电流也 较小，绝缘方面的投资增加不多，而供电的可靠性却 要求较高，所以３５ｋＶ系统和１０ｋＶ系统都采用中性 点不接地的连接方式。 ｓ每 每 刁 ｓ每粤 ｓ每ｓ每 每 每 年 每 故障。有些故障可以通过钥匙切换开关来清除，即将 钥匙切换开关从ＲＵＮ拨到ＰＲＯＧ位置，再拨回ＲＵＮ 后将备用程序重新写入ＣＰＵ并存储到后备存储块内 即可。完成程序更新后，复查处理器两个通道的定义， 通道０和ＭＭＩ连接，要设置为ＤＨ４８５形式，否则，不 能和ＭＭＩ通讯，除非修改ＭＭＩ的通讯协议，重新建 立新的通讯方式。通道１则为ＤＨ＋通道，通过ＡＢ公 位置。那些通过将钥匙开关从编程打到运行或重新上 电也清除不了的错误，需要通过软件诊断或纠正。如 果一些通过重新上电或转动钥匙开关仍然不能够清 除故障，则对ＣＰＵ程序重新刷新，且多数故障均能够 消除。ＣＰＵ程序重新刷新的时候，需要ＤＨ＋卡将ＣＰＵ 上ＤＨ＋端口和计算机ＵＳＢ口连接起来，建立通讯，然 司型号为１７８４Ｕ２ＤＨＰ的ＤＨ＋卡，连接编程用计算 机，可以刷新修改程序，并可以对运行的程序进行监 控。Ａ ２０１ ３年第８期（总第２８４期） ● 技术交流 有线电视技术 所示，图２中仅示出ｕ相情况， ＝ ＋， 。 ● （ Ｊ Ｉ ．１ｔ｛ ｔ“ｔ ｔ一７ ｕ １ 、 ７７ ７＝Ｔ ７７ ７Ｔ７ Ｔ 图ｌ 中性点不接地系统正常运行时的简化电路图 Ｉ ｃｕ ． 设电源中性点ｎ对地之间的电压为 ，则： 一 图２中性点不接地系统正常运行情况相量图 一 等 当各相对地电容不相等时，ｕ 不为零，此时会发 生中性点位移现象，但正常运行时，中性点所产生的 位移电压较小，一般可以忽略不计，故认为电源中性 点与地的电位相等，各相对地电压等于相电压，大地 中没有电容电流流过。 ２＿２ 中性点不接地系统发生单相接地故障时的情况 在中性点不接地的三相系统中，当由于电缆中间 接头、终端头发生击穿，架空线路、电气设备绝缘损坏 式中： 、 、 为电源各相的相电压； Ｙ 、Ｙ 、Ｙ 、Ｙ 为各相和中性点对地的复导纳。 因电源中性点ｎ不接地，则中性点ｎ对地的复阻 抗细 复导纳 ＝一 ， 假如ｊ相导线经完善换位，各相对地电容就可以近似 相等，即Ｃ ＝ ＝Ｃｗ＝ｃ，则Ｙ ＝ｌ， ｌ， ＝Ｙ，因此： 凡＝一 ＝一 等原因而发生单相接地故障时，情况将发生明显的变 化。图３所示为ｗ相ｄ点发生单相金属性接地（接地 处的电阻近似于零）故障。 当Ｗ相接地时，Ｗ相对地的复阻抗为零，复导纳 Ｙ －－ＯＯ，Ｙ 远大于ｌ， 和ｌ， ，ｙ 和ｌ， 可以忽略不计。设 此时中性点对地的电压为 ，其表达式如下： ＿／＿（ （ ＋ ＋ ） 一—— ３ 由于电源ｕ、ｖ、ｗ三相的相电压分别为 、 、 ， 并且三相是对称的，所以 ＋ ＋ ＝０，则： ：一 ＝一 Ｙ ＂ ¨ 半Ｙ ＝一± ± ）＿＿０ 上式表明，当Ｗ相完全接地时，中性点对地的电 压不再为零，而为一 ，即 ＝一 。 各相对地的电压也会发生变化：Ｗ相接地时，Ｗ 相对地电压为零，即 ＝可见，正常运行时电源中性点ｎ对地的电压为 零，即中性点ｉｉ对地的电位相等。 如各相对地的电压分别用 、 、 表示，则： ＝０；未接地的ｕ相对地电压 ｃｌ ＝ ＋ ＝ ； ＝ ，＋ ＝ ； ＝ ＋ ： 由此可知，各相对地的电压分别为电源各相的相 Ｕｕ＋ ＝ －Ｃ＝Ｕｕ ；未接地的ｖ相对地电压 ＝ ＋ ＝ －Ｃ＝ ，可见，此时未接地相ｕ、ｖ两相对 地的电压上升为线电压。 电压。