第5章 接地系统

如图11所示为中性点不接地系统，当A相发生单相接地时，在接地点处A相对地电压为0，对地 电容被短接，故电容电流为0，根据图12向量图分析可知，其他两相的对地电压升高至√3倍，对地 电容电流也增大√3倍，中性点电压为EA。但其线电压仍然三相对称，三相负荷电流对称，相对于故 障前无变化，因此只需分析对地关系的变化即可。
.
Ia
.
Ib
.
Ic
3
.
I
0
，如图9所示。
图8
图9
大接地电流系统
零序电流过滤器也会产生不平衡电流，如图 10所示为一个电流互感器的等效电路，考虑到励 磁电流的影响，二次电流和一次电流的关系应为：
因此，正常运行和相间短路时，流入继电器的电 流应为：
图10
PART THREE
小接地电流系统
小接地电流系统
A
B
Ik0
Uk0
图2 零序等效图
Uk0
UA0
UB0
图3 电压分布图
大接地电流系统
零序电流
1.零序电流是由在故障点施加零序电压产生的，它通 过线路、接地变压器的接地支路构成回路； 2.零序电流应规定正方向，通常以母线流向线路为正 方向； 3.忽略相间分布电容的影响（影响较小），只分析相 对地的分布电容。若不计电阻的影响，可见零序电流 超前零序电压90度；加上电阻后，如果零序阻抗角取 80度，则零序电流超前零序电压100度，如图4所示。
三个单项式电压互感器获取，如图5所示；一种是通过开口
三角形获取，如图6所示；一种则是通过加法器将三个相电
压相加获取，一般在数字式保护中应用较多。
实际上正常运行和相间短路时，由于 电压互感器的误差以及三相系统对地不完 全平衡，在开口三角相侧也可能有数值不 大的电压输出，此电压称为不平衡电压。

通常用搭接条的直流电阻表示搭接质量。 例如，某些军事规范要求直流搭接电阻小于0.1Ω， 以预防冲击危害。MIL-B-5087-B要求直流搭接电阻小于 2.5 mΩ。在有闪电、爆炸、火灾危害倾向的区域，如果 电源线对地短路，允许的电阻值取决于最大的故障电流。 如果直流电阻大约为0.25-2.5mΩ,通常就能实现良好的射 频搭接。 搭接电阻的基本表达式为
图5-2 搭接的高频等效电路
图5-2中，搭接电阻的值取决于搭接条的电阻率、 l 半径和集肤深度，即 (5-1) RS 2 π a 式中：ρ为电阻率(Ω·m)；a为半径(m)； δ＝(2ρ/ωμ)1/2，为集肤深度(m)；l为长度(m)。 搭接条的电感LS是搭接条物理结构的函数，而电容CS 是搭接面的面积及搭接面间距的函数。 以dB为单位，搭接的有效性能够采用有搭接条与无搭 接条时设备外壳上的感应电压的差来表示。可能是负值。 搭接条的谐振频率是搭接有效性最坏时的频率。
5.4 搭接的设计
机械加工方法有螺栓连接、铆接、压接、卡
箍紧固、销键紧固、拧绞连接等方法。 化学加工方法主要采用导电粘合剂。它是一 种具有两种成分的银粉填充的热固性环氧树脂， 经固化后成为一种导电材料。通常它用于搭接金 属的表面，既粘合，又形成导电良好的低电阻通 路。它不仅具有很好的防腐能力，还具有很强的 机械强度。有时它和螺栓结合使用，效果更佳。
如果需要将第二组金属(例如铝)机壳与第四组金属(例
如不锈钢)框架搭接时，为了减小对金属铝的腐蚀，可在
两金属表面间放入一个第三组金属(例如镀锡)垫圈。 这样即使保护层损坏，受腐蚀的将是垫圈，而不是铝 壳，因而可以保护机壳。 此外，当两种不同金属搭接时，阴极和阳极的相对面
积选择也很重要，阴极越大意味着电子流量越大，因此，

