Investigación sobre el modo de puesta a tierra del neutro en alta tensiónDiésel de 10 kW Generador

0 Introducción

La conexión eléctrica entre el punto neutro y la tierra de la red de distribución se denomina modo de puesta a tierra del punto neutro, también conocido como modo de operación del punto neutro. El método de puesta a tierra utilizado para el punto neutro es un problema técnico y económico de gran alcance. Los diferentes modos de puesta a tierra afectan directamente la sobretensión, el nivel de aislamiento de los equipos eléctricos, la fiabilidad de la red eléctrica, la selectividad y sensibilidad de la protección de los relés y la interferencia en las líneas de comunicación.

1 punto neutro vía tierra común

Existen cuatro tipos de puesta a tierra del sistema común en los sistemas eléctricos:

(1) El punto neutro está conectado a tierra directamente: El punto neutro del sistema de alimentación de CA de alto voltaje está conectado a tierra directamente, cuando ocurre una falla monofásica a tierra en el sistema, se formará un cortocircuito monofásico a tierra y la corriente de cortocircuito es muy grande, lo cual es muy beneficioso para la protección del relé, la no falla en relación con el voltaje de tierra no aumenta, no causará sobretensión de arco intermitente.

(2) PUESTA A TIERRA DE LA BOBINA DE SUPRESIÓN DE ARCO: La puesta a tierra de la bobina de supresión de arco neutro del sistema de energía de CA de alto voltaje, entre el punto neutro y la puesta a tierra en serie con un reactor para compensar la corriente capacitiva, limita la corriente de cortocircuito por falla de la puesta a tierra monofásica.

(3)El punto neutro está conectado a tierra mediante una resistencia (alta resistencia, baja resistencia): el sistema de alimentación de CA de alto voltaje está conectado a tierra mediante una alta resistencia en el punto neutro, y una resistencia de alta impedancia está conectada en serie entre el punto neutro y el punto de conexión a tierra, la corriente de cortocircuito de falla a tierra monofásica está limitada a 5 ~ 20 A, el punto neutro del sistema de alimentación de CA de alto voltaje está conectado a tierra con baja resistencia, y una resistencia de baja impedancia está conectada en serie entre el punto neutro y el punto de conexión a tierra, la corriente de cortocircuito de falla a tierra monofásica está limitada a 100 ~ 1000 A.

(4)Neutro sin conexión a tierra: El punto neutro del sistema de alimentación de CA de alto voltaje no está conectado a tierra, la corriente de conexión a tierra monofásica es corriente capacitiva cuando el sistema tiene una falla de conexión a tierra monofásica, cuando la corriente de conexión a tierra monofásica es pequeña (no más de 10 A), el sistema puede funcionar durante 1 ~ 2 horas con falla, la desventaja es que cuando ocurre la falla de conexión a tierra monofásica, el ARC no puede autoextinguirse cuando la corriente de conexión a tierra es grande, lo que conduce a la sobretensión del arco de espacio, pone en peligro el equipo, destruye el aislamiento e incluso provoca el cortocircuito multifásico.

1.1 Factores que afectan la selección del método de puesta a tierra

Los factores que influyen en la selección del modo de conexión a tierra son: 1 Confiabilidad de la fuente de alimentación; 2 Seguridad personal y del equipo; 3 Factor de sobretensión; 4 Protección del relé; 5 Inversión.

1.2 Comparación completa de los modos de puesta a tierra del neutro común

En la Tabla 1 se muestra una comparación completa de los modos de puesta a tierra del neutro comunes.

Tabla 1 Comparación completa de los modos comunes de puesta a tierra del neutro

2 generadores diésel de alto voltaje de 10 kW

Cuando el punto neutro no está conectado a tierra, si la falla monofásica a tierra se encuentra fuera del generador diésel de alta tensión de 10 kW, si la corriente de capacitancia supera un valor determinado, el arco de falla no se puede extinguir por sí solo, a menudo acompañado de un arco intermitente. La fase acumulada produce sobretensión, lo que causa daños en el aislamiento, y el armónico de alto orden conectado en triángulo del generador genera un calentamiento de bucle. Por lo tanto, se suele utilizar la conexión en Y. La tensión soportada estándar es 1,5 veces la tensión nominal de línea, es decir, 2,6 veces la fase U.

Para garantizar el funcionamiento seguro de la alta tensión de 10KWgenerador diéselsistema, es necesario asegurar que el sobrevoltaje de la fase sin falla sea menor a 2.6 u fase en caso de falla monofásica a tierra del sistema, y ​​que el sobrevoltaje de la fase sin falla sea menor a 2.6 u fase en caso de falla monofásica a tierra del sistema generador diésel de alto voltaje de 10KW, si no hay voltaje de arco de separación, la corriente de resistencia IR del punto de conexión a tierra debe ser mayor que la corriente de capacitancia total I ∑ C, generalmente IR ≥ (1.0 ~ 1.5) I ∑ C, que puede suprimir aún más el sobrevoltaje múltiple menor a 2.5 u fase, cuando IR ≥3.0 I ∑ C (o Xc/r ≥3.0), se puede satisfacer el efecto de supresión de sobrevoltaje interno, como se muestra en la Fig. 1.

