未接地系統(tǒng)中的接地故障（風(fēng)險和檢測）
發(fā)布者：時代亞能電氣時間：2018-11-06瀏覽：1918
應(yīng)用未接地系統(tǒng)的地方
不接地系統(tǒng)是沒有故意施加接地的電力系統(tǒng)。但是，它們通過系統(tǒng)對地的自然電容接地。因此，故障電流水平非常低，使得設(shè)備損壞最小。
捕獲未接地系統(tǒng)中的接地故障
故障區(qū)域快速隔離不一定是必要的。這是一個優(yōu)點(diǎn)，因此，它有時用于工業(yè)工廠系統(tǒng)，其中高度連續(xù)的服務(wù)對于最小化昂貴的生產(chǎn)過程的中斷是重要的。
但是，不接地系統(tǒng)會受到高壓和破壞性瞬態(tài)過電壓的影響，因此對設(shè)備和人員來說總是存在潛在危險。因此，即使通常使用它們，通常也不推薦使用它們。
1.未接地系統(tǒng)的故障
不接地系統(tǒng)上的相對地故障基本上會改變正常的平衡電壓三角形，如圖1所示。流過串聯(lián)相阻抗的小電流將導(dǎo)致電壓三角形的非常輕微的失真，但實際上，它是如圖1b所示。
在不接地系統(tǒng)上發(fā)生相接地故障的電壓漂移：（a）正常平衡系統(tǒng); （b）階段穩(wěn)固接地
圖1 - 未接地系統(tǒng)上的a相接地故障的電壓漂移：（a）正常平衡系統(tǒng); （b）階段穩(wěn)固接地
圖2中示出了典型的電路，示出了電流。
序列網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。分布電容電抗值X 1C，X 2C和X 0C非常大，而串聯(lián)電抗（或阻抗）值X 1S，X T，X 1L，X 0L 等等，都比較小。因此，實際上，X 1C在正序網(wǎng)絡(luò)中被X 1S和X T短路，并且類似地對于負(fù)序網(wǎng)絡(luò)而言。
因為這些串聯(lián)阻抗非常低，所以X 1和X 2相對于X 0C的大值接近零。
圖3 - 未接地系統(tǒng)上的相對地故障的順序網(wǎng)絡(luò)和互連
因此：
I 1 = I 2 = I 0 = V s / X 0c （等式1）
和
I a = 3I 0 = 3V s / X 0c （等式2）
該計算可以以每單位（pu）或安培（A）進(jìn)行，記住V S和所有電抗（阻抗）是線對中性量。
當(dāng)從等式1的序列電流確定時，無故障的相b和c電流將為零。這對于故障本身是正確的。
然而，在整個系統(tǒng)中，分布電容X 1C和X 2C實際上與串聯(lián)電抗X 1S，X T等并聯(lián)，因此在系統(tǒng)I 1和I 2中不完全等于I 0。因此，我b和我?存在并且是小的，但它們是必要的，因為返回路徑用于我一個故障電流。
如圖2所示。
圖2 - 未接地系統(tǒng)上的相對地故障
如果我a = -1 pu，那么我b = 0.577∠+ 30°并且I c = 0.577∠-30°。
在可能使用未接地系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中，X 0C實際上等于X 1C = X 2C，相當(dāng)于變壓器，電纜，電動機(jī)，浪涌抑制電容器，本地發(fā)電機(jī)等的充電電容，未接地的電路區(qū)域。
各種參考源提供用于電力系統(tǒng)組件的每相的典型充電電容的表格和曲線。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，總電容可以通過將測量的相充電電流除以線 - 中性電壓來確定。
請注意，由于故障發(fā)生在未接地系統(tǒng)的不同部分，因此X 0C 不會發(fā)生顯著變化。由于串聯(lián)阻抗相比之下非常小，因此故障電流實際上與故障位置無關(guān)。這使得通過保護(hù)繼電器選擇性地定位這些系統(tǒng)上的故障是不切實際的。
