Výzkum režimu uzemnění neutrálního vodiče vysokého napětí10kW diesel Generátor

0 Úvod

Elektrické spojení mezi neutrálním bodem a zemí distribuční sítě se nazývá režim uzemnění neutrálního bodu, nazývaný také režim provozu neutrálního bodu. Použitý druh uzemňovací metody pro neutrální bod je velmi široký technický a ekonomický problém. Různé režimy uzemnění přímo ovlivňují přepětí, úroveň izolace elektrických zařízení, spolehlivost elektrické sítě, selektivitu a citlivost reléových ochran a rušení komunikačních vedení.

1 neutrální bod, společný uzemňovací kanál

V energetických systémech existují čtyři běžné typy uzemnění systémů:

(1) Neutrální bod je přímo uzemněn: Neutrální bod vysokonapěťové střídavé napájecí soustavy je přímo uzemněn. Pokud v systému dojde k jednofázovému zkratu mezi zemí, vznikne jednofázový zkrat mezi zemí a zkratový proud je velmi velký. To je velmi výhodné pro ochranu relé. Nezvyšuje se napětí v bezporuchovém stavu vzhledem k napětí uzemnění a nezpůsobuje přerušované přepětí oblouku.

(2) UZEMNĚNÍ CÍVKY PROTI OBLOUKŮM: Uzemnění cívky pro potlačení oblouku v nulovém bodě vysokonapěťové střídavé napájecí soustavy mezi nulovým bodem a uzemněním v sérii s tlumivkou pro kompenzaci kapacitního proudu omezuje zkratový proud jednofázového uzemnění.

(3)Nulový bod je uzemněn rezistorem (vysoký odpor, nízký odpor): systém vysokého napětí střídavého proudu je v nulovém bodě uzemněn vysokým odporem a mezi nulový bod a uzemňovací bod je sériově zapojen rezistor s vysokou impedancí, zkratový proud jednofázové zemní poruchy je omezen na 5 ~ 20 A, nulový bod systému vysokého napětí střídavého proudu je uzemněn nízkým odporem a mezi nulový bod a uzemňovací bod je sériově zapojen rezistor s nízkou impedancí, zkratový proud jednofázové zemní poruchy je omezen na 100 ~ 1000 A.

(4)Neuzemněný nulový bod: Neutrální bod vysokonapěťové střídavé napájecí sítě je neuzemněný. Jednofázový zemnící proud je při jednofázové zemní poruše kapacitní. Pokud je jednofázový zemnící proud malý (ne více než 10 A), může systém běžet s poruchou 1 ~ 2 hodiny. Nevýhodou je, že při jednofázové zemní poruše se oblouk nemůže sám uhasit, pokud je zemnící proud velký. To vede k přepětí v mezerovém oblouku, ohrožuje zařízení, ničí izolaci a dokonce způsobuje vícefázový zkrat.

1.1 faktory ovlivňující výběr metody uzemnění

Faktory ovlivňující výběr způsobu uzemnění jsou: 1 Spolehlivost napájení; 2 Bezpečnost osob a zařízení; 3 Součinitel přepětí; 4 Ochrana relé; 5 Investice.

1.2 komplexní srovnání běžných režimů uzemnění nulového vodiče

Komplexní srovnání běžných režimů uzemnění nulového vodiče je uvedeno v tabulce 1.

Tabulka 1 komplexní srovnání běžných režimů uzemnění nulového vodiče

2 vysokonapěťové dieselové generátory o výkonu 10 kW

Pokud je neutrální bod neuzemněný a jednofázové zemní spojení se nachází mimo vysokonapěťový dieselový generátor o výkonu 10 kW, a kapacitní proud je větší než určitá hodnota, oblouk poruchy se sám neuhasí. Často je doprovázen přerušovaným obloukem. Nahromaděná fáze vytváří přepětí, které způsobuje poškození izolace. Vyšší harmonická složka generátoru zapojená do trojúhelníku vytvoří smyčku s přehřátím, proto se obecně používá zapojení typu Y. Standardní výdržné napětí je 1,5násobek jmenovitého síťového napětí, tj. 2,6 fáze U.

Aby byl zajištěn bezpečný provoz vysokonapěťového rozvodu 10 kWdieselový generátorV systému je nutné zajistit, aby přepětí fáze bez poruchy bylo v případě jednofázového zkratu systému vůči zemi menší než 2,6 U fáze a aby přepětí fáze bez poruchy bylo v případě jednofázového zkratu vůči zemi u vysokonapěťového dieselového generátoru o výkonu 10 kW menší než 2,6 U fáze. Pokud není k dispozici napětí oblouku v mezerovém bodě, měl by být odporový proud IR uzemňovacího bodu větší než celkový kapacitní proud I∑C, obecně IR ≥ (1,0 ~ 1,5) I∑C, což může dále potlačit násobek přepětí fáze menší než 2,5 U. Pokud IR ≥ 3,0 I∑C (nebo Xc/r ≥ 3,0), lze dosáhnout vnitřního efektu potlačení přepětí, jak je znázorněno na obr. 1.

