沈培鋒

魯南技師學(xué)院 276000

引言

最常見的220V/380V低壓電力系統(tǒng)為三相四線制，存在三根相線和一根零線，其中零線引自電源（發(fā)電機(jī)或變壓器二次線圈）的中性點。通常在低壓供電系統(tǒng)中，電源的中性點是接地的，這種低壓供電系統(tǒng)，由于能夠方便地為三相負(fù)荷提供380V的三相電源，又能夠為單相負(fù)荷提供220V的單相電源，因此應(yīng)用極為廣泛。本文將通過讀者容易理解的“地圖法”介紹其相電壓與線電壓之間的比值關(guān)系，并在讀者對“地圖法”有所掌握的基礎(chǔ)上，介紹我國常見的高壓供電系統(tǒng)的中性點不同接地方式及其特點，使讀者對高壓電力系統(tǒng)不同接地方式的采用原因加以理解。在高壓供電系統(tǒng)中一般存在三種中性點接地方式：1）中性點不接地；2）中性點經(jīng)消弧線圈接地；3）中性點直接接地。本文將對以電源中性點的上述三種接地方式的特點進(jìn)行逐一分析，其中筆者總結(jié)的“地圖法”將為讀者理解相關(guān)內(nèi)容提供幫助。

1 中性點直接接地的220/380V低壓供電系統(tǒng)

圖1-a是中性點直接接地的220/380V低壓供電系統(tǒng)的電路圖，其中任何一根相線與零線之間的電壓為220V，任何兩根相線之間的電壓為380V，它們之間的電壓數(shù)量關(guān)系可以用“地圖法”來說明：如圖1-b為一張“地圖”,上面標(biāo)注了U、V、W、N共四個點，其中U、V、W三個點構(gòu)成一個邊長為220m的等邊三角形，N點恰好位于等邊三角形的中央。只要用尺子量一下就會發(fā)現(xiàn)，N點與U、V、W任何一點之間的長度均為220m。如果實際距離的220m和380m距離過遠(yuǎn)，不便于測量的話，讀者可以在紙上畫出邊長為380mm的等邊三角形，量一下中心點N到U、V、W任何一個頂點的距離均為220mm。在是中性點直接接地的220/380V低壓供電系統(tǒng)中，U、V、W、N四個點之間的電壓關(guān)系與“地圖法”中U、V、W、N四個點之間的距離關(guān)系是一樣的。如果把220 看做為1，則380可以看做（220/380=1/ ， ≈1.732），以上關(guān)系可用圖1-c表示。

圖1 中性點直接接地的220/380V低壓供電系統(tǒng)

“地圖法”是筆者用來解釋三相供電系統(tǒng)中的電壓關(guān)系而采用的方法，這種方法易于讀者理解和掌握，避免了讀者花大量的時間學(xué)習(xí)正弦函數(shù)的加減運(yùn)算，也避免去了讀者學(xué)習(xí)“相量法”而遭受抽象理解之苦。“地圖法”也會給讀者理解以下三方面的知識提供幫助。

2 中性點不接地的高壓供電系統(tǒng)

2.1 采用的情況

我國3～66KV的電力系統(tǒng)，特別是3～10KV的電力系統(tǒng)，一般采用中性點不接地的運(yùn)行方式，如圖2-a所示。由于各相電力線路本身與大地之間存在一定的對應(yīng)面積，因此各相與大地之間存在天然的電容值。

2.2 正常工作時的電壓關(guān)系

中性點不接地的高壓電力系統(tǒng)，U、V、W任何一條相線對中性點N的電壓若為1，則各條相線彼此之間的電壓則為 （線電壓），三相負(fù)載的電壓取自線電壓，其值也為 。此時圖2-a的中性點N有兩個，讀者應(yīng)特別注意，圖2-b中顯示U、V、W各相的對地電壓值為1。

圖2 中性點不接地的高壓供電系統(tǒng)

2.3 正常工作時的對地電容電流

由于各相電力線路與大地之間自然存在電容值，因此通過自然分布于各相線路與大地之間的電容，會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，其電流值一般較小，僅達(dá)到幾安培或十幾安培。

