接地變原理及作用講解

隨著城市建設(shè)發(fā)展的需要和供電負(fù)荷的增加，許多地方正在城區(qū)建設(shè)110/10kV終端變電所，一次側(cè)采用電壓110kV進(jìn)線，隨著城網(wǎng)改造中桿線下地，城區(qū)10kV出線絕大多數(shù)為架空電纜出線，10kV配電網(wǎng)絡(luò)中單相接地電容電流將急劇增加。

根據(jù)國家原電力工業(yè)部《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定，3—66KV系統(tǒng)的單相接地故障電容電流超過10A時，應(yīng)采用消弧線圈接地方式。一般的110/10kV變電所，其變壓器低壓側(cè)為△接線，系統(tǒng)低壓側(cè)無中性點引出，因此，在變電所設(shè)計中要考慮10kV接地變的設(shè)置。

 1、接地變的原理

      對于三角形接線的配電系統(tǒng)，要造成系統(tǒng)的中性點，必須接入接地變壓器。接地變壓器有二種：Z型接地變壓器（ZN、ZN，yn）和星形/三角形接線變壓器（YN，d）。現(xiàn)在，多用Z型接地變壓器，其中性點可接入消弧線圈。

        Z型接地變壓器，在結(jié)構(gòu)上與普通三相芯式電力變壓器相同，只是每相鐵芯上的繞組分為上、下相等匝數(shù)的兩部分，接成曲折形連接。接線方式不同，又分為ZN，yn1和ZN，yn11兩種形式。

       Z型接地變壓器同一柱上兩半部分繞組中的零序電流方向是相反的，因此零序電抗很小，對零序電流不產(chǎn)生扼流效應(yīng)。當(dāng)Z型接地變壓器中性點接入消弧線圈時，可使消弧線圈補償電流自由地流過，因此Z型變壓器廣為采用作接地變壓器。

       Z型接地變壓器，還可裝有低壓繞組，接成星形中性點接地（yn）等方式，作為所用變壓器使用。

       Z型接地變壓器有油浸式和干式絕緣兩種，其中樹脂澆注式是干式絕緣的一種。

       適用范圍：適用于容量為220千伏安及以下，電壓為35千伏及以下的油浸式Z型接地變壓器。

對于35KV、66KV配電網(wǎng)，變壓器繞組通常采用Y接法，有中性點引出，就不需要使用接地變壓器。

       對于6KV、10KV配電網(wǎng)，變壓器繞組通常采用△接法，無中性點引出，這就需要用接地變壓器引出中性點。

       接地變壓器的作用就是在系統(tǒng)為△型接線或Y型接線中性點未引出時，用于引出中性點以連接消弧線圈。

     接地變壓器采用Z型接線（或者稱曲折型接線），即每一相線圈分別繞在兩個磁柱上，兩相繞組產(chǎn)生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地變壓器的零序阻抗很小（一般小于10Ω），空載損耗低，變壓器容量可以利用90%以上。

       而普通變壓器零序阻抗要大很多，消弧線圈容量一般不應(yīng)超過變壓器容量的20%，由此可見，Z型接線的變壓器作為接地變壓器是一種比的選擇。

       一般系統(tǒng)不平衡電壓較大時，Z型變壓器的三相繞組做成平衡式，就可以滿足測量需要。當(dāng)系統(tǒng)不平衡電壓較小時（例如全電纜網(wǎng)絡(luò)），Z型變壓器的中性點要做出30V～70V的不平衡電壓以滿足測量需要

接地變壓器除可帶消弧線圈外，也可帶二次負(fù)載，代替站用變。在帶二次負(fù)載時，接地變壓器的一次容量應(yīng)為消弧線圈容量與二次負(fù)載容量之和。

2、接地變的作用

   接地變專為消弧線圈所設(shè)，一般消弧線圈裝設(shè)在小電流接地系統(tǒng)的變壓器三角形側(cè)，用來補償電網(wǎng)單相接地時的接地電容電流。但變壓器的三角形側(cè)沒有中性點，接地變就是為安裝消弧線圈提供人為中性點的。

 我國電力系統(tǒng)中，的6kV、10kV、35kV電網(wǎng)中一般都采用中性點不接地的運行方式。電網(wǎng)中主變壓器配電電壓側(cè)一般為三角形接法，沒有可供接地電阻的中性點。

