Onderzoek naar de neutrale aardingsmodus van hoogspanning10KW Diesel Generator

0 Inleiding

De elektrische verbinding tussen het neutrale punt en de aarde van het distributienetwerk wordt de neutrale punt-aardingsmodus genoemd, ook wel de neutrale punt-bedrijfsmodus genoemd. Welke aardingsmethode voor het neutrale punt wordt gebruikt, is een zeer breed technisch en economisch vraagstuk. Verschillende aardingsmodi hebben een directe invloed op de overspanning, het isolatieniveau van elektrische apparatuur, de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet, de selectiviteit en gevoeligheid van relaisbeveiliging en de interferentie van communicatielijnen.

1 neutraal punt gemeenschappelijke grondweg

Er zijn vier soorten algemene aarding in elektriciteitsnetwerken:

(1) Het neutrale punt is direct geaard: Het neutrale punt van een hoogspanningswisselstroomsysteem is direct geaard. Wanneer er een eenfase-aarde-fout in het systeem optreedt, wordt er een kortsluiting in de eenfase-aarde-verbinding gevormd en is de kortsluitstroom erg groot. Dit is erg gunstig voor de relaisbeveiliging. De niet-fout ten opzichte van de aarde-spanning neemt niet toe en veroorzaakt geen intermitterende boogoverspanning.

(2) AARDING VAN DE ARC-ONDERDRUKKINGSSPOEL: Aarding van de neutrale ARC-onderdrukkingsspoel van een hoogspanningswisselstroomsysteem, tussen het neutrale punt en de aarding in serie met een reactor om de capacitieve stroom te compenseren en de kortsluitstroom van de aardingsfout bij één fase te beperken.

(3)het neutrale punt is geaard door een weerstand (hoge weerstand, lage weerstand): het hoogspanningswisselstroomsysteem is geaard met een hoge weerstand bij het neutrale punt en een hoge impedantieweerstand is in serie geschakeld tussen het neutrale punt en het aardingspunt, de kortsluitstroom van de eenfase-aardfout is beperkt tot 5 ~ 20A, het neutrale punt van het hoogspanningswisselstroomsysteem is geaard met een lage weerstand en een lage impedantieweerstand is in serie geschakeld tussen het neutrale punt en het aardingspunt, de kortsluitstroom van de eenfase-aardfout is beperkt tot 100 ~ 1000A.

(4)neutraal ongeaard: Het neutrale punt van het hoogspanningswisselstroomsysteem is ongeaard, de eenfase-aardingsstroom is capacitieve stroom wanneer het systeem een ​​eenfase-aardingsfout heeft, wanneer de eenfase-aardingsstroom klein is (niet meer dan 10A), kan het systeem 1 ~ 2 uur met fout draaien, het nadeel is dat wanneer de eenfase-aardingsfout optreedt, de ARC niet vanzelf kan doven wanneer de aardingsstroom groot is, wat leidt tot overspanning in de boogopening, gevaar voor de apparatuur oplevert, de isolatie vernietigt en zelfs de meerfasenkortsluiting veroorzaakt.

1.1 Factoren die de keuze van de aardingsmethode beïnvloeden

De factoren die van invloed zijn op de keuze van de aardingsmodus zijn: 1. Betrouwbaarheid van de stroomvoorziening; 2. Veiligheid van personen en apparatuur; 3. Overspanningsfactor; 4. Relaisbeveiliging; 5. Investering.

1.2 Uitgebreide vergelijking van gangbare neutrale aardingsmodi

Tabel 1 bevat een uitgebreide vergelijking van veelvoorkomende neutrale aardingsmodi.