Režim uzemnění s vysokým odporem pouze při malém zemnícím proudu, efekt automatického zhášení oblouku je zřejmý, obecně platí pro uzemňovací kapacitní proud menší než 10 A vysokonapěťové soustavy, kapacitní proud I ∑ C 10KW dieselového generátoru v centru Šanghaje je 6 A.

Analýzou mechanismu uzemnění nulového bodu generátoru s odporem by se pro splnění základního požadavku na typ uzemnění generátoru měl použít typ uzemnění s vysokým odporem.

Výhody: 1. Zajištění kontinuity napájení, když je proud jednofázového spojení se zemí nižší než bezpečnostní tolerance vysokonapěťového dieselového generátoru o výkonu 10 kW, s poruchovým chodem (obvykle 2 hodiny). 2. Přepětí v mezerovém oblouku je potlačeno, čímž je přepětí nižší než fázové 2,6 uM. 3. Jednoduchá reléová ochrana.

NEVÝHODY: 1. Vhodné pro malé zemnící kapacitní proudy vysokonapěťových systémů (méně než 10 A), což omezuje použití osciloskopu. Pokud je zkratový proud jednofázového spojení se zemí velký, proud protékající rezistorem způsobí problém s přehříváním a pokud je doba měření příliš dlouhá, rezistor se spálí.

Obr. 1 Diagram impedance systému a násobku přechodového přepětí

3 Výběr odporu uzemnění nulového vodiče pro nouzový vysokonapěťový dieselový generátor o výkonu 10 kW v centru Šanghaje

3.1 výběr odporu uzemnění nulového vodiče

Každá společnost vyrábějící dieselové generátory o výkonu 10 kW má jiné metody výběru a regulace odporu uzemnění nulového vodiče dieselových generátorů o výkonu 10 kW a v Číně pro to neexistuje jednotná regulace.

(1)Zemnící proud je regulován na 100 ~ 150 A, 10 ~ 30 A a 10 % jmenovitého proudu.

(2)schéma více dieselových generátorů 10 kW + více stykačů + jedno odporové uzemnění a schéma více dieselových generátorů 10 kW + více stykačů + více odporových uzemnění. První varianta má nízké náklady a malou plochu, ale její řídicí logika je složitější, druhá naopak.

(3)Existuje několik dieselových generátorů o výkonu 10 kW, přičemž jeden stykač se sepne pro řízení oběhu, a několik stykačů se sepne s regulátorem oběhu.

Odpor uzemnění nulového vodiče nouzového vysokonapěťového dieselového generátoru o výkonu 10 kW v centru Shanghai je

Proto byly vybrány 4 sady 2500 kW (záložní výkon) / 10,5 kV, 1 sada vysokonapěťového odporového boxu 303 s teplotním alarmem a 4 sady vysokonapěťových střídavých stykačů.

4 výpočet zkratového proudu jednofázového zemního spojení s vysokým odporem

Schéma zapojení zkratového proudu kabelu s jednofázovým zemním spojením je znázorněno na Obr. 2.

Obr. 2 schéma zkratového proudu kabelu s jednofázovým zemním zkratem

Zkratový proud jednofázového zemního spojení s plně kovovými vlastnostmi kabelu je

ICX je kapacitní proud chráněného vedení, kapacitní proud nejkratšího kabelu v centru Šanghaje je 0,15 A a kapacitní proud nejdelšího kabelu je 0,7 A.

5 Bod poruchy kabelu prochází přechodovým odporem RG = (30 ~ 300) a zkratový proud jednofázového spojení se zemí je

Celkový zkratový proud je 20,7 A, když dojde k jednofázovému zkratu na zem v nouzovém vysokonapěťovém systému dieselového generátoru o výkonu 10 kW. Maximální provozní režim je

5,2 A pro každý ze čtyř 10kw dieselových generátorů, minimální provozní režim je 310kw dieselový generátor, proudové zatížení 6,9 A pro každý generátor neovlivňuje provoz 10kw dieselového generátoru.

5Výpočet ochrany proti proudu nulové složky pro vysokoohmové uzemňovací vedení a ochrany proti proudu nulové složky pro vysokonapěťovou odporovou skříň

5.1 Výpočet Idz0x pro vedení s ochranou proti proudu s nulovou složkou

Nastavení ochrany proti proudu nulové složky je Idz0x = KIcx podle stavu kapacitního proudu chráněného vedení.

Pod: K —— Koeficient spolehlivosti, 4 ~ 5.

