接地變壓器講解！從分類到接線方式

接地變壓器簡稱接地變，根據填充介質，接地變可分為油式和干式；根據相數，接地變可分為三相接地變和單相接地變。接地變壓器的作用是為中性點不接地的系統提供一個人為的中性點，便于采用消弧線圈或小電阻的接地方式，以減小配電網發生接地短路故障時的對地電容電流大小，提高配電系統的供電可靠性 。

電力系統中的6kV、10kV、35kV電網中一般都采用中性點不接地的運行方式。電網中主變壓器低壓側一般為三角形接法，沒有可以接地的中性點。當中性點不接地系統發生單相接地故障時，線電壓三角形仍然保持對稱，電力系統可以持續對用戶供電1到2小時，并且電容電流比較小（小于10A），不會引起間歇性電弧，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。但隨著城市電網的不斷擴大及電纜出線的不斷增多，系統對地電容電流急劇增加，單相接地后流經故障點的電容電流較大（超過10A）  。

電弧不易熄滅、容易激發鐵磁諧振過電壓及產生間隙性弧光接地過電壓，可能導致絕緣損壞，使線路跳閘，事故擴大，

三相接地變壓器此類變壓器采用Z型接線（或稱曲折型接線），與普通變壓器的區別是，每相線圈分成兩組分別反向繞在該相磁柱上，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。按規程規定，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%。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，也可帶二次負載，可代替站用變，從而節省投資費用。

單相接地變壓器單相接地變主要用于有中性點的發電機、Satons變壓器的中性點接地電阻柜，以降低電阻柜的造價和體積。

■ 工作特點

（1）零序阻抗低， 以保證零序電流的輸出；

（2）勵磁阻抗高，以降低空載電流；

（3）空載損耗低，以節省日常運行的能耗

■ 工作原理

系統發生單相故障時接地變壓器的工作原理圖以常用的ZNyn接線說明，接地變壓器在運行過程中，當通過一定大小的零序電流時，流過同一鐵心柱上的2個單相繞組的電流方向相反且大小相等，使得零序電流產生的磁勢正好相反抵消，從而使零序阻抗也很小。

使得接地變壓器在發生故障時，中性點可以流過補償電流。由于有很小的零序阻抗，當零序電流通過時，產生的阻抗壓降要盡可能的小，以保證系統的安全。由于接地變壓器具有零序阻抗低的特點，所以當 C 相發生單相接地故障時，C 相的對地電流 I 經大地流入中性點，并且被等分為三份流入接地變壓器，由于流入接地變壓器的三相電流相等，所以中性點 N 的位移不變，三相線電壓仍然保持對稱。

但在制造過程中高壓繞組的上下包的匝數和幾何尺寸不可能*相等，使得零序電流產生的磁勢不可能正好相反抵消,還是產生了一定的零序阻抗，通常在 6-10Ω左右,相對于星形接線的變壓器的零序阻抗 600Ω而言，其優勢不言而喻。此外，曲折接地變壓器還可以使空載電流和空載損耗盡可能小。同普通星形接線變壓器比較，由于曲折接線變壓器的每相鐵芯是由2個鐵心柱的繞組組成，結合其向量圖可知，與普通星形接線變壓器比較，當電壓相同時要多繞 1.16 倍。中性點電阻接地方式下城市配電網在單相接地時，零序阻抗和正序阻抗的幅值相差很大。三相正、負序電流流過時，接地變壓器的每一鐵芯柱上的磁勢是該鐵芯柱上分屬不同相的兩繞組磁勢的相量和。三個鐵芯柱上的磁勢是一組三相平衡量，相位差 120°，產生的磁通可在三個鐵芯柱上互相形成回路，磁路磁阻小，磁通量大，感應電勢大，呈現很大的正序、負序阻抗；因此，接地變壓器具有正、負序阻抗大而零序阻抗小的特點 。

■ 主要技術參數

為適應配電網采用消弧線圈接地補償的需要,同時也能滿足變電站站用動力與照明負載的需要,選用 Z 型接線連接的變壓器，需要合理設置接地變壓器的主要參數  。

（1）額定容量接地變壓器一次側容量與需要與消弧線圈容量相配套。依據現有消弧線圈的容量規格，建議把接地變壓器容量設為消弧線圈容量的1.05-1.15 倍。如1臺200kVA 消弧線圈所配用的接地變壓器容量為215kVA。

（2）中性點補償電流單相故障時流過變壓器中性點的電流：

U 為配電網線電壓(V)；Zx為消弧線圈的阻抗(Ω)；

Zd為接地變壓器一次零序阻抗(Ω/相)；

Zs為系統阻抗(Ω)；

中性點補償電流的持續時間應與消弧線圈的持續工作時間相同，按規定為2小時。

（3）零序阻抗零序阻抗是接地變壓器的重要參數，對于繼電保護限制單相接地短路電流及抑制過電壓等都有重要影響。對于無二級線圈的曲折形（Z 型）以及星性/開口三角形聯結的接地變壓器只有1個阻抗，即零序阻抗，這樣制造部門能滿足電力部門的要求。

（4）損耗損耗是接地變壓器的1個重要性能參數，對于帶有二次線圈的接地變壓器，其空載損耗可以做到與同容量的雙繞組變壓器相同。對于負載損耗，二次側滿載運行時，由于一次側負荷較輕，其負載損耗小于與二次側同容量雙繞組變壓器的負載損耗。

（5）溫升按國標對接地變壓器的溫升有如下規定：

1）額定持續電流下的溫升應符合一般電力變壓器干式變壓器國標中的規定，但主要適用于二次側經常帶負荷的接地變壓器；

2）對短時負載電流的持續時間在10s以內時(這種情況主要發生在中性點與電阻聯結時)，其溫升應符合國標電力變壓器中對短路條件下的溫升限值的規定；

3）接地變壓器與消弧線圈一起運行時其溫升應符合對消弧線圈溫升的規定：對于持續流過額定電流的繞組溫度為80K，主要適用于星性/開口三角形聯結的接地變壓器；對于額定電流的最大流通時間規定為2h的繞組，規定溫度為100K。

種情況符合多數接地變壓器的工作條件；對于最大流通時間規定為30min的繞組，規定溫度為120K。上述規定的出發點, 是根據在最嚴重的條件下繞組熱點的最高溫度不超過140℃ ～ 160℃，以保證絕緣的安全運行和不至于嚴重危及絕緣壽命而規定 。