分布电容对舰船电力系统接地方式选择的影响

赵 楠，聂 冬，罗宁昭

(1. 海装综合计划部，北京 100000；2. 海军装备部驻武汉地区军事代表局，武汉 430064；3.海军工程大学，武汉 430033)

分布电容对舰船电力系统接地方式选择的影响

赵 楠1，聂 冬2，罗宁昭3

(1. 海装综合计划部，北京 100000；2. 海军装备部驻武汉地区军事代表局，武汉 430064；3.海军工程大学，武汉 430033)

本文主要讨论分布电容对舰船电力系统接地方式选择的影响，分析了舰船电力系统在高电阻接地和谐振接地的方式下分布电容对系统的影响，发现在中压系统中大分布电容的情况下，采用高电阻接地会产生超过有关标准的故障电流。在谐振接地的情况下，需要合理的配置消弧线圈来产生感性电流来抵消系统对地电容产生的容性残流。同时依据具体数据，利用高斯定理对电缆电容进行了估算，与实际结果相吻合。

分布电容 电力系统 接地方式

0 引言

接地方式的选择与舰船电力系统的对地电容密切相关，高电阻接地要求故障点电流小于10 A，发电机安全电流要求故障点电流小于4 A（6 kV发电机）。而关于故障点电流的要求，都是与系统电压和系统分布电容相关。在舰船电源电压等级被确定的情况下，故障点电流的决定因素是系统中的分布电容。同时，当电力系统发生弧光接地时，系统中的分布电容大小也将间接决定着电弧的强弱[1～3]。

1 分布电容对高电阻接地的影响分析

图1 单相接地故障示意图

舰船电力系统的单相接地故障示意图，如图

. 1所示，其中短路故障电流Ig的成分如公式（1）所示：

式(6)为高电阻接地方式的限制条件，即整个中压系统中单相接地电容应小于5.9 μF。当接地电容大于该数值时，接地故障电流将大于10 A，故障电弧不容易熄灭，故障可能扩大，因此需要立即切断故障支路。

根据国标要求，高电阻接地方式要求系统电容小于2.4 μF。由于舰船系统分布电容很难在2.4 μF以下，并且故障电流基本不能满足发电机安全要求，因此一旦发电机内部发生单相接地故障，综保装置应立即将发电机出口端开关断开并进行灭磁，保证发电机定子铁芯不被故障电弧烧毁。

通过计算可以看出，某些舰船的对地电容能够满足高电阻接地要求，但带中压负载的大型舰船的对地电容必然超过高电阻接地装置的允许值，因此需要考虑其他的接地方式。

2 分布电容对谐振接地影响分析

经消弧线圈接地的岸电系统发生单相接地故障的简化图如图2所示：

图2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障时的等值电路图

图2中，当系统在k点发生单相接地故障时，可以把电网与大地看成一个流经故障点的简单回路，便于计算故障电流，如图3。

图3 计算故障电流等值电路图

依据此图可以通过支路电流之和得出故障电流I˙δ的计算式：

式中：rL近似为消弧线圈并联接地的电阻，其主要目的是为了抑制过电压。L为消弧线圈电感，由失谐度的公式（8），可以推导出消弧线圈的计算公式（9），其只与分布电容和电感失谐度有关：

由此可见，系统对地电容大的话将使得谐振接地故障残流中的感性电流增大，从而消弧线圈需要更大的电感来产生感性电流来补偿分布电容所带来的容性电流。

3 电缆电容的估算

在中压的舰船电力系统中，电缆电容将是系统分布电容的主要部分，本文主要介绍电缆电容的估算方法[4～6]。

为了方便计算我们单独计算每一根导线芯电容，电缆外径约33.3 mm，绝缘厚度约3.1 mm。并且等效如图4所示。可通过横截面积估算得，c=3.1 mm，r=5.5 mm。

图4 电缆对船体电容等效计算图

其中PE绝缘的相对介电常数取ε=7，真空介电常数，0ε=8.86×10-12F/m。

从式（5）和式（7）可以看出，估算值与实测值接近。

实际电缆单相对地电容为：

4 小结

本文主要分析了舰船电力系统的分布电容对系统接地方式选择的影响，发现在中压系统中大分布电容的情况下，采用高电阻接地会产生超过有关标准的故障电流。在谐振接地的情况下，需要合理的配置消弧线圈来产生感性电流来抵消系统对地电容产生的容性残流。

同时依据具体数据，利用高斯定理对电缆电容进行了估算，与实际结果相吻合。

[1] 回志澎, 陈新刚, 马守军. 舰船中压电力系统接地分析[J]. 船电技术, 2007, (06).

[2] 王鹏. 船舶中压电力系统中性点接地方式研究[J]. 船舶. 2007,(03).

[3] 袁立军, 罗宁昭, 刘佳, 丁洪兵. 舰船中压电力系统岸电供电系统接地方式研究[J]. 船电技术. 2013,(01).

[4] 杨贵河. 电缆电容的计算[J]. 电气开关, 2010, (01).

[5] 李学文,孙可平. 船舶接用岸电技术研究[J]. 上海海事大学学报, 2006, (03).

[6] 冯建武. 利用保角变换法计算两平行圆柱电容[J]. 济源职业技术学院学报, 2005,(02).

The Impact of Distributed Capacitance on the Choose of Grounding Mode of Shipboard Power System

Zhao Nan1, Nie Dong2, Luo Ningzhao2
(1. Comprehensive Planning Department of Naval Armaments Department, Beijing 100000, China; 2. Military Representative Office of Naval Armaments Department in Wuhan, Wuhan 430064, China; 3. Naval University of Engineering, Wuhan 430064, China)

The impact of distributed capacitance on the choice of grounding mode of shipboard power system is discussed. The impact of distributed capacitance to the system in high resistance grounding and resonant capacitance is analyzed. It is found that under the condition of large distributed capacitance in medium-voltage system, adopting high resistance grounding will produce excess fault current. In the case of resonant grounding, arc suppression coil is equipped to produce reactive current to counteract capacitive residues of ground capacitance. According to specific data, using the gauss theorem, the estimate to cable capacitance is meet actual results.

distributed capacitance; power system; grounding mode

TM76

A

1003-4862（2015）06-0051-03

2015-03-10

赵楠(1982-)，硕士。研究方向：电力系统安全运行。