小電流接地系統(tǒng)接地電流計(jì)算與保護(hù)整定

1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)接地電流計(jì)算

發(fā)生單相金屬性接地時(shí)，接地相對(duì)地電壓降為零，非接地兩相對(duì)地電壓升高√3倍，三相之間電壓保持不變，仍然為線電壓。流過(guò)故障點(diǎn)的電流是線路對(duì)地電容引起的電容電流，與相電壓、頻率及相對(duì)地間的電容有關(guān)，一般數(shù)值不大。單相接地電容電流的估算方法如下：
1.1 空線路單相接地電容電流Ic
Ic＝1.1(2.7～3.3) Ue×L×10ˉ³
式中：Ue 線路額定線電壓（kV）； L 線路長(zhǎng)度（km）；
1.1 采用水泥桿或鐵塔而導(dǎo)致電容電流的增值系數(shù)。
無(wú)避雷線線路，系數(shù)取2.7；有避雷線線路，系數(shù)取3.3
對(duì)于6kV線路，約為0.0179A/km;對(duì)于10kV線路，約為0.0313A/km；對(duì)于35kV線路，約為0.1A/km。需要指出：
(1)雙回線路的電容電流為單回線路的1.4倍（6～10kV線路）。
(2)實(shí)測(cè)表明，夏季電容電流比冬季增值約10 ％。
(3)由變電所中電力設(shè)備所引起的電容電流值可按表1－27進(jìn)行估算。

1.2 電纜線路單相接地電容電流Ic
油浸紙電纜線路在同樣的電壓下，每千米的電容電流約為架空線路的25倍（三芯電纜）和50倍（單芯電纜）。
也可按以下公式估算：
6 kV電纜線路 Ic＝〔(95+3.1S)÷(2200+6S)〕×Ue A/km
10 kV電纜線路 Ic＝〔(95+1.2S)÷(2200+0.23S)〕×Ue A/km

式中：Ic 電容電流（A/km）； S 電纜芯線的標(biāo)稱(chēng)截面面積(mm²)；
Ue 線路額定線電壓（kV）。
對(duì)于交聯(lián)聚乙烯電纜，每千米對(duì)地的電容電流約為油浸紙電纜的1.2倍。油浸紙電纜和交聯(lián)聚乙烯電纜的電容電流，見(jiàn)表1-28至表1-30
1.3 架空線和電纜混合線路單相接地電容電流Ic
混合線單相接地電容電流可采用以下經(jīng)驗(yàn)公式估算：
Ic＝Ue(Lk+35lc)÷350

式中：Ic：電容器電流（A）
Uc：線路額定線電壓（kV）
Lk：同一電壓Ue的具有電的聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度（km）
Lc：同一電壓Ue的具有電的聯(lián)系的電纜線路總長(zhǎng)度（km）

表1-28 6-35KV油浸紙電纜接地電容電流計(jì)算值

2 小接地電流系統(tǒng)單相接地保護(hù)及計(jì)算

2.1 小電流接地系統(tǒng)的電容電流計(jì)算。
6～35kV供電網(wǎng)絡(luò)為電源中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，屬于小接地電流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)地電壓是平衡的，三相對(duì)地電容電流也是平衡的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓為零，而其他兩相對(duì)地電壓升高到相電壓的√3倍。這時(shí)，這兩相的對(duì)地電容電流也相應(yīng)增加到√3倍，而接地相電容電流則增加為正常運(yùn)行時(shí)每相電容電流的3倍，
即： Ic＝3×Ico=＝3×Ux×ω×Co
式中： Ico 正常運(yùn)行時(shí)每相電容電流（A）； Ux 相電壓（V）；
ω 角頻率，ω＝2πƒ, ƒ＝50HZ; Co 正常時(shí)每相線路對(duì)地電容（F）。
2.2 小電流接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)方式
2.2.1 通常采用絕緣監(jiān)視裝置和零序電流保護(hù)兩種方式。
2.2.2 絕緣監(jiān)視裝置
它時(shí)利用接地后出現(xiàn)的零序電壓給出信號(hào)的，其原理電路如圖1所示。圖中TV為連接于電源母線上的三相五柱式電壓互感器。3只電壓表PV1～PV3（或1只電壓表加三相切換開(kāi)關(guān)）用以測(cè)量各相對(duì)地電壓。也可以在開(kāi)口三角形線圈輸出端接電壓表進(jìn)行監(jiān)視，或接電壓繼電器進(jìn)行報(bào)警。
工作原理：當(dāng)線路任一相發(fā)生故障時(shí)，該相電壓指示為零，其他兩相對(duì)地電壓為相電壓的√3倍。同時(shí)開(kāi)口三角形線圈兩端電壓升高，使過(guò)電壓繼電器KV吸合，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，信號(hào)繼電器KC動(dòng)作，發(fā)出接地信號(hào)。