供电技术（第5版）习题及其参考答案第一章绪论1-1试述电力系统的组成及各部分的作用。

答：电力系统由发电、输电、配电和用电等四部分组成，各部分之间通过不同电压等级的电力线路连接成为一个整体。

发电是将一次能源转换成电能的过程。

根据一次能源的不同，分为使用煤油气的火力发电厂、使用水位势能的水力发电站和使用核能的核电站，此外，还有使用分布式能源的风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。

输电是指电能的高压大功率输送，将电能从各个发电站输送到配电中心。

由于发电和配用电的电压等级较低，故输电环节还包括中间升压和降压用的变电站。

配电是指将电能从配电中心分配到各电力用户或下级变配电所。

变电所通过配电变压器为不同用户提供合适的供电电压等级。

用电是指电力用户接收和使用电能来做功或从事生产和生活活动。

1-2用户供电系统中常用的额定电压等级有哪些？试述各种电气设备额定电压存在差别的原因。

答：电力用户供电系统中常用的额定电压等级有110kV、35kV、10kV、6kV、3kV、380/220V，电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素决定的。

电力系统的主要电气设备有发电机、变压器、电网（线路）和用电设备，考虑到电气设备本身和线路上的电压损失，同一电压等级下各类设备的额定电压稍有不同。

一般而言，用电设备的额定电压等同于电网的额定电压，发电机的额定电压高于电网额定电压5%，变压器一次侧额定电压等于电网额定电压或高于电网额定电压5%，而变压器二次侧额定电压则高于电网额定电压5%或10%。

1-3统一规定各种电气设备的额定电压有什么意义？答：电压等级是否合理直接影响到供电系统设计在技术和经济上的合理性。

合理地规范标准，有利于电网的规范化管理、电气设备的标准化设计制造以及设备互换使用。

1-4 如下图所示的电力系统，标出变压器一、二次侧和发电机的额定电压。

题1-4图答：额定电压选择如下：（1）发电机的额定电压高于电网额定电压5%，故为10.5kV。

电力系统中性点工作方式及应用场合：中性点直接接地，中性点不接地和中性点经消弧线圈接地。

110KV及以上电网--中性点直接接地系统（大接地电流系统）60KV及以下电网----中性点不能接地或不直接接地（小接地电流系统）当中性点直接接地系统中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流，利用零序电压、电流来构成接地短路的保护，具有显著的优点，被广泛应用在110KV 及以上电压等级的电网中。

运行经验表明，在中性点直接接地系统中，单相接地短路故障几率占总故障率的70%-90%。

所以如何正确设置接地故障的保护是该系统的中心问题之一。

而在该系统中发生K（1），系统中会出现零序分量，而正常运行时无零序分量。

故可利用零序分量构成接地短路的保护。

零序电流是由故障点施加的零序电压产生的，经过线路、接地变压器的接地支路（中性点接地）构成回路。

零序电流的正方向规定----由母线流向线路为正；零序电压的正方向规定----线路高于大地的电压为正；一、零序分量的特点（一）零序电压：故障点U0最高，离故障点越远，U0越低，变压器中性点接地处U0=0零序阻抗和零序等效网络与送电线路和中性点接地变压器的位置和数目有关，而与电力系统运行方式无关系统正序阻抗和负序阻抗会随着系统运行方式的变化而变化，正，负阻抗的变化将引起故障点处三序电压之间的分配的变化，因而间接影响零序分量的大小。

（二）零序电流：零序电流由零序电压U0产生的，由故障点经线路流向大地。

忽略回路的电阻时，由按照规定的正方向画出的零序电流、电压的相量图如图所示D：流过故障点两侧线路保护的电流I'o和I''o将Uko超前90度：·计及回路电阻时，若取零序阻抗角为Φko=80度，则相量图E所示，电流I'o 和I''o将超前Uko100度；·分布：与中性点接地变压器的位置有关；·大小：与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关：与电源的分布和多少无关。