       當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，線電壓三角形仍然保持對稱，對用戶繼續(xù)工作影響不大，并且電容電流比較小（小于10A）時，一些瞬時性接地故障能夠自行消失，這對提高供電可靠性，減少停電事故是非常有效的。由于該運行方式簡單、投資少，所以在我國電網(wǎng)初期階段一直采用這種運行方式，并起到了很好的作用。

       但是隨著電力事業(yè)日益的壯大和發(fā)展，這中簡單的方式已不在滿足現(xiàn)在的需求，現(xiàn)在城市電網(wǎng)中電纜電路的增多，電容電流越來越大（超過10A），此時接地電弧不能可靠熄滅，就會產(chǎn)生以下后果。

       1、單相接地電弧發(fā)生間歇性的熄滅與重燃，會產(chǎn)生弧光接地過電壓，其幅值可達(dá)4U（U為正常相電壓峰值）或者更高，持續(xù)時間長，會對電氣設(shè)備的絕緣造成極大的危害，在絕緣薄弱處形成擊穿；造成重大損失。

       2、由于持續(xù)電弧造成空氣的離解，撥壞了周圍空氣的絕緣，容易發(fā)生相間短路；

       3、產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓，容易燒壞電壓互感器并引起避雷器的損壞甚至可能使避雷器爆炸；

       這些后果將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)設(shè)備的絕緣，危及電網(wǎng)的安全運行。為了防止上述事故的發(fā)生，為系統(tǒng)提供足夠的零序電流和零序電壓，使接地保護(hù)可靠動作，需人為建立一個中性點，以便在中性點接入接地電阻。為了解決這樣的辦法。接地變壓器（簡稱接地變）就在這樣的情況下產(chǎn)生了。接地變就是人為制造了一個中性點接地電阻，它的接地電阻一般很小（一般要求小于5歐）。

另外接地變有電磁特性，對正序負(fù)序電流呈高阻抗，繞組中只流過很小的勵磁電流。由于每個鐵心柱上兩段繞組繞向相反，同心柱上兩繞組流過相等的零序電流呈現(xiàn)低阻抗，零序電流在繞組上的壓降很小。

       也既當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，在繞組中將流過正序、負(fù)序和零序電流。該繞組對正序和負(fù)序電流呈現(xiàn)高阻抗，而對零序電流來說，由于在同一相的兩繞組反極性串聯(lián)，其感應(yīng)電動勢大小相等，方向相反，正好相互抵消，因此呈低阻抗。

       接地變的工作狀態(tài)，由于很多接地變只提供中性點接地小電阻，而不需帶負(fù)載。所以很多接地變就是屬于無二次的。接地變在電網(wǎng)正常運行時，接地變相當(dāng)于空載狀態(tài)。

       但是，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，只在短時間內(nèi)通過故障電流，中性點經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，高靈敏度的零序保護(hù)判斷并短時切除故障線路，接地變只在接地故障至故障線路零序保護(hù)動作切除故障線路這段時間內(nèi)起作用，其中性點接地電阻和接地變才會通過IR= （U為系統(tǒng)相電壓，R1為中性點接地電阻，R2為接地故障賄賂附加電阻）的零序電路。根據(jù)上述分析，接地變的運行特點是；長是空載，短時過載。

 之，接地變是人為的制造一個中性點，用來連接接地電阻。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，對正序負(fù)序電流呈高阻抗，對零序電流呈低阻抗性使接地保護(hù)可靠動作。

       接地變壓器的作用是在系統(tǒng)為△型接線或Y型接線中性點無法引出時，引出中性點用于加接消弧線圈，該變壓器采用Z型接線（或稱曲折型接線），與普通變壓器的區(qū)別是每相線圈分別繞在兩個磁柱上，這樣連接的好處是零序磁通可沿磁柱流通，而普通變壓器的零序磁通是沿著漏磁磁路流通，所以Z型接地變壓器的零序阻抗很小（10Ω左右），而普通變壓器要大得多。

       因此規(guī)程規(guī)定，用普通變壓器帶消弧線圈時，其容量不得超過變壓器容量的20%，而Z型變壓器則可帶90% ～100%容量的消弧線圈，接地變除可帶消弧圈外，也可帶二次負(fù)載，可代替所用變，從而節(jié)省投資費用。