TN系统变压器中性点接地电缆截面选择

TN系统变压器中性点接地电缆截面选择

赵军龙

中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西 西安 710043

前言：TN系统采用变压器中性点直接接地时，单相接地故障电流可以通过变压器中性点接地电缆回流至中性点，保障继电保护装置快速可靠动作。变压器中性点接地电缆截面选择有着重要的意义。

关键词  中性点接地 单相接地故障  电缆截面选择

对于单电源TN-S系统，采用变压器中性点直接接地方式，单相接地故障电流（）路径如图1所示。为防止杂散电流，变压器中性点功能接地导体（图中虚线所示）、PE母排至总接地导体采用电缆，电缆截面需由设计确定。《建筑电气常用数据》（04DX101-1）中接地电缆选择未区分变压器的阻抗电压，未给出YJV电缆的选型表，且已被替代。《建筑电气常用数据》（19DX101-1）未给出变压器中性点接地电缆的选型表。本文按照《工业与民用配电设计手册》第四版的计算方法，结合该手册中的系统阻抗及不同容量变压器典型参数，计算最小电缆截面并给出电缆选型表，供工程设计者参考。

需要指出的是，对于单母线分段及多电源TN-C-S系统，变压器中性点经PEN母线后接地，单相接地故障电流（）路径如图2所示，PE至MEB之间的接地导体（图中虚线所示）并没有短路电流通过，电缆截面选择无需考虑短路的热稳定校验，仅需考虑电缆机械强度及环境腐蚀程度【1】。

图1 变压器中性点直接接地【2】           图2 变压器中性点经PEN母线后接地【2】

1、变压器中性点接地电缆截面的计算方法

1.1阻抗计算

1.1.1、高压侧系统阻抗计算公式：

, ，

式中：计算三相短路电流时取1.05，计算单相短路电流时取1;

：低压侧系统标称电压,取0.38 kV;

：变压器高压侧系统短路容量，根据实际确定，MVA;

、、，归算到变压器低压侧的系统电阻、电抗、阻抗，mΩ。

1.1.2变压器阻抗计算公式：

式中:：变压器阻抗电压百分数;

：变压器额定容量，MVA;

:变压器短路损耗，kW;

、，:归算到变压器低压侧的变压器电阻、电抗、阻抗，mQ。

1.2相保阻抗计算

1.2.1高压侧系统相保阻抗计算公式：

对于Dyn11或Yyn0联结组别的变压器：

式中: :系统相保电抗，mΩ，

：系统相保电阻，mΩ。

1.2.2变压器(D,yn11连接）相保阻抗计算公式：

式中: ：变压器相保电抗,mΩ,

：变压器相保电阻，mΩ。

1.2.3短路点总相保阻抗计算公式：

式中： 、、:短路点总相保电抗、相保电阻、相保阻抗，mΩ。

1.3计算单相接地故障电流

单相短路电流计算公式：

式中:U：低压系统标称电压，380 V;

：单相短路电流，kA。

1.4根据热稳定校验计算电缆最小截面

：电缆允许最小截面积，mm2

：短路电流热效应，kA2*s

：电缆的热稳定系数，查表：铜芯聚氯乙烯电缆为115*，铜芯交联聚乙烯电缆为137*，

其中：

=，

:短路电流持续时间；

2 工程计算的计算条件及计算结果

2.1计算条件

1、Y,yn0接线方式变压器零序阻抗比正序阻抗大得多，单相接地故障电流小，电缆截面适用于D,yn11接线方式的话，一定会适用于Y,yn0的变压器。按照D,yn11接线方式进行计算。

2、考虑最不利情况，忽略变压器低压侧出线以后的母排、电缆、元件等的阻抗。

3、短路电流持续时间按照0.6s计算

2.2计算结果

系统短路容量及典型变压器参数引自《工业与民用配电设计手册》（第四版）表4.6-13及表4.6-11所列的典型值，不同短路容量及变压器参数的电缆截面计算结果见表3~表4：

表3 系统短路容量为100MVA时电缆截面选择

表4 系统短路容量为无穷大时电缆截面选择

4.结论

作为选型表格，考虑最不利情况，忽略变压器低压侧以后的母排、电缆、元件等的阻抗。当系统容量为无穷大，也就是系统相保阻抗为零时，中性点接地电缆截面选择见表5。与短路容量无穷大时相比，系统短路容量为100MVA时，不同变压器对应的电缆截面有些与之相等，有些截面可减小一级，电缆单价相差不大，且中性点接地电缆较短，一般不超过20米，所以当系统短路容量不确定时，可参考下表选择电缆截面且不至于产生过大的浪费。

表5中性点接地电缆截面选择

参考文献：

[1] 钱中阳,冯志文,李建云.变压器低压侧中性点接地导体截面的选择[J].建筑电气,2009,28(12):38-42.

[2] 《工业与民用配电设计手册》（第四版）

[3] 《建筑电气常用数据》（19DX101-1）