Citlivost je: Km = ID/IDZ0X ≥2

Km ≥2 pro hlavní ochranu a Km ≥1,5 pro záložní ochranu.

Převodní poměr proudového transformátoru nulového proudu je 100/1, nastavení proudové ochrany nulového proudu 1 (sekundární strana) jeIdz0x=5×0,53/100=0,0265 Å

Při 0,06 Å/0,8 s je citlivostKm=20,7/(0,06×100)≈3,4≥2

Nastavená hodnota ochrany proti nulovému proudu 2 (sekundární strana) jeIdz0x = 4 × 0,53 / 100 = 0,0212 Å

Při 0,03/1,6 s je citlivostKm=11,3/(0,03×100)≈3,8≥2

Výpočet ochrany proti proudu nulové složky (NPS) pro vysokonapěťovou rezistorovou skříňku 5.2 od Idz0R

Je 1,1 ~ 1,2krát větší než nastavená hodnota dolní ochrany nulové složky a časový limit je 0,3 s.

Převod proudového transformátoru nulové složky vysokonapěťové odporové skříně je 50/5 a hodnota proudové ochrany nulového proudu 1 (sekundární strana) jeIdz0R = 1,1 × 0,06 × 100 / 10 = 0,66 A

Při 0,7 Å/1,1 s je citlivostKm=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

Nastavená hodnota ochrany proti nulovému proudu 2 (sekundární strana) jeIdz0R = 1,1 × 0,03 × 100 / 10 = 0,33 A

Při 0,4 Å/1,9 s je citlivostKm = 11,3/(0,410)≈2,8≥2 Pro zajištění osobní bezpečnosti by kontaktní napětí mělo splňovat národní normu: Pokud je doba ochrany delší než 1 s, hodnota kontaktního napětí je 50 V.

Napětí v bodě poruchy vůči zemi jeUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 V<50 V

Mezi nimi je RJD hodnota zemního odporu ≤1,0.

6 Strategie provozu uzemnění s vysokým odporem

(1)Pokud v systému dojde k jednofázovému zkratu proti zemi, zkratový proud je příliš malý na to, aby spustil alarm teploty vysokonapěťové odporové skříně, a neovlivňuje to provoz 10kW dieselového generátoru. Čtyři 10kW dieselové generátory jsou připojeny k vysokoodporové zemi v neutrálním bodě.

(2)Pokud v systému dojde k jednofázovému zkratu proti zemi, je zkratový proud větší, což způsobí alarm teploty vysokonapěťové odporové skříně. Řídicí systém dieselového generátoru o výkonu 10 kW ovládá čtyři vysokonapěťové střídavé stykače, aby odpojil vysoký odpor uzemnění nulového vodiče. Čtyři dieselové generátory o výkonu 10 kW pracují v neuzemněném režimu.

(3)Čtyři dieselové generátory o výkonu 10 kW jsou provozovány v neuzemněném režimu s neutrálním bodem a kapacitní proud systémového kabelu do země I ∑ cL je vypočítán dle tabulky 2. Jak je patrné z tabulky 2, kapacitní proud vedení šanghajského centra je přibližně 4 A.

Tabulka 2 výpočet zemní kapacity I ∑ cL systémového kabelu

Kapacitní proud rozvodné skříně a systému propojení kabelů a zemí jeI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3 × (1 + 15 %) × 4 = 6 A

Vzorec je následující: (1,2 ~ 1,8) jako koeficient volnosti, (15 % ~ 20 %) jako míra vlivu zařízení pro distribuci energie.

(4) citlivost ochrany proti proudu nulové složky (záložní ochrana ≥1,5) je

Km= (I∑c-Icx)/Idz0x=(6-0,53)/3≈1,8≥1,5

(4)Vliv provozu s neuzemněným nulovým bodem na dieselový generátor 10 kW. Jednofázový zemní zkratový proud je 6 A, maximální provozní režim je 1,5 A pro dieselový generátor 410 kW a minimální provozní režim je 2,0 A pro dieselový generátor 310 kW, což neovlivňuje dieselový generátor 10 kW.

7 Systémový diagram odporu uzemnění nulového vodiče

Systém uzemňovacího rezistoru pro nouzový vysokonapěťový dieselový generátor o výkonu 10 kW v centru Shanghai je znázorněn na obrázku 3.

Obr. 3 nouzový systém uzemňovacího rezistoru nulového vodiče dieselového generátoru s výkonem 10 kW vysokého napětí

8. Závěr

Uzemnění nulového bodu vysokonapěťového dieselového generátoru o výkonu 10 kW je velmi široká škála ekonomických otázek. Různé země a města v dané zemi mají různé metody uzemnění nulového bodu, které jsou založeny především na jejich vlastních provozních zkušenostech a tradicích.