Tabel 1: Uitgebreide vergelijking van veelvoorkomende neutrale aardingsmodi

2 Hoogspanningsdieselgeneratoren van 10 kW

Wanneer het neutrale punt niet geaard is en de aardfout zich buiten de 10 kW hoogspanningsdieselgenerator bevindt, en de capaciteitsstroom groter is dan een bepaalde waarde, kan de vlamboog niet vanzelf doven. Vaak gaat deze gepaard met een intermitterende vlamboog. De opgebouwde fase veroorzaakt overspanning, wat leidt tot isolatieschade. De in delta geschakelde hoog-orde harmonische zal een lusverhitting vormen. Daarom wordt over het algemeen een y-verbinding gebruikt. De standaard voor een spanningsbestendigheid is 1,5 keer de nominale netspanning, oftewel 2,6 u-fase.

Om de veilige werking van de hoogspanningsinstallatie van 10 kW te garanderendieselgeneratorsysteem, is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de overspanning van de niet-foutfase minder is dan 2,6 u-fase in geval van de enkelvoudige fase-aardfout van het systeem, en dat de overspanning van de niet-foutfase minder is dan 2,6 u-fase in geval van de enkelvoudige fase-aardfout van het hoogspanningsdieselgeneratorsysteem van 10 kW, als er geen boogspanning is, moet de weerstandsstroom IR van het aardingspunt groter zijn dan de totale capaciteitsstroom I ∑ C, over het algemeen IR ≥ (1,0 ~ 1,5) I ∑ C, wat de overspanningsveelvouden van minder dan 2,5 u-fase verder kan onderdrukken, wanneer IR ≥ 3,0 I ∑ C (of Xc / r ≥ 3,0), kan het interne overspanningsonderdrukkingseffect worden bevredigd, zoals weergegeven in Afb. 1.

Hoge weerstand aardingsmodus alleen als de aardingsstroom klein is, het effect van automatische boogdoving is duidelijk, over het algemeen toepasbaar op aardingscapaciteitstroom van minder dan 10A hoogspanningssysteem, de capaciteitstroom I ∑ C van een 10KW dieselgeneratorsysteem in het centrum van Shanghai is 6A.

Door het mechanisme van de aarding met weerstand van het neutrale punt van de generator te analyseren, moet, om aan de belangrijkste vereisten van het aardingstype van de generator te voldoen, een aardingstype met hoge weerstand worden toegepast in het aardingstype van de elektrische generator.

Voordelen: 1. De continuïteit van de stroomvoorziening wordt gewaarborgd wanneer de enkelfasige aardlekstroom lager is dan de veiligheidstolerantie van de hoogspanningsdieselgenerator van 10 kW, bij een storing (doorgaans 2 uur). 2. De boogspanning wordt onderdrukt, waardoor de overspanning lager is dan 2,6 u-fase. 3. Eenvoudige relaisbeveiliging.

NADELEN: 1. Geschikt voor aardingscapaciteit van kleine hoogspanningssystemen (minder dan 10 A), beperkt gebruik van de oscilloscoop. Wanneer de kortsluitstroom van een eenfase-aardfout groot is, zal de stroom die door de weerstand loopt een verhittingsprobleem veroorzaken en zal de weerstand doorbranden als de tijd te lang is.

Figuur 1 Diagram van systeemimpedantie en transiënte overspanningsvermenigvuldiger

3 Selectie van neutrale aardingsweerstand voor noodhoogspanningsdieselgenerator van 10 kW in het centrum van Shanghai

3.1 Selectie van neutrale aardingsweerstand

Elk bedrijf dat 10 kW-dieselgeneratoren produceert, hanteert andere selectie- en controlemethoden voor de neutrale aardingsweerstand van de 10 kW-dieselgenerator. Bovendien bestaat er in China geen uniforme regelgeving hiervoor.

(1)De aardingsstroom wordt geregeld op 100 ~ 150A, 10 ~ 30A en 10% van de nominale stroom.

(2)meerdere 10 kW dieselgeneratoren + meerdere contactors + één aardingsschema met weerstand, en meerdere 10 kW dieselgeneratoren + meerdere contactors + één aardingsschema met weerstand. De eerste is goedkoop en heeft een klein oppervlak, maar de besturingslogica is complex, de tweede daarentegen.

