中性点运行方式.ppt

中性点运行方式中性点 变压器 作为电源 和发电机星形连接的公共端 线电压和相电压的关系 电网中性点运行方式 中性点的运行方式指的是中性点与大地之间的连接关系 中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性 中性点运行方式的不同 直接影响到安全和经济问题 需要进行综合比较分析 中性点运行方式的种类 中性点接地 属于大接地电流系统1 直接接地 又称为有效接地2 经低阻接地中性点不接地 属于小接地电流系统1 不接地 又称为中性点绝缘2 经消弧线圈接地3 经高阻接地 中性点运行方式的种类 网络绝缘参数和自然不平衡电压 绝缘参数 电网的对地绝缘电阻和对地分布电容电网自然不平衡电压 电网的不对称电压电网不对称度 不对称电压和相电压的比值 一 中性点不接地方式 主要特点 单相接地电流小适用范围 6 35kV电网 因为在这类电网中 发生单相接地故障的比例很大 采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流 从而减轻其危害 分析 单相接地电流 单相接地时的各相对地电压 中性点不接地方式 正常运行 三相对称 没有电流在地中流过 中性点对地电位为0各相对地电压等于相电压 其中C为电网对地电容 高压电网忽略电网对地绝缘电阻R 中性点不接地方式 单相接地 当发生金属性接地时 接地故障相对地电压为零 中性点对地的电压上升到相电压 且与接地相的电源电压相位相反 非故障相对地电压由相电压升高为线电压 三相的线电压仍保持对称且大小不变 对电力用户接于线电压的设备的工作并无影响 无须立即中断对用户供电 单相接地电流 等于正常运行时一相对地电容电流的三倍 为容性电流 中性点不接地方式 单相接地电流 电网模型 假设电网三相对称 忽略电网对地绝缘电阻 只考虑电网对地电容 电网正常时 三相电压对称 三相经对地电容流入大地的电流相量和为零 即没有电流在地中流动 各相对地电压等于相电压 发生单相接地时 接地相对地电压为零 而非故障相对地电压变为线电压 因而容易造成两相短路 单相接地电流 单相接地故障对电网的影响 单相接地时 由于线电压保持不变 使负荷电流不变 电力用户能继续工作 提高了供电可靠性 由于接地点的电弧或者由此产生的过电压可能引起故障扩大 发展成为多相接地故障 接地处有接地电流流过 会引起电弧 高温的电弧可能损坏设备 甚至导致相间短路 尤其在电机或电器内部发生单相接地出现电弧时最危险 非故障相电压升高到线电压 所以在这种系统中 电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑设计 从而相应地增加了投资 在中性点不接地系统中 应装设交流绝缘监察装置 当发生单相接地故障时 立即发出信号 规程规定 系统发生单相接地时 继续运行的时间不得超过2h 并要加强监视 适用范围 单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关 对于短距离 电压较低的输电线路 因对地电容小 接地电流小 瞬时性故障往往能自动消除 故对电网的危害小 对通讯线路的干扰小 对于高压 长距离输电线路 单相接地电流一般较大 在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃 出现间歇电弧 引起电网产生高频振荡 形成过电压 可能击穿设备绝缘 造成短路故障 为了避免发生间歇电弧 要求6 10kV电网单相接地电流小于30A 35kV及以上电网小于10A 因此 中性点不接地方式对高电压 长距离输电线路不适宜 二 中性点经消弧线圈接地 原理 单相接地电流主要是电容电流 如果能够在发生单相接地时部分或全部抵消掉电容电流 则单相接地电流将大减小 方法就是在中性点处加入消弧线圈 消弧线圈的工作原理 消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈 线圈的电阻很小 消耗功率小 电抗很大 保证对地绝缘水平 电抗值可用改变线圈的匝数来调节 发生单相接地故障时 通过消弧线圈使接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流 从而减小 甚至抵消接地电流 消除接地电弧引发的问题 提高供电可靠性 中性点经消弧线圈接地情况 中性点经消弧线圈接地时电流向量图 电容接地电流消弧线圈流过的电流完全补偿的条件即有 消弧线圈的补偿方式 完全补偿消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流 接地处电流为0 易满足谐振条件 形成串联谐振 产生过电压 欠补偿电感电流小于接地电容电流 单相接地时接地电流为容性 因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少 可能出现完全补偿 故一般也不采用 过补偿电感电流大于接地电流 单相接地电流为感性 过补偿方式在电网中得到广泛使用 但过补偿程度要合适 自动跟踪补偿单片机或微机控制 中性点经消弧线圈接地系统的适用范围 中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着在发生单相接地故障时 