对变压器中性点接地方式的分析

对变压器中性点接地方式的分析 笈v『吖/刀,/ 聋一,j一7对变压器中性点接地方式的分析 阜新矿务局艾友煤矿胡占东 煤矿井下安全供电与变压器中性点接地 方式有关.采取何种方式才是最佳,是个争议 的问题,中性点各种接地方式各有优缺点,对 下列接地方式进行分析比较: 1.变压器中性点不接地系统} 2.变压器中性点经高阻抗接地系统; 3.变压器中性点经低阻抗接地系统} 4.变压器中性点直接接地系统. 由于l,2两系统安全性能基本相似,可 合并一起分析,而34两系统近似,合并一起 分析. 一 ,变压器中性点不接地系统 1.惠略电网各相耐地电容时 对地电容的大小,决定线路的总长度,小 于lkm时,对地电容不大,电容电流很小,可 以忽略不计.如图1中a所示.图中用电阻 rm和rc表示各相对地分布绝缘电阻. (1)正常状态下 电阿每相与地用绝缘材料加以绝缘,对 ? _> 地都存在绝缘电阻.电阿中导线是导体,地也 是导体,两者之问用绝缘介质加以隔离,存在 电容.这些沿线路全长分布,称为对地分布电 容.电阿正常运行时,各项对地绝缘电阻和对 地分布电容相等. 电源相电压U,ue和uc是对称的, 即: U^=Uc;UU^+U日+Uc=0 式中的u?为电源的相电压. 各相对地的绝缘电阻值,电容也是相等, 即: r^=r=rc—rC^=C日=(一C 三相对称绝缘电阻r,r和rc是一个对 称星形负裁,其中性点为地.因此当未发生人 身触电或单相接地故障前,每相对地电压与 相电压相等对称的.假想负载中性点(即大 地)与变压器中性点之间没有电位差,变压器 中性点电压u.为零.每相绝缘电阻中流过 的电流I,I和Ic也是对称的,即 A ^ b' 图1蕾略电啊甘地电容时的^身触电电谶回路 r一田b一电压向量田c,电掘向量田 L一1.=,+,+Jc一.出现下列关系:一,一, ? 34? Uc—Icrc (2)人身触电时 当人身触及电网一相或接地故障时,破 坏上述电网对称关系,就有电流通过人体或 通过接地点.该电流的大小和电网对地电容 大小有关.如触及A相时,通过人体的电流, 经过其他两相的绝缘电阻,ra和rc形成通 路,A相绝缘电阻r与人体电阻R并联,该 相对地电阻为: .Rr^ "一 破坏三相星形负载对称值,各相对地电 压和电流发生新的变化负载的中性点与变 压器中性点之间便出现电位差,即u.?0. 如图lb所示,电压向量图中负载的中性点, 由0点移到0点,.0点标志着u.的大小及 方向.A相对地电压便由u值降低到u (向量OA),其余两相增加到ue和u(分 别为向量0B和Oc),它们之间关系式为: U^一【厂^+UnU一U+Uo 【,c—Uc+Uo 各相对地(即O点)的电压便不平衡.此 时三相电源的线电压仍保持对称,对负裁的 正常运行并无影响. 由于各相对地电压不等,各相对地绝缘 电阻中,流过的电流不同,可写成下式: ;r己,^己,^+己,0 一—一 【,【厂月+己,o 』一一 rr 己,cc+U0 』C一一 rcrc 同时,人身触电电流值I为 +Uo孔L .一—?一—3R.—+r 在忽略电容的条件下,变压器中性点对 地的电压u.和A相电源电压的相位相反, 而人身触电电流值1却与A相电源电压u 相同.绝对值分别为: u一3R . -~-r一3—R, - ~-r,一——' r 3c,^3己,. 一一 3R.@r 式中 u,——电源的相电压,V r——电网每相对地绝缘电阻,n; R——人身电阻,n. 一 般认为30mA为人身触电安全极限 值.在忽略电网对地电容时,当绝缘电阻值等 于或大于35000~时,就能防止人身触电. (3)单相接地时 如A相发生直接接地故障时,在接地点 便有电流流过,是单相接地电流.此时故障相 对地电压为零,而另两相对地电压升高v,了 倍,变成线电压三相对地电压之和不为零, 于是出现零序电压U和零序电流I,单相 接地电流值l.,令R一O,即: .:一j.一一j,: 绝对值一! 从以上分析发生金属性接地时:?接地 相电压为零;?非接地相电压升v,了倍;? 线电压保持对称性f?产生电火花不致点燃 瓦斯和煤尘. 图2考虑电网对地电容时的 人身触电电流回路 a一电路圈b一电压向量圈 ?35- 2.考虑电网各相对地电容时 电网线路总长度大于lkm时,对地分布 电容较大,电容电流不能忽略. (1)正常状态下 在正常状态下电源相电压是对称的,即: ^=Um=Uc=U.UA+U自十Uc一0 各相对地绝缘电阻相等,即 ==rc=r 各相对地的电容值也相同,即: 一 Cs—Cc—C 三相电网对地就相当接上了三个绝缘电 阻r和电容c并联组成的对称负载.