2.4 單相故障接地時的電流、電壓分析

圖2-c顯示，其中有一相（如W相）電力線路發(fā)生了單相故障接地，則接地電流會從C相通過接地點，流經(jīng)另外兩相的對地電容形成電流回路，理論計算表明，故障相的接地電流會達(dá)到正常對地感應(yīng)電流的3倍左右。若此時流過故障接地點的接地電流值仍然較小，不會引起接地電弧的產(chǎn)生，則這樣的高壓電力系統(tǒng)一般采用中性點不接地的運(yùn)行方式（如圖2-a所示）。如果此時的接地電流值較大，能夠在故障接地點產(chǎn)生接地電弧，則應(yīng)該采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，通過消弧線圈的作用，消除接地電弧。

圖2-d顯示了兩個重要信息：（1）由于W相與大地相連接，因此在圖中“W”與“地”相重合,成為了一個點，其他非故障相U和V的對地電壓不再是1,而升高為 。因此，設(shè)計高壓電纜時，其各相的對地絕緣不應(yīng)按照1來設(shè)計，而應(yīng)按照 來設(shè)計，即應(yīng)按線電壓來設(shè)計。（2）U、V、W之間的線電壓與沒有發(fā)生變化，仍為，及輸送給負(fù)載的電壓沒有發(fā)生變化，負(fù)載的工作不收影響。這就是我國3～66KV的電力系統(tǒng)，特別是3～10KV的電力系統(tǒng)，一般采用中性點不接地的運(yùn)行方式的原因。

3 中性點經(jīng)消弧線圈接地的高壓供電系統(tǒng)

3.1 采用的情況

我國3～66KV的電力系統(tǒng)，若單相故障接地電流值較大，能夠在故障接地點產(chǎn)生接地電弧，則應(yīng)該采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。

3.2 故障接地時電流、電壓分析

圖3 中性點經(jīng)消弧線圈接地的高壓供電系統(tǒng)

如果有一相電力線路發(fā)生單相故障接地（如圖3-a所示W(wǎng)相發(fā)生單相故障接地），則故障點與其它兩相對地電容之間及故障點與消弧線圈之間均會形成電流回路，由于消弧線圈為電感性質(zhì)，對地電容為電容性質(zhì)，則兩個回路電流方向相反，相互抵消，接地點的總電流大大降低?？梢?，在消弧線圈的幫助下，一般可消除對地電弧。

W相發(fā)生單相接地故障后，“W”與“地”相重合 （如圖3-b所示），成為了一個點，其他非故障相U和V的對地電壓不再是1，而升高為 。這種情況設(shè)計高壓電纜時，各相的對地電壓仍應(yīng)按線電壓來設(shè)計。

另外，無論是中性點不接地還是中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)，一旦發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)短時間內(nèi)可以繼續(xù)工作，因為此時U、V、W之間的電壓與正常工作時相同，負(fù)載工作不受影響，但系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)發(fā)出報警信號，工作人員應(yīng)及時排除故障；若單相接地故障發(fā)生的時間較長，則有可能再有一相發(fā)生接地故障，形成兩相接地短路，這是不允許的。

4 中性點直接接地的高壓供電系統(tǒng)

4.1 采用的情況

我國110KV及以上的高壓、超高壓電力系統(tǒng)，一般采用中性點直接接地的運(yùn)行方式。

4.2 單相故障接地時的電流、電壓分析

當(dāng)如圖4-a所示，W相發(fā)生單相故障接地時，巨大的電流就會在W相電源線圈、故障接地點、電源工作接地點、電源中性點之間形成回路，這個電流是對地短路電流，此時保護(hù)裝置應(yīng)及時跳閘，否則電路將被燒毀。

圖4 中性點直接接地的高壓供電系統(tǒng)

從電壓方面分析，若W 相發(fā)生故障接地，則N、W、“地”三點將連接到一起，三點重合，非故障相U、V的對地電壓仍為相電壓1，并沒有升高為 。因此，在110KV及以上的高壓、超高壓系統(tǒng)采用中性點直接接地的長處是，各相對地電壓只需按照相電壓1來設(shè)計，而不必按照線電壓 來設(shè)計，工藝上的難度大大降低。

表1 高壓電力系統(tǒng)三種中性點運(yùn)行方式的電壓等級、條件及各自的優(yōu)點

通過本文的介紹，讀者可以在掌握“地圖法”的基礎(chǔ)上，對我國電力系統(tǒng)中性點的運(yùn)行方式有進(jìn)一步的了解，對其原理有更為深入的理解，希望本文對從事電力系統(tǒng)運(yùn)行工作的專業(yè)人員的工作有所幫助。

[1]張祥軍. 企業(yè)電力系統(tǒng)及運(yùn)行[M]. 北京：中國勞動社會保障出版社，2007.P1-P13.

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