中性点低电阻接地方式在冶金企业中的应用

谌欣

【摘 要】冶金企业6～10kV配电网中性点接地方式各有优缺点，本文就某国外工程中中性点低电阻接地方式的应用进行探讨。

【关键词】冶金企业；中性点低电阻接地；6～10kV配电网

钢铁冶金企业电力负荷大，一般拥有相对独立的3～35kV企业配电网。厂区内大量使用电缆配电，对地电容电流较大。

国内冶金企业中6～10kV电压等级配电网中使用较普遍的是中性点不接地系统，其优点是当系统发生接地故障时，只发出接地报警信号而不马上跳闸，给维护人员一定的准备时间，保证了供电的连续性。随着生产规模的不断扩大，发生接地故障时接地电容电流也随之增大，电弧难以自熄，间歇性电弧引起的内部过电压会损坏配电设备和线路，在电缆沟内不能自熄的电弧可能引起火灾。

国外的冶金企业中，中性点经低电阻接地方式在6～10kV电压等级配电网应用较为普遍，在一些国内大型钢铁项目中，也在6～10kV电压等级采用了中性点经低电阻接地方式，本文将就中性点经低电阻接地方式在国外某烧结厂10kV系统中的应用进行探讨。

1.烧结厂中6～10kV电压等级常用的两种接地方式比较

1.1中性点不接地方式

配电网中性点不接地系统属于非直接接地系统的一种，实际上可以看作是经容抗接地系统。该容抗是由电网中的架空线路、电缆线路、电动机和变压器绕组等对地耦合电容所组成，其主要特点是：

（1）当发生单相接地时，仅非故障相对地电压升高而相间电压对称性并未破坏，故不影响三相用电设备的供电。当单相接地电容电流不大时，所引起的热效应为电网各个元件的绝缘所能承受，故允许电网带接地故障运行一段时间，通常是1～2小时。

（2）对于单相接地电容电流很小的系统（6～10kV电网在5A以下），许多瞬时性接地闪络常能自动消弧，不至于转化为稳定性故障，因而能迅速恢复电网正常运行。

（3）可能产生异常过电压，这是中性点不接地系统的主要缺点。当发生单相接地故障时，有时会产生铁磁谐振过电压，使非故障相的高电压达到运行相电压的4～4.5倍，当发生弧光接地时，由于多次反复重燃使非故障相过电压，一般为运行相电压的3倍，最高可达3.5倍，并且能量大，持续时间长，遍及全系统。这将影响设备绝缘，大大降低使用寿命，还会使接地型电压互感器产生磁饱和而引起铁磁谐振，以致使熔断器熔丝熔断甚至烧坏电压互感器；还会引起相间接地短路故障，扩大电网的故障范围。

（4）适用范围：中性点不接地系统适用于单相接地电容电流较小的系统。

1.2中性点经低电阻接地系统

当电网发生单相接地故障时，由于人为增加了一个与电网接地电容电流相位相差90度的有功电流，就使流过故障点的电流为两种电流的矢量和，这种系统的特点为：

（1）能抑制单相接地时的异常过电压。当阻性电流为容性电流的两倍以上时，可将接地时的异常过电压抑制在运行相电压的2倍以下，从而有效地防止了异常过电压对电机，电缆绝缘的危害。

（2）继电保护简单。由于单相接地电流较大，可以采用简单的零序保护作用于跳闸，迅速切断故障，有利于电缆防火。

（3）系统运行维护简单，并对企业电网发展适应性强。中性点接地电阻值按照企业最终规模选择，即使在运行过程中电网参数发生改变，也不需要调节电阻值，所以运行维护很简单。

（4）接地故障电流引起的热效应增大。由于人为地增加接地有功电流来保证零序保护的灵敏系数，从而引起电流热效应增大，保护装置应动作于跳闸断开故障线路。

（5）节省电缆投资。中性点经低电阻接地系统在发生单相接地故障时，继电保护动作，迅速切断故障，因而对电缆的对地绝缘水平要求降低，6kV和10kV系统分别可选用对地额定电压为3.6kV和6kV的电缆，从而节省了电缆的投资。

（6）适用范围：当电网接有较多的高压电动机或者较多的电缆线路时，由于它们的绝缘水平较低，瞬时性的接地故障相对较少，为了保证绝缘和减少单相接地发展为多重接地故障，宜采用中性点经低电阻接地系统。

2.中性点经低电阻接地系统在烧结厂的工程应用

2.1单相接地电容电流的计算

烧结厂中一般使用电缆配电，而中性点不接地系统的单相接地电容电流主要由电缆对地电容决定，发生单相接地故障时故障点流过单相接地电容电流，10kV系统电缆线路电容电流可按下式计算：IC=[95+1.44S]*Ur*l/[2200+0.23S]A，式中 S为电缆芯线的标称截面，mm2；Ur为线路额定线电压，kV；l为线路长度，km；IC为接地电容电流，A。简单估算时还可以采用下式：IC=0.1 Ur*lA， 即10kV系统根据电缆长度估算为1A/km。

本烧结工程中10kV电缆长度约为15km，算得单相接地电容电流约为15A。根据国外业主的使用习惯和运行经验，并综合考虑供电可靠性要求后，最终决定10kV系统采用中性点经低电阻接地方式，在35/10.5kV（D，yn1）主变压器二次侧使用的200A，10S的中性点接地电阻。

2.2接地电阻器的选择

目前常用的接地电阻器，从材质方面区分主要有铸铁、不锈钢、合金及非金属材料等几种类型。本工程采用的是不锈钢材料，具有耐腐蚀性好，温度系数小而阻值比较稳定，在温度剧烈变化时不易破裂等优点。

接地电阻器的阻值可按下式计算：R=Un/（√3*IR）*103，R为中性点接地电阻器的阻值，欧姆；Un为系统标称电压，Kv； IR为电阻电流，A。

本工程采用200A的电阻电流，带入上式可得R=10/（√3*200） *103=28.87A。

2.3零序电流互感器的选择

零序电流互感器的应用一般都选用较小变比，常用的如：50/5、75/5、100/5、150/5、 200/5、20/1、50/1、100/1、150/1、200/1，因为只有发生一次接地故障时，零序电流互感器才有输出。人们不会让接地电流很大时才使保护动作（不用考虑躲过负荷电流）。可是由于一次绕组是电力电缆，仅有一匝，这样，50/5的零序电流互感器的二次额定匝数，仅10匝，所以50/5的零序电流互感器负荷特性较差，实际负载阻抗和零序电流互感器的容量不一致时将会出现较大的误差，而且在低于额定电流时误差也会加大，所以在允许的情况下尽量选用大一些的变比。 在工程中互感器一次侧电流可按接地电阻电流的一半选择，本工程中采用200A的接地电阻器，零序电流互感器变比选择为100/5A。

2.4避雷器的选择

中性点不接地系统采用无间隙氧化锌避雷器时，发生故障较多，影响系统安全运行，因此多采用有间隙氧化锌避雷器。采用中性点经低电阻接地系统后，为无间隙氧化锌避雷器提供了良好的运行条件，由于它对浪涌过电压响应迅速，进一步降低了过电压，有利于系统安全运行。

中性点采用不同的接地方式各有优缺点，但在海外工程中，中性点接地方式的选择除技术比较外，业主的习惯和运行经验也起决定性作用。中性点经电阻接地方式在国外冶金工厂中是较常见的中性点接地方式。