圖 1 絕緣監(jiān)視電路圖

2.3 單相接地故障零序電流保護(hù)單相接地故障零序電流保護(hù)是利用故障相的零序電流較非故障相大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)告信號(hào)或作用于跳閘的。其電路如圖2所示。
對(duì)于架空線路，采用零序電流濾序器方案，如圖2（a）所示；對(duì)于電纜線路，采用零序電流互感器方案，如圖2（b）所示。

圖2 零序電流保護(hù)原理電路圖

工作原理：當(dāng)線路正常時(shí)，二次線圈中沒(méi)有電流，保護(hù)裝置不動(dòng)作。
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相電流之和不為零，等于正常時(shí)一相對(duì)地電容電流的3倍，在二次線圈中就感應(yīng)電流，使過(guò)繼電器KA或零序電流繼KA0動(dòng)作，發(fā)出接地信號(hào)或動(dòng)作于跳閘。零序電流繼電器KA0通常選用DD-11型接地繼電器，其一次動(dòng)作電流可達(dá)5A，足以滿足保護(hù)要求。單相接地故障零序電流保護(hù)的零序電流互感器與繼電器的配合及其動(dòng)作電流的整定見(jiàn)表1。

2.3 保護(hù)裝置動(dòng)作電流的整定
一次動(dòng)作電流為：Idz＝3×Kk×Ic＝3×Kk×Ux×ω×Co
二次動(dòng)作電流整定值（保護(hù)繼電器經(jīng)互感器相連）為：Idzj＝Kk×(Ic÷n1)
式中：Kk 可靠系數(shù)，對(duì)瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)，取4～5；對(duì)帶時(shí)限動(dòng)作的保護(hù)，取1.5～2；n1 電流互感器的變比。 其他符號(hào)同前。
2.4靈敏度校驗(yàn)
Km＝(IcΣ－Ic)÷Idzj≥1.25～1.5
式中：IcΣ 全系統(tǒng)總的電容電流（A）；1.25和1.5分別適用于電纜線路和架空線路。
當(dāng)保護(hù)裝置不能滿足靈敏度要求時(shí)，可采用帶短時(shí)限的過(guò)電流繼電器，其延時(shí)時(shí)限一般為0.5～1S。上述IcΣ和Ic最好按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，可按中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)接地電容電流的計(jì)算公式計(jì)算。需要指出，在計(jì)算中還要考慮到所涉及變配電設(shè)備引起的電容電流增值和直接接地的電力電容器電流。