El modo de conexión a tierra de alta resistencia solo cuando la corriente de conexión a tierra es pequeña, el efecto de la extinción automática del arco es obvio, generalmente aplicable a un sistema de alto voltaje con una corriente de capacitancia de conexión a tierra inferior a 10 A, la corriente de capacitancia I ∑ C del sistema generador diésel de 10 KW en el centro de Shanghai es 6 A.

Mediante el análisis del mecanismo de conexión a tierra de resistencia del punto neutro del generador, para cumplir con el requisito principal del tipo de conexión a tierra del generador, se debe adoptar el tipo de conexión a tierra de alta resistencia en el tipo de conexión a tierra del generador eléctrico.

Ventajas: 1. Para garantizar la continuidad del suministro de energía, cuando la corriente de falla monofásica a tierra es menor que la tolerancia de seguridad del generador diésel de alto voltaje de 10 kW, con operación de falla (generalmente 2 h). 2. Se suprime la sobretensión del arco de separación, lo que hace que la sobretensión sea inferior a 2,6 u fase. 3. Protección de relé simple.

DESVENTAJAS: 1. Adecuado para sistemas de alta tensión a pequeña escala con corriente de capacitancia de puesta a tierra (menor a 10 A), lo que limita su uso. Cuando la corriente de cortocircuito de una falla monofásica a tierra es alta, la corriente que fluye a través de la resistencia causará un problema de calentamiento, y la resistencia se quemará si el tiempo es demasiado largo.

Fig. 1 Diagrama de impedancia del sistema y sobretensión transitoria múltiple

3 Selección de la resistencia de puesta a tierra del neutro para un generador diésel de emergencia de alto voltaje de 10 kW en el centro de Shanghái.

3.1 Selección de la resistencia de puesta a tierra del neutro

Cada empresa de generador diésel de 10KW tiene diferentes métodos de selección y control para la resistencia de puesta a tierra del neutro del generador diésel de 10KW, y no existe una regulación uniforme para esto en China.

(1)La corriente de puesta a tierra se controla a 100 ~ 150 A, 10 ~ 30 A y 10 % de la corriente nominal.

(2)Esquema de varios generadores diésel de 10 kW + varios contactores + una resistencia de puesta a tierra, y esquema de varios generadores diésel de 10 kW + varios contactores + varias resistencias de puesta a tierra. El primero tiene un bajo costo y un área pequeña, pero su lógica de control es compleja; el segundo, por el contrario.

(3)Hay varios generadores diésel de 10KW funcionando con un contactor que se cierra para controlar la circulación, y hay varios contactores que se cierran con el controlador de circulación.

La resistencia de puesta a tierra del neutro del generador diésel de alto voltaje de emergencia de 10 kW del Centro de Shanghai es

Por lo tanto, se seleccionan 4 juegos de 2500 kW (potencia de reserva)/10,5 KV, 1 juego de caja de resistencia de alto voltaje 303 con alarma de temperatura y 4 juegos de contactores de CA de alto voltaje.

4 Cálculo de la corriente de cortocircuito de una falla monofásica a tierra con alta resistencia

El diagrama esquemático de la corriente de cortocircuito del cable con falla monofásica a tierra se muestra en la Fig. 2.

Fig. 2 Diagrama esquemático de la corriente de cortocircuito de un cable con falla monofásica a tierra

La corriente de cortocircuito de una falla monofásica a tierra con propiedad metálica completa del cable es

ICX es la corriente de capacitancia de la línea protegida, la corriente de capacitancia del cable más corto en el Centro de Shanghai es 0,15 A y la corriente de capacitancia del cable más largo es 0,7 a.

5 El punto de falla del cable pasa a través de la resistencia de transición RG = (30 ~ 300), y la corriente de cortocircuito de la falla monofásica a tierra es

La corriente total de cortocircuito es de 20,7 A cuando se produce una falla monofásica a tierra en el sistema de generador diésel de emergencia de alta tensión de 10 kW. El modo de funcionamiento máximo es

5,2 a para cada uno de los cuatro generadores diésel de 10 kw, el modo de funcionamiento mínimo es un generador diésel de 310 kw, cada carga de corriente de 6,9 ​​a no afecta el funcionamiento del generador diésel de 10 kw.

5Cálculo de la protección de corriente de secuencia cero para línea de puesta a tierra de alta resistencia y protección de corriente de secuencia cero para caja de resistencia de alto voltaje

5.1 Cálculo de Idz0x de líneas de transmisión con protección de corriente de secuencia cero

El ajuste de protección de corriente de secuencia cero es Idz0x = KIcx según la condición de corriente de capacitancia de la línea protegida

Bajo: K —— Coeficiente de confiabilidad, 4 ~ 5.

