电力系统中性点接地方式分析

2013-07-19沈培锋

中国科技信息 2013年21期

沈培锋

鲁南技师学院 276000

引言

最常见的220V/380V低压电力系统为三相四线制，存在三根相线和一根零线，其中零线引自电源（发电机或变压器二次线圈）的中性点。通常在低压供电系统中，电源的中性点是接地的，这种低压供电系统，由于能够方便地为三相负荷提供380V的三相电源，又能够为单相负荷提供220V的单相电源，因此应用极为广泛。本文将通过读者容易理解的“地图法”介绍其相电压与线电压之间的比值关系，并在读者对“地图法”有所掌握的基础上，介绍我国常见的高压供电系统的中性点不同接地方式及其特点，使读者对高压电力系统不同接地方式的采用原因加以理解。在高压供电系统中一般存在三种中性点接地方式：1）中性点不接地；2）中性点经消弧线圈接地；3）中性点直接接地。本文将对以电源中性点的上述三种接地方式的特点进行逐一分析，其中笔者总结的“地图法”将为读者理解相关内容提供帮助。

1 中性点直接接地的220/380V低压供电系统

图1-a是中性点直接接地的220/380V低压供电系统的电路图，其中任何一根相线与零线之间的电压为220V，任何两根相线之间的电压为380V，它们之间的电压数量关系可以用“地图法”来说明：如图1-b为一张“地图”,上面标注了U、V、W、N共四个点，其中U、V、W三个点构成一个边长为220m的等边三角形，N点恰好位于等边三角形的中央。只要用尺子量一下就会发现，N点与U、V、W任何一点之间的长度均为220m。如果实际距离的220m和380m距离过远，不便于测量的话，读者可以在纸上画出边长为380mm的等边三角形，量一下中心点N到U、V、W任何一个顶点的距离均为220mm。在是中性点直接接地的220/380V低压供电系统中，U、V、W、N四个点之间的电压关系与“地图法”中U、V、W、N四个点之间的距离关系是一样的。如果把220 看做为1，则380可以看做（220/380=1/ ， ≈1.732），以上关系可用图1-c表示。

图1 中性点直接接地的220/380V低压供电系统

“地图法”是笔者用来解释三相供电系统中的电压关系而采用的方法，这种方法易于读者理解和掌握，避免了读者花大量的时间学习正弦函数的加减运算，也避免去了读者学习“相量法”而遭受抽象理解之苦。“地图法”也会给读者理解以下三方面的知识提供帮助。

2 中性点不接地的高压供电系统

2.1 采用的情况

我国3～66KV的电力系统，特别是3～10KV的电力系统，一般采用中性点不接地的运行方式，如图2-a所示。由于各相电力线路本身与大地之间存在一定的对应面积，因此各相与大地之间存在天然的电容值。

2.2 正常工作时的电压关系

中性点不接地的高压电力系统，U、V、W任何一条相线对中性点N的电压若为1，则各条相线彼此之间的电压则为（线电压），三相负载的电压取自线电压，其值也为。此时图2-a的中性点N有两个，读者应特别注意，图2-b中显示U、V、W各相的对地电压值为1。

图2 中性点不接地的高压供电系统

2.3 正常工作时的对地电容电流

由于各相电力线路与大地之间自然存在电容值，因此通过自然分布于各相线路与大地之间的电容，会有感应电流产生，其电流值一般较小，仅达到几安培或十几安培。

2.4 单相故障接地时的电流、电压分析

图2-c显示，其中有一相（如W相）电力线路发生了单相故障接地，则接地电流会从C相通过接地点，流经另外两相的对地电容形成电流回路，理论计算表明，故障相的接地电流会达到正常对地感应电流的3倍左右。若此时流过故障接地点的接地电流值仍然较小，不会引起接地电弧的产生，则这样的高压电力系统一般采用中性点不接地的运行方式（如图2-a所示）。如果此时的接地电流值较大，能够在故障接地点产生接地电弧，则应该采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，通过消弧线圈的作用，消除接地电弧。

图2-d显示了两个重要信息：（1）由于W相与大地相连接，因此在图中“W”与“地”相重合,成为了一个点，其他非故障相U和V的对地电压不再是1,而升高为。因此，设计高压电缆时，其各相的对地绝缘不应按照1来设计，而应按照来设计，即应按线电压来设计。（2）U、V、W之间的线电压与没有发生变化，仍为，及输送给负载的电压没有发生变化，负载的工作不收影响。这就是我国3～66KV的电力系统，特别是3～10KV的电力系统，一般采用中性点不接地的运行方式的原因。

3 中性点经消弧线圈接地的高压供电系统

3.1 采用的情况

我国3～66KV的电力系统，若单相故障接地电流值较大，能够在故障接地点产生接地电弧，则应该采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。

3.2 故障接地时电流、电压分析

图3 中性点经消弧线圈接地的高压供电系统

如果有一相电力线路发生单相故障接地（如图3-a所示W相发生单相故障接地），则故障点与其它两相对地电容之间及故障点与消弧线圈之间均会形成电流回路，由于消弧线圈为电感性质，对地电容为电容性质，则两个回路电流方向相反，相互抵消，接地点的总电流大大降低。可见，在消弧线圈的帮助下，一般可消除对地电弧。

W相发生单相接地故障后，“W”与“地”相重合（如图3-b所示），成为了一个点，其他非故障相U和V的对地电压不再是1，而升高为。这种情况设计高压电缆时，各相的对地电压仍应按线电压来设计。

另外，无论是中性点不接地还是中性点经消弧线圈接地的电力系统，一旦发生单相接地故障，系统短时间内可以继续工作，因为此时U、V、W之间的电压与正常工作时相同，负载工作不受影响，但系统应当发出报警信号，工作人员应及时排除故障；若单相接地故障发生的时间较长，则有可能再有一相发生接地故障，形成两相接地短路，这是不允许的。