接地电容电流计算

1前言

众所周知10kV中性点不接地系统(小电流接地系统)具有如下特点：当一相发生金属性接地故障时，接地相对地电位为零，其它两相对地电位比接地前升高√3倍，一般情况下，当发生单相金属性接地故障时，流过故障点的短路电流仅为全部线路接地电容电流之和其值并不大，发出接地信号，值班人员可在2小时内选择和排除接地故障，保证连续不间断供电。

2单相接地电容电流的危害

当电网发展到一定规模，10kV出线总长度增加，对地电容较大时，单相接地电流就不容忽视。当单相接地电流超出允许值，接地电弧不易熄灭，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。单相接地电容电流过大的危害主要体现在五个方面：

1）弧光接地过电压危害

当电容电流过大，接地点电弧不能自行熄灭，出现间歇性电弧接地时，产生弧光接地过电压，这种过电压可达相电压的3-5倍或更高，它遍布于整个电网中，并且持续时间长，可达几小时，它不仅击穿电网中的绝缘薄弱环节，可使用电设备、电缆、变压器等绝缘老化，缩短使用寿命，而且对整个电网绝缘都有很大的危害。

2）造成接地点热破坏及接地网电压升高

单相接地电容电流过大，使接地点热效应增大，对电缆等设备造成热破坏，该电流流入接地网后由于接地电阻的原因，使整个接地电网电压升高，危害人身安全。

3）交流杂散电流危害

电容电流流入大地后，在大地中形成杂散电流，该电流可能产生火花，引燃可燃气体、煤尘爆炸等，可能造成雷管先期放炮，并且腐蚀水管，气管等金属设施。

4）接地电弧还会直接引起火灾,甚至直接引起可燃气体、煤尘爆炸。

5）配电网对地电容电流增大后，架空线路尤其是雷雨季节，因单相接地引起的短路跳闸事故占很大比例。

3 单相接地电容电流的补偿原则

我国的相关电力设计技术规程中规定，3～10kV的电力网单相接地故障电流大于30A时应装设消弧线圈。消弧线圈的作用是当电网发生单相接地故障后，提供一电感电流，补偿接地电容电流，使接地电流减小，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，不仅可以有效的减少产生弧光接地过电压的机率，还可以有效的抑制过电压的辐值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。消弧线圈应接于系统中性点上。变电站主变压器10 kV侧采用的是三角形接线，10 kV系统是没有中性点的，解决的办

法是将消弧线圈接在星形接线的10 kV站用接地变压器中性点上。这样，系统零序网络等效于由对地电容和消弧线圈构成的LC串联电路。

脱谐度决定了一是弧道中的残余电流；二是恢复电压上升到最大值的时间；三是恢复电压的上升速度，它是影响灭弧的主要因素。工程上用脱谐度V来描述调谐程度

V=（IC-IL）/IC

当V=0时，称为全补偿，当V>0时为欠补偿,V<0时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来看，脱谐度的绝对值越小越好，最好是处于全补偿状态，即调至谐振点上。但是在电网正常运行时，小脱谐度的消弧线圈将产生各种谐振过电压。如10KV电网，当消弧线圈处于全补偿时，电网正常稳态运行情况下其中性点位移电压是未补偿电网的10-25倍，这就是通常所说的串联谐振过电压。除此之外，电网中各种操作（如大电机投入，断路器非同期合闸等）及电网发生其它故障时（如单相断线，断路器非全相合闸等）都可能产生危险的过电压，所以在电网正常运行时，或发生单相接地之外的其他故障时，小脱谐度的消弧线圈给电网带来的不是安全因素而是危害。综上所述，当电网发生单相接地故障时，希望消弧线圈的脱谐度越小越好，最好是全补偿。当电网正常运行时,希望消弧线圈的脱谐度越大越好，最好是退出运行。

4智能型自动补偿装置的组成及特点

近年来人工调谐的老式消弧线圈已逐步被智能型自动调谐式接地补偿装置取代。

（1）智能型自动补偿装置一般包括Z型接地变压器、有载消弧线圈、阻尼电阻、中性点电压互感器、电流互感器以及微机自动调谐系统。

（2）智能型自动补偿装置的特点：

a)采用微机控制器，使装置实现了智能化，不仅保障了装置动作的快速性和准确性，而且实现了手动与自动控制独立，自动控制部分如出现异常不会影响手动控制，手动控制也包括了档位指示，手动升降及档位到头、单相接地闭锁及升、降的互锁，保证了装置的可靠性和可控性。

b)采用了多档位抽头，电动有载调压消弧线圈，为装置实现自动调谐创造条件。

c)采用了特殊设计的高压非线性电阻与消弧线圈并联使用，对抑制铁磁谐振过电压，弧光过电压，欠补偿状态下的断线过电压和传递过电压等有明显效果。

d)运行方式灵活。由于采取了降低中性点谐振过电压的措施，所以过补、欠补、全补方式都可以由用户自由选择。

e)设有记忆和报警及信号通过接口远送等功能，为实现变电所无人值班创造了条件。

5 单相接地电容、接地变压器及消弧线圈容量计算

电网的电容电流，应包括有电气连接的所有架空线路、电缆线路、发电机、变压器以及母线和电器的电容电流，并应考虑5-10年的发展。

（1）电缆线路电容电流的估算计算方法：

I c=0.1×U P ×L (5-1)

式中：U P━电网线电压(kV)

L ━电缆长度(km)

（2）架空线电容电流的估算计算方法：

I c= (2.7~3.3)×U P×L×10-3(5-2)

式中：U P━电网线电压(kV)

L ━架空线长度(km)

2.7━系数，适用于无架空地线的线路

3.3━系数，适用于有架空地线的线路

同杆双回架空线电容电流为单回路的1.3~1.6倍。

（3）变电所增加电容电流的计算见表1

表1

（4）消弧线圈容量的计算

Q = K×I c×U P/√3(5-3)

式中：K —系数，过补偿取1.35

Q —消弧线圈容量，kVA

（5）消弧线圈容量及额定电流的选择

根据最大电容电流I c，确定相应的消弧线圈容量及额定电流，使最大补偿电感电流满足要求。（6）接地变压器容量选择

接地变除可带消弧圈外，兼作所用变。

（5-4）