La sensibilidad es: Km = ID/IDZ0X ≥2

Km ≥2 para protección principal y Km ≥1,5 para protección de respaldo.

La relación de conversión de CT de SECUENCIA CERO DE LÍNEA es 100/1, la configuración de protección de corriente de corriente cero 1 (lado secundario) esIdz0x=5×0,53/100=0,0265 A

A 0,06 a/0,8 s, la sensibilidad esKm=20,7/(0,06×100)≈3,4≥2

El valor establecido de la protección de corriente cero 2 (lado secundario) esIdz0x= 4×0,53/100=0,0212 A

A 0,03/1,6 s, la sensibilidad esKm=11,3/(0,03×100)≈3,8≥2

Cálculo de Idz0R de protección de corriente de secuencia cero para caja de resistencia de alto voltaje 5.2

Es 1,1 ~ 1,2 veces mayor que el valor establecido de la protección de secuencia cero inferior y el límite de tiempo es de 0,3 s.

La relación del TC de secuencia cero de la caja de resistencia de alto voltaje es 50/5 y el valor de la protección de corriente cero 1 (lado secundario) esIdz0R= 1,1×0,06×100/10=0,66 A

A 0,7 a/1,1 s, la sensibilidad esKm=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

El valor establecido de la protección de corriente cero 2 (lado secundario) esIdz0R= 1,1×0,03×100/10=0,33 A

A 0,4 a/1,9 s, la sensibilidad esKm = 11,3/(0,410)≈2,8≥2 para garantizar la seguridad personal, el voltaje de contacto debe cumplir con el estándar nacional: cuando el tiempo de operación de protección es más de 1 s, el valor del voltaje de contacto es 50 v.

El punto de falla a la tensión de tierra esUgz= IdRjd=20,7×1=20,7V<50V

Entre ellos, RJD es el valor de la resistencia de puesta a tierra, ≤1,0.

6 Estrategia de operación de puesta a tierra de alta resistencia

(1)Cuando se produce una falla monofásica a tierra en el sistema, la corriente de cortocircuito es demasiado pequeña como para alertar sobre la temperatura de la caja de resistencia de alta tensión, lo que no afecta el funcionamiento del generador diésel de 10 kW. Cuatro generadores diésel de 10 kW están conectados a la tierra de alta resistencia en el punto neutro.

(2)Cuando ocurre una falla monofásica a tierra en el sistema, la corriente de cortocircuito es mayor, lo que hace que suene la alarma de temperatura de la caja de resistencia de alto voltaje y el sistema de control del generador diésel de 10 KW controla cuatro contactores de CA de alto voltaje para cortar la alta resistencia de conexión a tierra neutra, cuatro generadores diésel de 10 kw funcionan en un modo neutro sin conexión a tierra.

(3)Cuatro generadores diésel de 10KW funcionan en modo neutro sin conexión a tierra, y la corriente de capacitancia del cable del sistema a tierra I ∑ cL se calcula como se muestra en la Tabla 2. Como se puede ver en la Tabla 2, la corriente de capacitancia de línea del centro de Shanghai es de aproximadamente 4 A.

Tabla 2 Cálculo de la corriente de capacitancia de tierra I ∑ cL del cable del sistema

La corriente de capacitancia del gabinete de distribución y del sistema de formación de cable a tierra esI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3×(1+15%)×4=6 A

La fórmula es la siguiente: (1,2 ~ 1,8) como coeficiente de libertad, (15% ~ 20%) como tasa de influencia del equipo de distribución de energía.

(4) la sensibilidad de la protección de corriente de secuencia cero (protección de respaldo ≥1,5) es

Km= (I∑c-Icx)/Idz0x=(6-0.53)/3≈1.8≥1.5

(4)Influencia del modo de funcionamiento sin neutro a tierra en un generador diésel de 10 kW. La corriente de falla monofásica a tierra es de 6 A, el modo de funcionamiento máximo es de 1,5 A para un generador diésel de 410 kW y el modo de funcionamiento mínimo es de 2,0 A para un generador diésel de 310 kW. Esto no afecta al generador diésel de 10 kW.

7 Diagrama del sistema de resistencia de puesta a tierra del neutro

El sistema de resistencia de puesta a tierra neutral del generador diésel de alto voltaje de emergencia del Centro de Shanghai de 10KW se muestra en la figura 3.

Fig. 3. Sistema de resistencia de puesta a tierra del neutro de un generador diésel de emergencia de alto voltaje de 10 kW.

8. Conclusión

La puesta a tierra del neutro de un generador diésel de alta tensión de 10 kW es un problema económico muy amplio. Cada país y ciudad tiene diferentes métodos de puesta a tierra del neutro, basados ​​principalmente en su propia experiencia y tradición operativa.