(完)电力系统中性点的运行方式详解
中性点运行方式
2 中性点经消弧线圈接地系统
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问题的提出
为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？
中性点不接地电力网发生接地时，仍可继续运行
2h，但若接地电流值过大，会产生持续性电弧，
危胁设备，甚至产生三相或二相短路。
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2 中性点经消弧线圈接地系统
2.1 消弧线圈的工作原理
图3 中性点经消弧线圈接地的电力系统 （a）电路图 （b）相量图
假 设 条 件
C—各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，
组成分散电容：图1
为了方便讨论，认为：
1、三相系统对称
2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑
3、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C
6
2、分析：图1
1、三相系统对称时，三相电 压 U A、 UB、 U C 对称,即 U N U A U B U C 0
3.1
简化等值电路
假定C相完全接地，如下图。
图4 单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统
21
分
3.2 单相接地时 1、电压情况（C相）
析
接地相电压降低→为0
非接地相电压不变→为相电压 中性点对地电压不变→为0 2、电流情况 形成短路→危害大→装设继电保护→跳闸切除故障（供电可
靠性降低），避免接地点的电弧持续。
图2 单相接地故障时的中性点不接地的电力系统
（a）电路图 （b）相量图
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2、分析：图2
电压情况：
' UA
电流情况：
U A (U C ) U AC
' IC .C 0
' ' IC I .A C . B 3I C 0
电力系统中性点运行方式
电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式有不接地、经电阻接地、经消弧线圈接地或直接接地等多种。
我国电力系统目前所采用的中性点接地方式主要有三种：即不接地、经消弧线圈接地和直接接地。
小电阻接地系统在国外应用较为广泛，我国开始部分应用。
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，及时在正常运行状态下，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。
电力系统中性点运行方式
电力系统中性点运行方式电力系统中性点是指星形接线的变压器或发电机的中性点。
电力系统中性点的运行方式是一个复杂的系统工程问题，它涉及到短路电流的大小、供电的可靠性、过电压的大小、继电保护的配置及动作状态、通信的干扰、系统稳定等许多方面的综合技术问题，所以在确定一个电力系统中性点运行方式之前，须经合理的技术经济比较后确定。
电力系统中性点的分类：(1)电力系统的中性点有效接地，即中性点直接接地。
(2)电力系统的中性点非有效接地，其中包括中性点不接地、中性点经消孤线圈接、中性点经电阻接地。
各种中性点运行方式的特点：1、中性点不接地系统：在正常运行时，网络各相对地电压是对称的，其大小为相电压。
线路经过完整换位后，三相对地电容相等，则各相对地电容电流对称且平衡，无电容电流流入地中，所以中性点对地电压为零。
当发生单相接地故障时，接地相的电压变为零，未接地两相对地电压升高根号3倍。
变为线电压。
但在中性点不接地系统中，发生单相接地时，线电压不变，三相用电器工作不受影响，系统可继续供电。
