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中性点不接地系统故障的几大特点

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2015-12-19 08:38:43

一、中性点不接地系统故障的特点

1、发生单相接地故障时,接地相对地电压下降,非故障相对地电压升高,最高可达线电压。 

对用电设备的绝缘水平应按线电压考虑;

2、发生单相接地故障时,三相之间的线电压仍然对称,用户的三相用电设备仍照常运行。可继续运行2小时。

3、电容电流较大,接地点可能出现电弧,产生过电压。

当电容电流超过一定值时,要求中性点经消弧线圈接地,以减小故障电流。

二、中性点不接地系统存在的问题

1.中性点不接地电网发生单相接地时,系统内部过电压水平高(可达到3.5~4.0倍相电压),持续时间长,而电缆和一些全封闭组合电气绝缘水平低。某些进口设备绝缘水平低于我国同电压等级设备的绝缘水平。以40.5kV真空断路器为例,进口设备工频交流试验标准是70kV,而我国同电压等级设备工频交流试验标准是95kV。而这些进口设备一旦击穿很难修复,因而不宜带单相接地故障继续运行。 

2.单相接地时,避雷器长时间在工频过电压下运行易发生损坏甚至爆炸。目前,采用提高氧化锌避雷器运行电压的方法来避免爆炸事故发生,但这并不经济,因而这种接地方式不利于无间隙氧化锌避雷器的推广应用。 

3.电缆的大量使用,已经不宜采用中性点不接地系统来保证供电的连续性。在这种中性点不接地系统中,当配电网电压发生突变、变压器高压线圈发生接地、系统发生接地或弧光接地故障时,都可能在系统中引发过电压。对于空载励磁特性较差的电压互感器,在过电压作用下,因励磁电流的剧增,会导致高压熔断器频繁熔断,甚至造成电压互感器烧毁,如果处理不当,或保护配置不周全,此类异常状况有可扩大为全厂性事故。

三、中性点不接地系统发生单相接地时,非故障相的相电压为何增加1.732倍?

中性点不接地系统正常运行时,各相对地电压是对称的,中性点对地电压为零,电网中无零序电压。由于任意两个导体之间隔以绝缘介质时,就形成电容,所以三相交流电力系统中相与相之间及相与地之间都存在着一定的电容。系统正常运行时,三相电压UA、UB、UC是对称的,三相的对地电容电流ic0也是平衡的。

因此,三相的电容电流相量和等于0,没有电流在地中流动。每个相对地电压就等于相电压。当系统出现单相接地故障时(假设C相接地) 。则C相对地电压为0,而A相对地电压U’A=UA+(-UC)=UAC,而B相相对地电压U’B=UB+(-UC)=UBC。

由此可见,C相接地时,不接地的A、B两相对地电压由原来的相电压升高到线电压(即升高到原来对地电压的√3 倍,即1.732倍)。

C相接地时,系统接地电流(电容电流)IC应为A、B两相对地电容电流之和。由于一般习惯将从电源到负荷方向取为各相电流的正方向,所以:IC=-(ICA+ ICB)。IC在相位上超前UC90 o,而在量值上由于IC=  ICA又因ICA=U’A/XC=  UA/XC= IC0,因此IC=3IC0,即一相接地的电容电流为正常运行时每相电容电流的三倍。

由于线路对地电容C很难确定,因此IC0和IC也不能根据电容C来精确计算。一般采用下列经验公式来计算中性点不接地系统的单相接地电容电流:IC=Ue(Ik+35IL)/350 Ue(为线路额定电压KV) Ik(为同一电压的具有电的联系的架空线路总长度) IL(为同一电压的具有电的联系的电缆线路总长度) 在不完全接地(即经过一些接触电阻接地)时,故障相对地的电压将大于0而小于相电压,而未接地相对地电压小于线电压,接地电容电流也比较小。

必须指出,当中性点不接地的系统中发生单相接地时,三相用电设备的正常工作并未受到影响,因为线路的线电压无论是相位还是量值均未发生变化,因此三相用电设备仍照常运行。但是这种线路允许在一相接地的情况下长期运行,因为如果另一相又发生接地故障时就形成两相接地短路,这是很危险的,会产生很大的短路电流,可能损坏线路设备。

因此,在中性点不接地的系统中,应该装置专门的接地保护或绝缘监察系统,在发生单相接地时,给予报警信号,以提醒值班人员注意及时处理。按我国规程规定:中性点不接地电力系统发生单相接地故障时,允许暂时运行2小时。运行维修人员应争取在两小时以内查出接地故障,予以排除 。

四、中性点不接地系统发生单相接地故障时的特点

1)故障相对地电压等于零,系统出现零序电压。

2)所有线路出现接地电流(零序电流),接地电流为容性电流,故障点接地电流等于所有线路的对地电容电流之和;

3)故障线路的零序电流等于所有非故障相的对地电容电流,方向由母线流向线路。

4)非故障线路的零序电流等于本身线路非故障相的对地电容电流,方向由母线流向线路。

五、中性点不接地系统单相接地情况

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。

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