當(dāng)相對地故障正向發(fā)生時，無故障的相對地電壓特別增加√3（見圖1b）。因此，這些系統(tǒng)需要線到線電壓絕緣。
在正常平衡系統(tǒng)中（見圖1a），V an = V ag，V bn = V bg，V cn = V cg。當(dāng)發(fā)生接地故障時，相 - 中性電壓和相對地電壓是完全不同的。
的中性N或N被定義為 “”如果在其自由端連接到相應(yīng)的主端子具有相同的電勢相等的非反應(yīng)性的電阻組成的組（3用于三相系統(tǒng)）的結(jié)點(diǎn)處的點(diǎn)（相（電力系統(tǒng)）'' （IEEE 100）。這是圖1b中所示的n。
從該圖中，右邊三角形周圍的電壓降為：
V bg - V bn - V ng = 0 （等式3）
左三角形周圍：V cg - V cn - V ng = 0 （等式4）
另外： V ng + V an = 0 （等式5）
從基本方程式來看，
V ag + V bg + V cg = 3V 0 （等式6）
V an + V bn + V cn = 0 （等式7）
從等式6中減去等式7，用等式3代入等式5，并用V ag = 0：
V ag - V an + V bg - V bn + V cg - V cn = 3V 0，
V ng + V ng + V ng = 3V0，
V ng = V 0 （等式8）
因此，中性偏移是零序電壓。在圖1a的平衡系統(tǒng)中，n = g，V 0為零，并且沒有中性偏移。
2.結(jié)果是瞬態(tài)過電壓
在斷路或故障中的電流中斷之后重新起弧可導(dǎo)致未接地系統(tǒng)中的大的破壞性過電壓。這種現(xiàn)象如下圖4所示。
在電容系統(tǒng)中，電流導(dǎo)致電壓接近90°。當(dāng)電流中斷或電弧熄滅或接近其零值時，電壓將處于或接近其最大值。斷路器斷開時，該電壓保持在電容器上，在電容系統(tǒng)的時間常數(shù)下衰減。在源系統(tǒng)中，它繼續(xù)如V S所示。塑殼斷路器附件的選型
因此，在半個周期中，開路觸點(diǎn)兩端的電壓幾乎是正常峰值的兩倍。
如果發(fā)生再起?。▓D4中的開關(guān)閉合），電容系統(tǒng)的基本+1 pu電壓將轉(zhuǎn)移到-1 pu的系統(tǒng)電壓，但由于系統(tǒng)電感和慣性，它將超調(diào)至最大可能性-3 pu。
圖4 - 未接地系統(tǒng)的瞬態(tài)過電壓
如果電弧在電流零點(diǎn)附近再次熄滅（開關(guān)打開）但再次重新啟動（開關(guān)關(guān)閉），則系統(tǒng)電壓將嘗試轉(zhuǎn)換為+1 pu，但是另一次超調(diào)，此時潛在的最大值為+5 pu。
這可能會繼續(xù)-7 pu，但同時，系統(tǒng)絕緣無疑會崩潰，造成重大故障。因此，應(yīng)謹(jǐn)慎使用未接地系統(tǒng)，并在較低電壓（<13.8 kV）下使用，此時系統(tǒng)絕緣水平較高。
如果使用此系統(tǒng)，請立即注意定位并糾正接地故障。由于故障電流非常低，很容易忽略故障并繼續(xù)運(yùn)行。
但是，由于故障，其他相的工作電壓基本上是正常線對地電壓的1.73倍。如果絕緣劣化導(dǎo)致第一次接地故障，則較高的電壓可能加速無故障相的擊穿，從而導(dǎo)致雙線對地或三相故障。
然后，將導(dǎo)致高故障電流，需要快速關(guān)閉和即時生產(chǎn)損失。
在實際操作中，不存在完全不接地的系統(tǒng)。一旦使用一個或三個電壓互感器應(yīng)用故障檢測器，系統(tǒng)就會 通過這些設(shè)備的高阻抗接地。繼電器和相關(guān)鎮(zhèn)流電阻的電阻有助于限制瞬態(tài)過電壓，因此極少存在過電壓的情況。