但此时应发出信号，工作人员应尽快查清消除故障，一般允许继续运行时间不超过2小时，但我认为在中性点不接地运行的发电机，中性点不接地的高压大型电动机在发生单相接地，特别是在发生定子中的单相接地时，应采取立即停机检查。
因为，在定子槽中一般都用很薄的绝缘隔离着两相的线圈，即使在电机的端部也是这样的，如果线圈发生单相接地，很可能接地相对定子铁芯进行放电，而使相邻的另一相线圈绝缘损坏，造成相间短路的大事故。
2、中性点经消孤线圈接地系统：为了解决中性点不接地系统单相接地电流大、电孤不能熄灭的问题，最常用的方法是在中性点装设消孤线圈，利用消孤线圈中的电感电流和接地的电容电流相位相反进行补偿、抵消，使接地点电流变小，甚至为零，这样接地点的电流就能很快熄灭。
根据补偿程度的不同，有三种补偿方式：(1)会补偿：接地点电流为零。
从消孤的观点来看，全补偿最好，但实际上并不采用这种补偿方式，因为在正常运行中，由于各种原因造成电网三相电压不对称，中性点出现一定的电压时，可能引起串联谐振过电压。
电力系统中性点运行方式
电力系统中性点运行方式在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式：1，电源中性点不接地。
2，中性点经阻抗接地。
3，中性点直接接地。
我国220/380v低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线（neutral wire 代号N ），保护线（protective wire 代号PE）或保护中性线（PEN wire 代号PEN）。
中性线(N线)的功能，1，用来接额定电压为相电压的单相用电设备。
2，用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流。
3，减小负荷中性点的电位偏移。
保护线（PE线）的功能，为保障人身安全，防止触电事故用的接地线。
系统中所有设备的外露可导电部分（指正常不带电压，但是故障情况下能带电压的易被触及的导电部分，如金属外壳，金属架结构等），通过保护线的接地，可在设备发生直接故障时减少触电危险。
保护中性线（PEN wire 代号PEN）兼有中性线（N线）和保护线（PE线）的功能。
这种保护中性线在我国通称为“零线”，俗称“地线”。
低压配电系统的分类，按照接地形式分为：TN系统，TT系统，和IT系统。
TN系统中所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线（PE线）或公共的保护中性线（PEN线）。
这种接公共PE线或PEN线也称“接零”。
如果系统中的N线和PE线全部合并为PEN线，则称该系统为“TN-C”系统，如果系统中的N线和PE线全部分开，则此系统称为“TN-S”系统。
如果系统的前一部分，其N线与PE线合为PEN线，而后一部分线路的N线与PE线则全部或部分的分开，则此系统称为“TN-C-S”系统。
TT系统中的所有设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地。
IT系统中的所有设备的外露可导电部分也都各自经PE线单独接地，与TT系统不同的是，其电源中性点不接地或经1000欧姆的阻抗接地，且通常不引出中性线。
引出有中性线的三相系统，包括TN系统，TT系统，属于三相四线制系统。
中性点运行方式
1、中性点不接地系统 、
1.1正常运行状况 中性点不接地三相系统正常运行时，三相对地电压是对称的。若线路经 过完善的换位，输电线路三相导线对地电容也是相等的，所以各项对地 电也相等并对称。简化等值电路 如图相间及对地电容对称分布，对地电 容用集中电容表示，相间电容忽略
IA
电源
A B C
I fA
UA
0
UC
IC
IL
补偿方式的选择
全补偿：使IC=IL，补偿后接地点电流为零，但实际中电 网三相对地电容不可能完全相等，正常情况下中性点仍有 偏移，而全补偿可能引起串联谐振过电压。 欠补偿：使IL<IC，补偿后接地点尚有少量电容电流。在 欠补偿的情况下，如果切除线路（减少电容），或者系统 频率下降，或发生一相断线等，可能是系统接近或达到全 补偿引起过电压。 过补偿：使IL>IC，补偿后接地点有多余的电感电流流过。 这种方式可避免谐振过电压。但接地点流过的电感电流必 须在规定范围内，否则接地点下电弧不能自行熄灭。