其中性 点(即地)的电位和变压器中性点的电位相 同,鼹衮压器中性点对地的电压为零(u.= 0),此时没有零序电流. (2)人体触电时 如触及A相,便有电流通过人体.该电 流流过rib,rc,和岛,cc,而A相r和c与 人身电阻R.并联.由于兰相电网对地阻抗不 同,各相对地的电压就不对称.由于三相电网 对地电压对称性被破坏,变压器中性点与地 之间出现电位差,Uo=f=O,甩容性阻抗z.代替 电阻r 一 Z0 一面 式中 zo——电网每相对地的零序阻抗.它是 绝缘电阻r和电容电抗并联 以后的数值,即: Zn一—--—y—a.cr. r—J口c ac——电网每相对地的容抗, nl C--电网每相对地电容,,I 一 2,——交流电的角频率,rod/sI 当,=50/-/=时,=314radfs. 零序电流值为, :U.一, "一.面 ?36. 此时的人身触电电流值l为: .-0rr L= 人身触电电流的绝对值I.为: ,.:.—:::::一 /,.r(rq-6R.) .9(1+r埘zC)R. 式中 【——电源的相电压,V} R.——人身电阻,一般取IO00,Q~ r——电网每相对地的绝缘电阻,D; c——电网每相对地电容,F; =2——交流电角频率,rad/s, 当f=50l-Iz时,?:=314tadfs 由此看出,人身触电电流的大小,不仅与 电网的绝缘电阻r和电容c有关,而且与电 源相电压成正比.在同样绝缘电阻和电容条 件下,电压越高,危险性越大.如660V电网 的人身触电电流值为380V的厂倍. (3)单相接地时 ? 如A相发生直接接地故障,有单相接地 电流流过接地点,经其他两相r和c流回电 源.此时A相对地电压为零,占,_c两相对地 电压变成线电压.由于三相电网对地电压不 平衡,则三相对地电压之和不为零,所以 ?O.夸兄一0,则: .= 警一一 单相接地电流,则将Z0代入 t=一=36c等'一_=. r .'''' -- ''..''... J'—(~—c 其绝对值为: L: 由于电网电容存在,使人身触电和单相 接地的危险有所增加,只有通过电容电流的 补偿措施,才能实现安全运行 二,变压器中性点直接接地系统 1.人体触电时 当人体触及一相导体,如图3所示,此时 便有电流通过人体,经过变压器中性点构成 回路.人体触电电压等于相电压,人身触电电 流为; 老 h 图3中性点按地系统中.当一相碰地而人体 触及男一相时的情况 式中 L——人身触电电流值,^I 【,,——电源的相电压,V} R——人身电阻,D. 上式中变压器阻抗,线路阻抗,地和变压 器中性点的接地电阻被忽略外,电网对地电 阻和电容,对人身触电电流无影响,人体触电 电流值只与电网的电压和人体电阻有关.在 人体电阻一定情况下,电压越高,人体触电电 流越大.可见,变压器中性点直接接地系统, 人体触电电流值要比中性点不接赳.系统大得 多(约2.47倍),是很危险的. 2.单相接地时 在变压器中性点直接接地系统中,发生 单相接地故障时.便有很大的单相短路电流 漉过故障点,而短路点所产生的电弧足以引 起瓦斯,煤尘燃烧或爆炸. 单相短路电流 ; 井下660V电网中,R.为工作接地撅接 地电阻4t'l,RI为故障点土壤流散电阻16t"I, 计算出Ill;19A,足以引起瓦斯,煤尘爆炸. 中性点不接地系统比中性点接地系统,在人 触电时.通过人体的电流小得多.同样,发生 单相接地故障时,入地电流也很小,不会发生 电弧而引起瓦斯,煤尘爆炸,危险性大大减 少.所以煤矿井下电网采用中性点不直接接 地运行方式比较合理.必须采取接零措施,单 相接地短路电流值使过流保护装置可靠动 作,及时切除接地故障. 三,变压器中性点接地方式比较 中性点不直接接地(忽略电容电流),人 体触及一相时 1.1= 中性点直接接地系统,当人体触及导体 一 相时 ; 乏 比较 Uj 老一击=笼×;黧+壶. 3...R..'. .'. +.——r ; 1+麦;1+-12.66倍 非直接接地的缺点,当一相接地时,不易 被人发觉,容易触及两相短路,保护装置不动 作.有电网电容电流,增加补偿装置易引爆, 必须装绝缘监视.规程电容电流为20A. 结论.从以上分析结果,综合对比看,没 有绝对优越方式.总的来看,经阻抗接地的方 式是比较可取的,一般应与电网的电容自动 补偿的漏电保护装置相配合,才是最安全可 靠的运行方式. (责任编辑王延新) ?37t