3.不接地系統(tǒng)的接地檢測方法
電壓提供接地故障的最佳指示，因為電流非常低，并且基本上不隨故障位置而變化。使用的兩種方法如圖5和圖6所示。
這些表明存在接地故障，但不存在于主系統(tǒng)中的位置。
回到內(nèi)容↑
3.1三電壓互感器
首選W形接地 - 斷開 - 三角形電壓互感器連接（見圖5）。
鎮(zhèn)流電阻器用于減少中性線從電壓互感器的不平衡激勵路徑或者電壓互感器和繼電器的感應(yīng)電抗與電容系統(tǒng)之間的鐵磁諧振的偏移 。
電壓接地故障檢測使用三個電壓互感器連接Y形接地斷開三角形
圖5 - 使用三個連接星形接地斷開三角形的電壓互感器進(jìn)行電壓接地故障檢測
圖1b中圖5中繼電器的電壓為：
V pq = 3V0 = V ag + V bg + V cg
V PQ =（√3V LN cos30°）×2 = 3V LN （方程9）
因此，繼電器可用于未接地系統(tǒng)上的相對地故障的電壓是線對中性正常電壓的三倍。
通常，使用初級V LN的VT比：69.3 V，使得最大固態(tài)接地繼電器電壓為3×69.3 = 208V。由于繼電器將用于發(fā)送報警，其連續(xù)電壓額定值應(yīng)大于或等于此值。否則，必須使用輔助降壓變壓器。
圖5是簡化的。通常，變壓器將采用星形接地 - 星形接地，并使用輔助的Y形接地斷開三角形變壓器。
有時主電壓互感器將具有雙輔助電源 ，其中一個可連接到斷開的三角形。燈可以連接在每個破碎的三角形次級繞組上，以提供視覺指示。
根據(jù)經(jīng)驗得出的次級繞組上的典型電阻值如表1所示。
表1 - 次級繞組的典型電阻值
| 電阻器R. | |||
| 歐姆 | 瓦特在208V | ||
| 2.4 | 2400：120 | 250 | 175 |
| 4.16 | 4200：120 | 125 | 350 |
| 7.2 | 7200：120 | 85 | 510 |
| 13.8 | 14,400：120 | 85 | 510 |
3.2單電壓互感器
圖6的單電壓變壓器特別容易受到鐵磁諧振的影響，在次級電壓中沒有足夠的電阻。
圖6 - 使用單電壓變壓器的電壓接地檢測
沒有這個阻力，計算V bg （等式10）：
單電壓變壓器配方
如果分布式系統(tǒng)電容X C除以變壓器激勵電抗X e等于3，那么理論上，V bg是無窮大。電壓互感器的飽和會阻止這種情況，但電壓三角形abc很可能使其接地點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該三角形。
這稱為“中性反轉(zhuǎn)”，如圖7所示。
圖7-示出了中性反轉(zhuǎn)的相量圖，其中無負(fù)載電壓互感器連接到相b，如圖6所示。示例中Xc = -j3
且Xe = j2。每單位的所有值。
在這種情況下，X C / X e的比率為1.5，因此，在上面的等式10中，V bg = 2.0pu，如圖7所示。為簡單起見，既不在系統(tǒng)中也不在電壓互感器次級上進(jìn)行電阻。
持續(xù)的相對地電壓幾乎高出四倍。此外，可變變壓器 - 激勵阻抗與系統(tǒng)電容的相互作用可產(chǎn)生鐵磁諧振，具有非常高且失真的波形。建議不要使用單個VT，但如果使用，則應(yīng)在二次系統(tǒng)中加載電阻。
如上所述，必須謹(jǐn)慎使用這種接地檢測方案，以避免“中性”反轉(zhuǎn)和鐵磁諧振。電壓繼電器設(shè)置為使其觸點(diǎn)保持打開，以獲得正常的線對地二次電壓。
當(dāng)b相發(fā)生接地故障時，電壓崩潰，電壓繼電器復(fù)位，關(guān)閉欠壓觸點(diǎn)。如果發(fā)生a相或c相接地故障，則繼電器電壓增加約1.73 V，使繼電器工作在過壓狀態(tài)。
欠壓或過壓操作通常會發(fā)出警報，提醒操作員接地故障，以便他們可以安排有序或方便的停機(jī)。