& &′ &′ I C = −( I CA + I CB )
从矢量图中我们可以看到，故障后A、B两相的对 地电容电流分别超前各自相对地电压90度，由于A、 B两相对地电容电流夹角为60度，其矢量和为 − I C C相接地电流 I C 为电容电流，超前电压 U C 90度 从图中我们可以得出
′ 又因为 I CA = 3I C 0 I C = 3I C 0 所以
′ I C = 3I CA
非金属性接地均比金属性接地略有变化 接地电流在故障点会形成电弧，电弧可能 是稳定性或间歇性的。 当Ic<5A时，瞬时性→自然熄灭 当Ic>30A时，稳定性→烧毁设备→多相短 路 当Ic>5~10A时，间歇性→串联谐振过电压， 峰值可达相电压的2.5~3倍。
电力系统中性点运行方式
4、消弧线圈的设备选型
电网接地以后，消弧线圈的绝缘是薄弱环节之一，虽然线路总电容电流 已很小，这时也不应将消弧线圈停止运行。要发挥消弧线圈在单相闪络故障 时能降低恢复电压速度，降低弧光接地过电压和消除电磁式TV引起的铁磁谐 振过电压等作用。很多消弧线圈铭牌上规定：接地运行时间为2h。而在实际 查找接地时，有时因线路长、故障隐蔽等很难在2h内找到，可能造成用户停 电或烧坏消弧线圈的结果。故变电站消弧线圈的设备选型是非常重要的。 老式手动消弧线圈除需停电调分接头外，也不能自动跟踪补偿电网电容 电流等缺点外，脱谐度也很难保证在10％以内，其运行效果不能令人满意。 据统计分析表明，采用老式手动消弧线圈补偿的电网，单相接地发展成相间 短路的事故率在20％～40％之间，比采用自动跟踪补偿电网高出3倍以上。因 此，现在新安装的消弧线圈应装设自动跟踪补偿的消弧线圈。这种新的智能 型消弧线圈有很多优点：1）能自动跟踪电网参数变化，自动调整其分接头， 使残流达到最佳状态；2）增大了阻尼率，使中性点谐振电压降低，不会出现 过电压，故三种补偿方式均可选用；3）采用多功能接地变压器，既能接消弧 线圈，又能带站用电。 目前，自动消弧线圈有四大类：①用有载分接开关调节消弧线圈的分接 头；②调节消弧线圈的铁芯气隙；③直流助磁调节；④可控硅调节消弧线 圈。①②类有正式产品，其中用有载分接开关调节的消弧线圈运行技术较为 成熟。
1
L
（3）过补偿。
若IL>IC ,即 >3ωC时，（感抗小于容抗）接地处 具有多余的电感性电流，称为过补偿。过补偿方式可避 免产生串联谐振过电压，因此得到广泛采用。但必须指 出，在过补偿运行方式下，接地处将流过一定数值的电 感性电流这一电流值不能超过规定值。否则，故障点的 电弧将不能可靠地自动熄灭。
电力系统中性点运行方式
电力系统中性点运行方式电力系统中性点的运行方式正确与否，对电力系统的安全运行有很大的意义。
它关系到绝缘水平、通信干扰、继电保护及自动装置的正确动作等方面。
下面从电力系统运行的角度说明中性点的运行方式及所对应的电压等级。
一、电力系统中性点的运行方式发电机和变压器星形连接的结点称之为电力系统的中性点。
中性点的运行方式对电力系统的运行十分重要，是涉及到电力系统许多方面的综合性问题。
我国电力系统中性点运行方式有3种，直接接地（有效接地），不接地（中性点绝缘）和从属于不接地方式的经消弧线圈接地（非有效接地）。
二、中性点不接地系统对 中性点不接地系统，当一相发生故障接地时，不能构成短路回路，系统中点没有短路电流，系统仍可继续运行。
正常情况下三相对称，线间和相对地组成的等值电容 相等，中性点为地电位。
如果中性点与地向连，连线中没有电流，A相、B相、C相对地都是相电压，各相对地电容电流超前各相电压90°，通常树值不大。
若发生C相接地，C相自然成为地电位，C相与地之间形成的回路中的电压方程为U’c= Uc+Uo=0此时中性点对地电压Uo= -Uc其他两相对地电压Ua ，Ub为U’a= Ua+Uo= Ua-Uc=1.732 Uc∠-150°U’b= Ub+Uo= Ua-Uc=1.732 Uc∠150可以看出，当C相发生接地时，中性点对地电压升高为相电压，而非故障相对地电压升高为线电压；但三相线电压不变。