可继续供电2小时 提高供电可靠性 电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考虑 中性点经消弧线圈接地后 能有效地减少单相接地故障时接地处的电流 迅速熄灭接地处电弧 防止间歇性电弧接地时所产生的过电压 故广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主的3 60kV系统 三 中性点直接接地 中性点直接接地系统 正常运行时 由于三相系统对称 中性点对地电压为零 发生单相接地 就变成单相短路 继电保护装置应立即动作 使断路器断开 迅速切除故障部分 从而造成停电 单相短路时 故障相对地电压为零 非故障相对地电压基本不变 仍接近于相电压 中性点直接接地系统的优缺点 设备和线路对地绝缘可以按相电压设计 从而降低了造价 电压等级愈高 因绝缘降低的造价愈显著 由于中性点直接接地系统在单相短路时须断开故障线路 中断用户供电 影响供电可靠性 单相短路时短路电流很大 开关和保护装置必须完善 由于较大的单相短路电流只在一相内通过 在三相导线周围将形成较强的单相磁场 对附近通信线路产生电磁干扰 中性点直接接地系统的适用范围 目前我国电压等级为110kV及以上 380 220V三相四线制的系统 广泛采用中性点直接接地的运行方式 110kV及以上主要从绝缘角度考虑 节省投资380 220V三相四线制主要为了生成单相电压 中性点经电阻接地 中性点经低电阻接地中性点经高电阻接地优点是能将中性点电位 接地电流限制在一定范围之内 各种中性点运行方式比较 电网中性点运行方式的比较 小结 1 四种接地方式 中性点直接接地 不接地 经消弧线圈接地 经电阻接地2 两大类 中性点有效接地系统 中性点非有效接地系统3 适用范围4 优缺点5 应用情况介绍 1 中性点直接接地方式优点 这种方式下的非故障相对地电压不变 电气设备绝缘按相电压考虑 降低设备要求 在中性点直接接地的低压配电系统中 如为三相四线制供电 可提供380 220V两种电压 供电方式更为灵活 缺点 这种运行方式发生一相对地绝缘破坏时 就构成单相短路 供电中断 可靠性会降低 2 中性点不接地方式优点 在正常运行时 各相对地分布电容相同 三相对地电容电流对称且其和为零 各相对地电压为相电压 这种系统中发生一相接地故障时 线间电压不变 缺点 发生一相接地故障时 非故障相对地电压升高到原来相电压的倍 故障相电容电流增大到原来的3倍 电气设备的绝缘要按线电压来选择 安全保护接地 分类 保护接地 外壳接地工作接地 系统接地重复接地 零线的多点接地保护接零 外壳接零静电接地 设备接地 防止静电 防雷接地和防雷电感应接地 接地的基本概念 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接 称为接地 接地装置是由接地体和接地线两部分组成的 埋入地中并直接与大地接触的金属导体 称为接地体或接地极 接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线 称为接地线 由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体 称为接地网 当电气设备发生接地故障时 电流就通过接地体向大地作半球形散开 这一电流称为接地电流IE 试验表明 在距单根接地体或接地故障点20m左右的地方 实际上散流电阻已趋近于零 电位为零的地方 称为电气上的 地 或 大地 电气设备的接地部分与零电位的 地 大地 之间的电位差 就称为接地部分的对地电压 如图中的UE 接地电流 对地电压及接地电流电位分布曲线 接触电压和跨步电压 接触电压是指设备的绝缘损坏时 在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差 跨步电压是指在故障点附近行走 两脚之间出现的电位差 跨步电压和接触电压示意图 安全电压 42V36V24V12V6V安全电压 36V绝对安全电压 12V 保护接地 保护接地 将电气装置正常情况下不带电的金属部分与接地装置连接起来 以防止该部分在故障情况下突然带电而造成对人体的伤害 提出问题 如果不采用保护接地 当发生人身触电时 由于触电电流不足以使熔断器或者自动开关动作 因此危险电压一直存在 如果电网绝缘下降 则存在生命危险 图例 解决方法 采用保护接地之后 当发生人身触电时 由于保护接地电阻的并联 人身触电电压下降 假设人体电阻假设为1000 接地电阻为4 电网对地绝缘电阻为19k 图例 适用范围 此处接地电阻比电源处大 三相三线制供电系统 中性点不接地系统 采用保护接地可靠 对三相四线制系统 采用保护接地十分不可靠 一旦外壳带电时 电流将通过保护接地的接地极 大地 电源的接地极而回到电源 因为接地极的电阻值基本相同 则每个接地极电阻上的电压梅是相电压的一半 人体触及外壳时 就会触电 所以在三相四线制系统中的电气设备不推荐采用保护接地 最好采用保护接零 存在不足 如果两台设备同时进行保护接地 两者都发生漏电 但不为同一相 则设备外壳将带危险电压 图例如果将多个接地体用导体连接在一起 则可以解决此问题 称为等电位连接 连接线组成接地网 