根據技術和安全上的要求不同,可將供電電網分為中性點接地電網和中性點不接地電網兩種。礦井下一般都為中性點不接地電網。
一、正常運行的不接地電網
正常運行的不接地電網如下圖所示。
1、 在小容量中性點不接地電網中,如果線路不長,不超過1公里,導線對地電容較小,容抗與線路對地絕緣電阻相比可視為無限大時,此時容抗可不加考慮。導線對地只考慮絕緣電阻。電網正常運行時,各相電壓平衡Ua=Ub=Uc,又各相絕緣電阻相等,則中性點對地電壓U~0~=0,即線路實際運行時的中性點(大地電位)與電源中性點等電位。各相泄漏電流也相等。
2、 當線路較長,電網分布較廣時,電容電流和絕緣電阻電流都具有一定的數值。但只要是運行正常,三相平衡時,就不會產生中性點的位移。
二、有人觸電時的不接地電網
1、 當有人在電網里單相觸電或電網某點單相接地時,電網平衡受到破壞。如下圖所示。
由于a相對地絕緣電阻受到破壞,a相對地電壓降低到ao',電源中性點出現對地電U0的大小等于oo',b、c兩相對地電壓升高,其大小為bo'和co'。如果不是人在電網的觸電,而是金屬性接地,接地電阻等于零時,不接地的二相對地電壓將升高到線電壓,如果電網絕緣不夠,則增加了危險性。
2、 中性點不接地電網與大地沒有電氣聯接,線地之間只有絕緣電阻和分布電容存在,又稱對地絕緣電網(或系統)。高壓系統多為這種運行方式。低壓系統常采用三相四線制,如果其中性點不接地即屬不接地電網,又稱中性點不接地系統。在中性點不接地系統中,當電氣設備絕緣損壞時,外殼便可能帶上危險電壓。如下圖所示。
人體觸及時,流過人體的電流為:
Ir=3U/(3Rr+Z),式中U為電源相電壓;Z為電網對地復阻抗;R為電網對地絕緣電阻;Rr為人體電阻。
加于人體的電壓Ur接近為設備對地電壓Ud(設備外殼與大地零電位間的電壓)
Ud≈Ur=3RrU/(3Rr+Z)
可見,線路的絕緣阻抗越大,對地電壓越小。在線路絕緣良好的情況下,設備對地電壓很小,一般不致發生危險;但當線路絕緣變壞時,則有可能出現危險電壓。例如低壓線路當電容可忽略,而絕緣電阻下降至人體電阻的3倍時,則對地電壓可達
Ud≈Ur=3RrU/(3Rr+3Rr)=U/2=220/2=110(V) 是相當危險的。
三、中性點不接地電網的特點及應用
1、 中性點不接地電網,如果產生單相接地短路時,接地電流較小,三相對地電壓雖然有了改變,但三相線電壓及其對稱性沒有改變,所以用電設備還能繼續正常運行。這是三相不接地電網的重要特點。所以廣泛應用于安全性要求較高的部門,如采煤工業中,連續性供電的要求是很高的,如坑道里接送工人的纜車、抽取地下水的水漿、坑道照明等供電。
2、 在中性點不接地電網中,產生單相接地時,該相接地電流同另外兩相的絕緣電阻和分布電容構成回路,如果電網絕緣良好,絕緣電阻很大,且電容分布也不廣,對地分布電容很小,則單相接地電流也較小,這時接地短路產生的火花也較小,減小了由于電火花引起的火災和爆炸的危險性,也減小了人體觸電時的危險性。
3、 在防觸電事故中使用的隔離變壓器,其實質是由中性點接地電網變到中性點不接地電網運行。只要一次與二次絕緣良好,二次側的用電線路對地絕緣也是良好的,又因線路很短,分布電容可忽略不計。如果發生單相觸電時,觸電電流很小,一般危險性是很小的。
4、 由于在中性點不接地電網中,單相接地電流很小,線電壓又保持不變,電網中的用電設備又能繼續工作,使故障不易發現,而且故障點也較難找到。如果接地處接地電阻較小時,其他兩相的對地電壓可能升高到接近線電壓。
四、中性點不接地電網的絕緣監視和保護裝置
中性點不接地電網還可能產生高壓竄入低壓的危險,雷擊、操作過電壓等,在低壓側也可能產生很高的對地電壓,帶來火災和觸電的危險。為此必須采取專門措施:電網的絕緣監視和安裝擊穿保險的保護裝置。
1、 可用三只相同電壓表進行絕緣監視,如下圖所示。
當電網對地絕緣正常時,三相平衡,三只電壓表讀數均等于相電壓。如果一相接地時,該相電壓表讀數降低,其他兩相升高。如果某相絕緣惡化,三只表亦指示不同數值,以引起注意。
2、 擊穿保險器是一種過電壓時擊穿成通路,過電壓消失恢復絕緣的裝置,其作用與避雷器相似。如果高壓竄入低壓,保險器的空氣隙擊穿,故障電流經接地裝置流入大地,高壓的保護系統動作。正常情況下,擊穿保險器必須保持絕緣良好,否則不接地系統將變為接地系統。故要對擊穿保險器進行監視。
如上圖所示,正常時擊穿保險器處于絕緣狀態,電壓表V 1 、V2的讀數各為相電壓的一半,如果擊穿保險器絕緣破壞,V1下降,V2上升,如果擊穿保險器內部短路,V1等于零,V2上升到相電壓。
五、不接地電網的局限性
不接地電網運用接地保護措施是當絕緣良好、電網分布范圍較小時,其絕緣電阻可限制觸電電流,對觸電有一定的防護作用,因此多用于線路較短、分布范圍小、環境正常、線路能經常保持絕緣良好的情況。中性點不接地電網的缺點是一相故障接地時,其它相對地電壓升高為線電壓因而增加觸電的危險性;故障點難于發現,不能很好地利用保護裝置,對高壓竄入低壓及絕緣損壞帶來的危險需采用特殊的措施。因此,在大部分場合,特別是分布較廣的低壓系統,都采用中性點直接接地的運行方式,稱為接地電網或中性點接地系統。
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