因此，只要各相对地绝缘能承受线电压，发生 单相接地时对三相用电设备的运行没有影响。
这是中性点不接地系统的一大优点。
按规程规定，在此情况下电网仍可运行2h。
但此时应发出单相接地的预告信号， 告之值班员并采取相应的措施。
在正常运行条件下，三相对地电容对称，三相电容电流之和为零。
发生单相接地的情况下，如C相接地，流过接地点的接地电流应为A、B两相对地电容电流之和，即Id= -(Ica+Icb)= -（jωCUa+jωCUb ）Id=j3ωCUc可见Id在相位上超前向量Uc90°，为容性电流，是正常时一相电容电流的3倍。
中性点运行方式
电力系统中性点运行方式我国电力系统中常见的中性点运行方式有中性点非有效接地和中性点有效接地两大类。
中性点非有效接地包括：不接地、经消弧线圈接地和经高阻接地，又称为小接地电流系统。
而中性点有效接地包括直接接地和经低阻抗接地，又称为大接地电流系统。
一、中性点不接地的三相系统1、中性点不接地系统的正常运行正常运行时，电力系统三相导线之间和各相导线对地之间，沿导线的全长存在着分布电容，这些分布电容在工作电压的作用下，会产生附加的容性电流。
各相导线间的电容及其所引起的电容电流较小，并且对所分析问题的结论没有影响，故可以不予考虑。
2、单相接地故障当中性点不接地的三相系统中，由于绝缘损坏等原因发生单相接地故障时，情况将会发生显著变化。
假设W相在k点发生完全接地的情况，W相对地电压为零，中性点对地电压上升为相电压，而且与接地相的电源电压反相。
（完全接地，又称为金属性接地，即认为接地处的电阻近似等于零）三相系统的三个线电压仍保持对称而且大小不变。
非故障相电压升高为线电压，非故障相的对地电容电流也就相应的增大到√3倍。
W相对地电容被短接，于是对地电容电流为零。
此时三相对地电容电流的向量和不再为零，大地中有容性电流流过，并通过接地点形成回路。
可见，单相接地故障时流过大地的电容电流，等于正常运行时每相对地电容电流的三倍。
接地电流Ic的大小与系统的电压、频率和对地电容的大小有关，而对地电容又与线路的结构（电缆或架空线）、布置方式和长度有关。
实用计算中可按计算为：对架空线路：I c=UL/350对电缆线路：I c=UL/10式中I c——接地电流，A；U——系统的线电压，Kv；L——与电压同为U，并具有电联系的所有线路的总长度，km。
当系统发生不完全接地，即通过一定的过渡电阻接地时，接地相的对地电压大于零而小于相电压，中性点的对地电压大于零而小于相电压，非接地相对地电压大于相电压而小于线电压，线电压仍保持不变，此时的接地电流要比金属性接地时小一些。
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引入新课：
2.2中性点经消弧线圈接地系统 2.3 中性点直接接地系统 2.4 中性点不同接地方式的比较和应用范围
2.2中性点经消弧线圈接地系统
2.2.1消弧线圈的工作原理
⒈ 正常运行（理想）情况 Ｕ0＝０→ＩL＝０，消弧线圈不起作用。 ⒉ 单相接地故障 (如C相完全接地) ⑴电压及电流关系分析 ①电压关系与不接地系统相同； ②在习惯规定方向下,ＩL和ＩC在接地处相互抵消而实现补偿。
2.3 中性点直接接地系统
⒈ 单相接地 中性点始终为地的零电位不位移，形成接地短路，巨大的短路电流使保 护动作断路器迅速切除接地故障部分，避免接地点的电弧持续。 ⒉ 特点 ⑴供电可靠性差，通过ＺＣＨ来纠正； ⑵Ｉd(1)可能大于Ｉd(3)且单相磁场对弱电干扰；
⑶不产生过电压，设备绝缘水平低20％，造价低。
重
难
点：电压及电流关系分析
点：中性点不接地系统发生单相接地时电压和电流的大小及 相位关系。
引入新课： 中性点不接地系统
2.1中性点不接地系统
2.1.1正常运行情况 ⒈简化等值电路 如图相间及对地电容对称分布，对地电容用集中电容表示，相间电容略。
⒉电压及电流关系分析 节点电压定律ＵN＝0，相量图：上图b ⒊结论 ⑴电源中性点与地同电位，各相的相电压等于各相的对地电压（不大的中性点位移电压略）；
