1.4 力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式

1.4.1电力系统的中性点运行方式

在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式：(1) 电源中性点不接地；(2) 中性点经阻抗接地；(3) 中性点直接接地。前两种合称为小接地电流系统，亦称中性点非有效接地系统，或称中性点非直接接地系统。后一种中性点直接接地系统，称为大接地电流系统，亦称为中性点有效接地系统。

我国3～66kV的电力系统，特别是3～10kV系统，一般采用中性点不接地的运行方式。如果单相接地电流大于一定值时（3～10kV系统中单相接地电流大于30A，20kV及以上系统中单相接地电流大于10A时），则应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式或低电阻接地的运行方式。我国110kV及以上的电力系统，则都采用中性点直接接地的运行方式。

电力系统电源中性点的不同运行方式，对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响，而且将影响系统二次侧的继电保护和监测仪表的选择与运行，因此有必要予以研究。

(一) 中性点不接地的电力系统

图1-16是电源中性点不接地的电力系统在正常运行时的电路图和相量图【1】。为了讨论问题简化起见，假设图1-16a所示三相系统的电源电压和线路参数R、L、C都是对称的，而且将相线与大地之间存在的分布电容用一个集中电容C来表示，而相线之间存在的电容因对讨论的问题没有影响则予以略去。

                                图1-13正常运行时中性点不接地的电力系统

                                                                          a) 电路图                     b) 相量图

系统正常运行时，三个相的相电压、、是对称的，三个相的对地电容电流也是平衡的，如图1-13b所示。因此三个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。各相的对地电压，就是各相的相电压。

当系统发生单相接地故障时，例如C相接地，如图1-13a所示。完好的A、B两相对地电压都由原来的相电压升高到线电压倍。

必须指出：当中性点不接地系统中发生单相接地时，三相用电设备的正常工作并未受到影响，因为线路的线电压无论其相位和量值均未发生变化，因此该系统中的三相用电设备仍能照常运行。但是这种存在单相接地故障的系统不允许长期运行，以免再有一相发生接地故障时，形成两相接地短路，使故障扩大。因此在中性点不接地系统中，应装设专门的单相接地保护或绝缘监视装置。当系统发生单相接地故障时，发出报警信号，提醒供电值班人员注意，及时处理；当危及人身和设备安全时，则单相接地保护应动作于跳闸，切除故障线路。

(二) 中性点经消弧线圈接地的电力系统

上述中性点不接地的电力系统有一种故障情况比较危险，即在发生单相接地故障时如果接地电流较大，将在接地故障点出现断续电弧。由于电力线路既有电阻Ｒ、电感Ｌ，又有电容Ｃ，因此在发生单相弧光接地时，可形成一个Ｒ－Ｌ－Ｃ的串联谐振电路，从而使线路上出现危险的过电压（可达相电压的2.5～3倍），这可能导致线路上绝缘薄弱地点的绝缘击穿。为了防止单相接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压，因此在单相接地电容电流大于一定值时（如前所述），电力系统中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。

图1-14 中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时

 a) 电路图          b) 相量图

在该三相系统中，允许在发生单相接地故障时短时（一般规定为2h）继续运行，但保护装置要及时发出单相接地报警信号，如果发生危及人身和设备的安全时，则保护装置应动作于跳闸。

中性点经消弧线圈接地的电力系统，在单相接地时，其他两相对地电压也要升高到线电压，即升高为原对地电压的倍。

(三). 中性点直接接地或经低电阻接地的电力系统

电源中性点直接接地的电力系统发生单相接地时如图1-15所示。系统单相接地时，通过接地中性点形成单相短路k(1)。保护装置应动作于跳闸，切除短路故障，使系统的其他部分恢复正常运行。

图1-15 中性点直接接地的电力系统在发生单相接地时的电路

1.4.1低压配电系统的接地型式

(一). 有关的概念

我国的220/380V 低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线N、保护线PE或保护中性线PEN。

    (1). 中性线（N线）  其功能为用来连接额定电压为系统相电压的单相用电设备；用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；减小负荷中性点的电位偏移。

    (2). 保护线（PE线）  它是为保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有电气设备的外露可导电部分（如金属外壳、金属构架等）通过PE线接地。

    (3). 保护中性线（PEN线）  它兼有N线和PE线的功能。我国过去习惯称为“零线”。

(二). TN系统、TT系统和IT系统

按保护接地型式分为TN系统、TT系统和IT系统。

1. TN系统  

其电源中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共保护接地线（PE线）或公共保护中性线（PEN线）。TN系统又分三种型式：

(1). TN-C系统  N线与PE线合为一根线。

(2). TN-S系统  N线与PE线完全分开。

(3). TN-C-S系统  一部分为TN-C系统，另一部分为TN-S系统。

图1-16 低压配电的TN系统

a)TN-C系统    b)TN-S系统   c)TN-C-S系统

2. TT系统

电源中性点直接接地，所有设备外露可导电部分均各自经PE线单独接地，如图1-17所示。

图1-17 低压配电的TT系统

3. IT系统

其电源中性点不接地或经约1000Ω阻抗接地，其中所有设备的外露可导电部分也都各自经PE线单独接地，如图1-18 所示。

图1-28  低压配电的IT系统