在此对地电压的作用下，各相对地的电容电流， 、 、 大小相等，相位互差１２０￣，如图２（ｂ）所示， ＋ 各相对地电压的相量关系如图３（ｂ）所示， 之问的夹角为６０。。此时，ｕ相、Ｗ相间电压为 相、Ｗ相间电压为 和 ｖ Ｉｃ￣＝Ｏ。 各相对地电容电流之和为零，所以没有电容电流 相当于正常运行时的线电压三 流过大地。各相电源电流 、 、 应为各相负荷电 流 、 、 与对地电容电流的相量和，如图２（ａ） 角形（虚线三角形）平移到三角形Ｕ Ｖ Ｗ 的位置，即 三角形的线电压保持对称，且大小不变。因此，对电力 ●】Ｉ； ２０１ ３年第８期（总第２８４期） 有线电视技术 技术交流 、、、、、 、 （ａ）电路图 图３ 中性点不接地系统单相接地电路及相量图 用户接于线电压设备的工作并无影响，无须立即对用 户中断供电。 由于ｕ、ｖ两相对地电压（相电压）较单相接地前 地时，即通过一定的电阻接地，接地的一相，其对地电 压大于零而小于相电压，未接地的一相，其对地的电 压大于相电压而小于线电压，中性点对地电压大于零 升高了、／丁倍，则相对地的电容电流也相应增大 、／ 倍。如正常运行时，各相导线对地的电容相等， 设为Ｃ，则正常运行时，各相对地的电容电流的有效 值也相等，且： Ｉ ｃｕ而小于相电压，线电压仍保持不变，此时的接地电流 也要小一些。 ２．３ 中性点不接地系统单相接地的危害 发生单相接地故障时，由于线电压保持不变，三 相用户虽能继续工作，但值得注意的是，由于长时间 运行非故障相的电压升至线电压，可能会造成非故障 相绝缘薄弱处被击穿，形成相问短路，从而损坏线路 及用电设备。我台曾经出现过一起由于中性点不接地 的３５ｋＶ系统，电缆终端１３相击穿后，接着又发生中间 接头Ａ相击穿的事故。此外，当单相接地电容电流较 大时，会在接地点引起稳定的电弧，高温的电弧可能 会损坏设备，特别是在高压开关柜中三芯电缆终端发 生单相击穿接地故障，会危及开关柜的安全；间歇电 弧可产生间歇电弧过电压，威胁电力系统的安全运 行。 Ｉ．ｃ 一ｃ ＝ｍＣＵ 式中： 为电源的相电压。 单相接地故障时，未接地的ｕ、ｖ相，其对地电容 电流的有效值为 ＝，， ＝、／ ｃ ；ｗ相接地时，该 相对地电容被短接，ｗ相对地电容电流为零。此时，三 相对地电容电流之和不再为零，大地中将有电流流 过，并通过接地点形成回路，如图３（ａ）所示。如选择 电流的参考方向为从电源到负载的方向，则Ｗ相接地 处的接地电流，用，。表示，， ＋，， ＋ ＝０；， 一（，，。 ＋ ），由图３（ｂ）可见， 和 分别超前 和 ９０。， 和 之间的夹角为６０。，两者的相量和为一， 。 ３小 结 接地电流 超前 ９０。，为容性电流，接地电流的有效 值为 ＝ｘ／３，，。 ＝、ｖ／３ 式中： ＝３ｗＣＵ．。 中性点不接地系统，发生单相接地故障时，不需 要立即断开故障部分，不必中断向用户供电，大大提 高了供电的可靠性，但是要注意：必须在较短的时间 内，一般允许继续运行两小时左右，在此期问，应迅速 发现并消除接地故障，以免由于未接地一相对地电压 长期升高，而发展成为多相接地短路。还值得注意的 为电源的相电压； 为角频率； Ｃ为相对地的电容。 可见，单相接地故障时的故障电流等于正常运行 时一相对地电容电流的三倍。接地电流 的值与网络 的电压、频率和对地的电容有关，而对地的电容又与 线路的结构（电缆或架空）和长度有关。 以上分析是完全接地时的情况。当发生不完全接 是，电压高、线路长时，其接地电流值较大，可能会在 接地处形成稳定的或间歇性的电弧，危害电气设备的 安全，因此必须做好预防措施。Ａ ２０１ ３年第８期（总第２８４期） ●