保护接地要耗费很多钢材 因为保护接地的有限性在于接地电阻小 注意事项 接地电阻一定符合要求 接地一定可靠 保护接地的目的是降低外壳电压 但由于工作性质的要求 并不需要立即停电 一般允许运行半小时 所以危险一直存在 从防止人身触电角度考虑 既然保护接地不能完全保证安全 应当配漏电保护器 但从安全生产角度考虑 不允许漏电就断电 所以是个矛盾 根据现场实际情况决定漏电时是否断电 如果要求断电则安装跳闸线圈 产品 选择性漏电保护装置 TN系统 IT系统和TT系统 第1个字母反映电源中性点接地状态 T 表示电源中性点工作接地 I 表示电源中性点没有工作接地 或采用阻抗接地 第2个字母反映负载侧的接地状态 T 表示负载保护接地 但与系统接地相互独立 N 表示负载保护接零 与系统工作接地相连 第3个字母C 表示零线 个性线 与保护零线共用一线 第4个字母S 表示中性线与保护零线各自独立 各用各线 TN系统 TN系统 新国标规定 凡含有中性线的三相系统统称为三相四线制系统 即TN系统 这种系统将电气设备正常不带电的金属外壳与中性线相连接 在我国380 220V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N和保护线PE TN系统按其PE线的形式又可分为三种 即TN C系统 TN S系统 TN C S系统 TN C系统 系统的中性线N和保护线PE合为一根PEN线 电气设备的金属外壳与PEN线相连 若开关保护装置选择适当 可满足供电要求 并且其所用材料少 投资小 故在我国应用最普遍 TN S系统 系统的中性线N和保护线PE是分开的 所有设备的金属外壳均与公共PE线相连 正常时PE上无电流 因此各设备不会产生电磁干扰 所以适用于数据处理和精密检测装置使用 此外 N和PE分开 则当N断线也不影响PE线上设备防触电要求 故安全性高 缺点是用材料多 投资大 在我国应用不多 TN C S系统 这种系统前边为TN C系统 后边为TN S系统 或部分为TN S系统 它兼有两系统的优点 适于配电系统末端环境较差或有数据处理设备的场所 IT系统 TT系统 配电系统的中性线N引出 但电气设备的不带电金属部分经各自的接地装置直接接地 保护接地 作用分析 保护接地的作用 1 对电源中性点不接地的系统中 如果电气设备金属外壳不接地 当设备带电部分某处绝缘损坏碰壳时 外壳就带电 其电位与设备带电部分的电位相同 显然这是十分危险的 2 采取保护接地后 接地电流将同时沿着接地体与人体两条途径流过 因为人体电阻比保护接地电阻大得多 所以流过人体的电流就很小 绝大部分电流从接地体流过 分流作用 从而可以避免或减轻触电的伤害 保护接地的实质和关键 实质 通过接地电阻与人身电阻的并联 使整体电阻下降 当发生漏电时 降低人体触电电流 关键 接地电阻越小越好 保护接地 局限性 在电源中性点直接接地的系统中 保护接地有一定的局限性 这是因为在该系统中 当设备发生碰壳故障时 便形成单相接地短路 短路电流流经相线和保护接地线 电源中性点接地装置 如果接地短路电流不能使熔丝可靠熔断或自动开关可靠跳闸时 漏电设备金属外壳上就会长期带电 也是很危险的 重复接地 重复接地可在系统中发生碰壳短路时降低零线的对地电压 减轻触电的危险 当采用保护接零而零线断裂时 如果在断线后的电力设备有一相碰壳 则后面的零线会带上相电压 造成危险 采用了重复接地后 接在断裂处后面的所有电气设备外壳上的对地电压UE U 危险程度大大降低 保护接零 定义 保护接零 将电气设备正常情况下不带电的金属部分用金属导体与系统中的零线连接起来 当设备绝缘损坏碰壳时 就形成单相金属性短路 短路电流流经相线 零线回路 而不经过电源中性点接地装置 从而产生足够大的短路电流 使过流保护装置迅速动作 切断漏电设备的电源 以保障人身安全 保护接零又叫保护接中线 在三相四线制系统中 电源中线是接地的 将电气设备的金局外壳或构架用导线与电源零线 即中线 直接连接 就叫保护接零 图例 对三相四线制 如果不采用保护接零 设备漏电时 人的接触电压为火线电压 十分危险 人体触及外壳便造成单相触电事故 图例 对三相四线制 如果采用保护接零 当设备漏电时 将变成单相短路 造成熔断器熔断或者开关跳闸 切除电源 就消除了人的触电危险 因此采用保护接零是防止人身触电的有效手段 图例 工作零线不允许断线 为防止可将工作零线重复接地 接零线一定要真正独立地接到零线上去 正确接法 错误接法 保护接零的基本作用是当某相带电部分碰连设备外壳时 通过设备外壳形成该相对零线的单相短路 短路电流促使线路上过电流保护装置迅速动作 把故障部分断开电流 消除触电危险 保护接零的实质是提高动作电流 而保护接地的实质是降低人身触电电压 保护接零 实质和关键 实质 提高动作电流 将漏电流变成单相短路电流 实质是提高漏电电流和减小动作时间 关键 一定有可靠的保护装置与之配合 否则故障更严重 这种安全技术措施用于中性点直接接地 电压为380 220伏的三相四线制配电系统 三线三线制不可能进行保护接零 因为没有零线 一定有快速可靠的开关 否则将加重触电的危险性 采取保护接零 一定防止单相设备电源端火零接反 否则设备外壳将带上火线电压 同一电网中不宜同时用保护接地和接零 电机1漏电 形成单相接地短路时 如果短路电流不足以