3 計(jì)算實(shí)例

例1：某空氣壓縮機(jī)站的一臺(tái)主風(fēng)機(jī)配2800kW，6kV高壓電動(dòng)機(jī)，用YJV22-6-3×240電纜配電，從配電室至電動(dòng)機(jī)的距離L為100m，實(shí)測(cè)電動(dòng)機(jī)所在供配電系統(tǒng)電容電流為20A，試選擇零序電流繼電器。
解：由于所在供配電系統(tǒng)電容電流為20A，故可選用零序電流互感器的變比為50/5。當(dāng)同一系統(tǒng)中其他回路發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)零序電流互感器的一次側(cè)電容電流為：
Ic ＝〔(95＋3.1×S)÷(2200＋6S)〕Ue
＝〔(95＋3.1×240)÷(2200＋6×240)〕×6.3×0.1＝0.145（A）
二次動(dòng)作電流整定值為：
Idzj＝Kk×（Ic÷n1）＝1.5×（0.145÷10）＝0.0218(A)
零序電流繼電器可選用DD-1/10型繼電器，整定范圍為10～40mA，滿足要求。
例2 某10kV供電線路如圖3所示。試進(jìn)行3×150mm²電纜的單相接地保護(hù)整定。已知全系統(tǒng)總的電容電流IcΣ為13A。

圖3 10kV電纜線路圖
解：(1)求電纜單相接地電容電流：
查表1-30得，10kV、150mm²電纜的單位長(zhǎng)度電容電流Io＝1.73A，
因此Icz＝n×L×Io＝3×0.6×1.73＝3.1(A)
(2)保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流: Idz＝Kk×Icz＝4×3.1＝12.4(A)
(3)靈敏度校驗(yàn)： Km＝(IcΣ－Ic)÷Idz＝(13－3.1)÷12.4＝0.8＜1.25
靈敏系數(shù)不能滿足要求，因此改用帶時(shí)限過(guò)電流繼電器，此時(shí)：
Idz＝Kk×Icz＝2×3.1＝6.2(A)
Km＝(13－3.1)÷6.2＝1.6＞1.25 滿足要求。
采用LJ型零序電流互感器及DL-11/20型過(guò)電流繼電器，動(dòng)作電流取6A，
延時(shí)時(shí)限取0.5S。
例3 某工廠變電所10kV架空線路長(zhǎng)3.5km，配出線高壓電纜長(zhǎng)2 km，變電所中每相配有一只電力電容器BW10.5-16-1。在某一配出線回路中采用零序繼電器保護(hù)，該回路10kV電纜長(zhǎng)400m.試選擇零序保護(hù)。
解：(1)單相接地電容的計(jì)算：
架空線路單相接地電容電流為:
Ic1＝Ue×L1÷350＝〔10×3.5〕÷350＝0.1(A)
電纜線路單相接地電容電流為:
Ic2＝Ue×L2÷10＝〔10×2〕÷10＝2(A)
考慮到變電設(shè)備引起的電容電流增加18％，則得到電網(wǎng)的電容電流為：
I'cΣ＝〔Ic1+ Ic2〕×1.18＝〔0.1+2〕×1.18＝2.48（A）
400 m 10kV配出線電纜回路的固有電容電流為：
Ic＝Ue×L3÷10＝(10×0.4)÷10＝0.4(A)
BW10.5-16-1型電容器的電容量Co＝0.46Μf。在額定電壓為10kV的電網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)，電容電流為：
Ic1＝√3×Ue×Co＝√3×10×10³×2π×50×0.46×(1/1000000)＝1.5A
因此，系統(tǒng)總的接地電容電流為：
IcΣ＝I'cΣ＋I(xiàn)ce＝2.48＋1.5＝3.98(A)
(2)保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流整定值：
Idzj＝Kk×Ic＝2×0.4＝0.8(A)(保護(hù)動(dòng)作帶時(shí)限)
Idzj＝Kk×Ic＝5×0.4＝2(A)(保護(hù)動(dòng)作不帶時(shí)限)
（3）靈敏度校驗(yàn)
Km＝（IcΣ－Ic）÷Idzj＝〔3.98－0.4〕÷0.8＝4.48＞1.25(動(dòng)作帶時(shí)限)
Km＝〔IcΣ－Ic〕÷Idzj＝〔3.98－0.4〕÷2＝1.79＞1.25(動(dòng)作不帶時(shí)限)
能滿足靈敏度要求，可選用DD-11型零序電流繼電器。