接地變原理及作用講解

隨著城市建設發展的需要和供電負荷的增加，許多地方正在城區建設110/10kV終端變電所，一次側采用電壓110kV進線，隨著城網改造中桿線下地，城區10kV出線絕大多數為架空電纜出線，10kV配電網絡中單相接地電容電流將急劇增加。

根據國家原電力工業部《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定，3—66KV系統的單相接地故障電容電流超過10A時，應采用消弧線圈接地方式。一般的110/10kV變電所，其變壓器低壓側為△接線，系統低壓側無中性點引出，因此，在變電所設計中要考慮10kV接地變的設置。

 1、接地變的原理

      對于三角形接線的配電系統，要造成系統的中性點，必須接入接地變壓器。接地變壓器有二種：Z型接地變壓器（ZN、ZN，yn）和星形/三角形接線變壓器（YN，d）。現在，多用Z型接地變壓器，其中性點可接入消弧線圈。

        Z型接地變壓器，在結構上與普通三相芯式電力變壓器相同，只是每相鐵芯上的繞組分為上、下相等匝數的兩部分，接成曲折形連接。接線方式不同，又分為ZN，yn1和ZN，yn11兩種形式。

       Z型接地變壓器同一柱上兩半部分繞組中的零序電流方向是相反的，因此零序電抗很小，對零序電流不產生扼流效應。當Z型接地變壓器中性點接入消弧線圈時，可使消弧線圈補償電流自由地流過，因此Z型變壓器廣為采用作接地變壓器。

       Z型接地變壓器，還可裝有低壓繞組，接成星形中性點接地（yn）等方式，作為所用變壓器使用。

       Z型接地變壓器有油浸式和干式絕緣兩種，其中樹脂澆注式是干式絕緣的一種。

       適用范圍：適用于容量為220千伏安及以下，電壓為35千伏及以下的油浸式Z型接地變壓器。

對于35KV、66KV配電網，變壓器繞組通常采用Y接法，有中性點引出，就不需要使用接地變壓器。

       對于6KV、10KV配電網，變壓器繞組通常采用△接法，無中性點引出，這就需要用接地變壓器引出中性點。

       接地變壓器的作用就是在系統為△型接線或Y型接線中性點未引出時，用于引出中性點以連接消弧線圈。

     接地變壓器采用Z型接線（或者稱曲折型接線），即每一相線圈分別繞在兩個磁柱上，兩相繞組產生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地變壓器的零序阻抗很小（一般小于10Ω），空載損耗低，變壓器容量可以利用90%以上。

       而普通變壓器零序阻抗要大很多，消弧線圈容量一般不應超過變壓器容量的20%，由此可見，Z型接線的變壓器作為接地變壓器是一種比的選擇。

       一般系統不平衡電壓較大時，Z型變壓器的三相繞組做成平衡式，就可以滿足測量需要。當系統不平衡電壓較小時（例如全電纜網絡），Z型變壓器的中性點要做出30V～70V的不平衡電壓以滿足測量需要

接地變壓器除可帶消弧線圈外，也可帶二次負載，代替站用變。在帶二次負載時，接地變壓器的一次容量應為消弧線圈容量與二次負載容量之和。

2、接地變的作用

   接地變專為消弧線圈所設，一般消弧線圈裝設在小電流接地系統的變壓器三角形側，用來補償電網單相接地時的接地電容電流。但變壓器的三角形側沒有中性點，接地變就是為安裝消弧線圈提供人為中性點的。

 我國電力系統中，的6kV、10kV、35kV電網中一般都采用中性點不接地的運行方式。電網中主變壓器配電電壓側一般為三角形接法，沒有可供接地電阻的中性點。

       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，對用戶繼續工作影響不大，并且電容電流比較小（小于10A）時，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。由于該運行方式簡單、投資少，所以在我國電網初期階段一直采用這種運行方式，并起到了很好的作用。

       但是隨著電力事業日益的壯大和發展，這中簡單的方式已不在滿足現在的需求，現在城市電網中電纜電路的增多，電容電流越來越大（超過10A），此時接地電弧不能可靠熄滅，就會產生以下后果。

       1、單相接地電弧發生間歇性的熄滅與重燃，會產生弧光接地過電壓，其幅值可達4U（U為正常相電壓峰值）或者更高，持續時間長，會對電氣設備的絕緣造成極大的危害，在絕緣薄弱處形成擊穿；造成重大損失。

       2、由于持續電弧造成空氣的離解，撥壞了周圍空氣的絕緣，容易發生相間短路；

       3、產生鐵磁諧振過電壓，容易燒壞電壓互感器并引起避雷器的損壞甚至可能使避雷器爆炸；

       這些后果將嚴重威脅電網設備的絕緣，危及電網的安全運行。為了防止上述事故的發生，為系統提供足夠的零序電流和零序電壓，使接地保護可靠動作，需人為建立一個中性點，以便在中性點接入接地電阻。為了解決這樣的辦法。接地變壓器（簡稱接地變）就在這樣的情況下產生了。接地變就是人為制造了一個中性點接地電阻，它的接地電阻一般很小（一般要求小于5歐）。

另外接地變有電磁特性，對正序負序電流呈高阻抗，繞組中只流過很小的勵磁電流。由于每個鐵心柱上兩段繞組繞向相反，同心柱上兩繞組流過相等的零序電流呈現低阻抗，零序電流在繞組上的壓降很小。

       也既當系統發生接地故障時，在繞組中將流過正序、負序和零序電流。該繞組對正序和負序電流呈現高阻抗，而對零序電流來說，由于在同一相的兩繞組反極性串聯，其感應電動勢大小相等，方向相反，正好相互抵消，因此呈低阻抗。

       接地變的工作狀態，由于很多接地變只提供中性點接地小電阻，而不需帶負載。所以很多接地變就是屬于無二次的。接地變在電網正常運行時，接地變相當于空載狀態。

       但是，當電網發生故障時，只在短時間內通過故障電流，中性點經小電阻接地電網發生單相接地故障時，高靈敏度的零序保護判斷并短時切除故障線路，接地變只在接地故障至故障線路零序保護動作切除故障線路這段時間內起作用，其中性點接地電阻和接地變才會通過IR= （U為系統相電壓，R1為中性點接地電阻，R2為接地故障賄賂附加電阻）的零序電路。根據上述分析，接地變的運行特點是；長是空載，短時過載。

 之，接地變是人為的制造一個中性點，用來連接接地電阻。當系統發生接地故障時，對正序負序電流呈高阻抗，對零序電流呈低阻抗性使接地保護可靠動作。

       接地變壓器的作用是在系統為△型接線或Y型接線中性點無法引出時，引出中性點用于加接消弧線圈，該變壓器采用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別繞在兩個磁柱上，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。

       因此規程規定，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%，而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，可代替所用變，從而節省投資費用。