第2 章 电力系统中性 点的运行方式
教学目的：了解电力系统中性点各种接地方式的工 作特点及应用范围 复习旧课： ⒈电力系统的概念及常用的电压级； ⒉发电机和变压器额定电压的确定 ⒊电力系统的中性点的概念：泛指运行中星形 和变压器的中性点。 连接的发电机
⒋中性点接地方式的提出：是个比较复杂的技术经济问题（可 靠性、过电压、绝缘配合、装置动作、弱电干扰及系统稳定）。 重 难 点：电压及电流关系分析 点：中性点不接地系统发生单相接地时电压和电流的大小及相 位关系。
2.4 中性点不同接地方式的比较和应用范围
② 10kV系统，Ｉc≯20A，否则采用经消弧线圈接地； ③ 20～60kV系统，Ｉc≯10A，否则采用经消弧线圈接地； ④ 发电机电压侧系统Ｉc≯５A，否则采用经消弧线圈接地。 小结新课：
1.补偿原理及方式；
2.直接接地系统的特点；
3．电力系统中性点各种运行方式的比较与适用范围。
⑵各相对地电容电流的大小相等Ｉ c0＝Ｕx／Ｘc，它们的相量和为零， 地中没有电容电流通过。 2.2.2 单相接地故障 ⒈ 简化等值电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
假定C相完全接地，如下图。
⒊ 结论： ⑴中性点对地电压升为相值（-Ｕc）； ⑵故障相对地电压为零，非故障相升为线值且相位改变; ⑶相对中性点电压和线电压仍不变，用户不知； ⑷接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的３倍，即Ｉc＝３Ｉco 架空线路──Ｉc＝ＵＬ／350 ＝(2.7～3.3)ＵＬ×10-3 (A) 电缆线路──Ｉc＝0.1ＵＬ (A)
2.4.1中性点不同接地方式的比较 1、供电可靠性 2、过电压与绝缘水平 3、继电保护 4、对通讯的干扰 5、系统稳定性 2.4.2中性点运行方式的应用范围 1．直接接地系统： ⑴ 380／220V三相四线制系统； ⑵ 110kV及以上的系统。 2．不接地系统： ⑴ 380V三相三线制系统； ⑵ 接地电流不超过规定值的60kV及以下高压系统： ① ３～６kV系统，Ｉc≯30A，否则采用经消弧线圈接地；
总接地电容电流： ⒋ 不完全接地 均比完全接地略有变化。 ⒌ 电网的工作状态及处理 ⑴接地电流产生的弧光接地： ①Ｉc＜５A：瞬时性→自然熄灭； ②Ｉc＞30A：稳定性→烧毁设备→多相短路； ③Ｉc＞５～10A：间歇性→串联谐振过电压,高达2.5～３～3.5Ｕx。 ⑵ 可以继续工作不超过二小时，但应采取必要措 施。用户承受的线电压正常；系统按线电压绝 缘；一次绕组为额定相电压的电压互感器饱和，超过 二小时易烧毁。 措施：通过监察装置发现、寻找、排除、转移负荷。 小结新课： ⒈中性点不接地系统发生单相接地时电压和电流的大小及相位关系； ⒉中性点不接地系统发生单相接地时用户继续工作的时间、原因及采取的措施。
布置作业：
第2 章 电力系统中性点的运 行方式
教学目的：了解电力系统中性点各种接地方式的工作特点及 应用范围。 复习旧课：
⒈电力系统的概念及常用的电压级；
⒉发电机和变压器额定电压的确定 ⒊电力系统的中性点的概念：泛指运行中星形连接的 发电机和变压
器的中性点。
⒋中性点接地方式的提出：是个比较复杂的技术经济问题（可靠 性、过电压、绝缘配合、装置动作、弱电干扰及系统稳定）。
⒊ 消弧线圈的简单构造原理 单相油浸式，带分段气隙铁芯，分接头有５～９档，型号XDJ(L)-35。 2.2.2 适用范围 35kV及以下接地电流不满足中性点绝缘系统规定值时采用； 个别雷害严重的地区110kV系统不得已采用 2.2.3 补偿方式 ⒈ 完全补偿 ＩL＝ＩC即１／ωＬ＝３ωＣ； 串联谐振过电压危及绝缘。 ⒉ 欠补偿 ＩL＜ＩC； 切除线路或频率下降可能谐振。 ⒊ 过补偿 ＩL＞ＩC≯10A； ⒋ 补偿容量的选择 Ｑh.e≥1.35ＩcＵx 5. 消弧线圈的安装地点 发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。