(3)Er draaien meerdere 10 kW dieselgeneratoren met één contactor die sluit om de circulatie te regelen, en er zijn meerdere contactors die sluiten met de circulatieregelaar.

De neutrale aardingsweerstand van de noodhoogspanningsdieselgenerator van 10 kW van het Shanghai Center is

Daarom zijn 4 sets van 2500 kW (standby-vermogen)/10,5 kV, 1 set 303 hoogspanningsweerstandskast met temperatuuralarm en 4 sets hoogspannings-AC-contactors geselecteerd.

4 Berekening van de kortsluitstroom van een eenfase-aardfout met hoge weerstand

Het schema van de kortsluitstroom van de kabel met een éénfase-aardfout wordt weergegeven in figuur 2.

Figuur 2 schematisch diagram van kortsluitstroom van kabel met een enkelfasige aardfout

De kortsluitstroom van een enkelfasige aardfout met volledige metalen eigenschappen van de kabel is

ICX is de capaciteitsstroom van de beveiligde lijn. De capaciteitsstroom van de kortste kabel in het Shanghai Center is 0,15 A en de capaciteitsstroom van de langste kabel is 0,7 A.

5 Het foutpunt van de kabel loopt door de overgangsweerstand RG = (30 ~ 300) en de kortsluitstroom van de eenfase-aardfout is

De totale kortsluitstroom bedraagt ​​20,7 A wanneer er een enkelfasige aardfout optreedt in het noodhoogspanningsdieselgeneratorsysteem van 10 kW. De maximale bedrijfsmodus is

5,2 A voor elk van de vier 10 kW dieselgeneratoren, de minimale bedrijfsmodus is een 310 kW dieselgenerator, elke stroombelasting 6,9 A, heeft geen invloed op de werking van de 10 kW dieselgenerator.

5Berekening van de nulsequentiestroombeveiliging voor een aardleiding met hoge weerstand en de nulsequentiestroombeveiliging voor een hoogspanningsweerstandkast

5.1 Idz0x-berekening van transmissielijnen met nulsequentiestroombeveiliging

De instelling voor de nulsequentiestroombeveiliging is Idz0x = KIcx, afhankelijk van de capaciteitsstroomconditie van de beveiligde lijn.

Onder: K —— Betrouwbaarheidscoëfficiënt, 4 ~ 5.

De gevoeligheid is: Km = ID/IDZ0X ≥2

Km ≥2 voor hoofdbeveiliging en Km ≥1,5 voor back-upbeveiliging.

LIJN NUL VOLGORDE CT-conversieverhouding is 100/1, nulstroom 1 stroombeveiligingsinstelling (secundaire zijde) isIdz0x=5×0,53/100=0,0265 A

Bij 0,06 a/0,8 s is de gevoeligheidKm=20,7/(0,06×100)≈3,4≥2

De ingestelde waarde van de nulstroom 2 stroombeveiliging (secundaire zijde) isIdz0x= 4×0,53/100=0,0212 A

Bij 0,03/1,6 s is de gevoeligheidKm=11,3/(0,03×100)≈3,8≥2

Idz0R-berekening van nulsequentiestroombeveiliging voor 5.2 hoogspanningsweerstandkast

Deze is 1,1 tot 1,2 keer groter dan de ingestelde waarde van de lagere nulsequentiebeveiliging en de tijdslimiet bedraagt ​​0,3 s.

De verhouding van de nulsequentie-CT van de hoogspanningsweerstandskast is 50/5 en de waarde van de nulstroom 1 stroombeveiliging (secundaire zijde) isIdz0R= 1,1×0,06×100/10=0,66 A

Bij 0,7 a/1,1 s is de gevoeligheidKm=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

De ingestelde waarde van de nulstroom 2 stroombeveiliging (secundaire zijde) isIdz0R= 1,1×0,03×100/10=0,33 A

Bij 0,4 a/1,9 s is de gevoeligheidKm = 11,3/(0,410)≈2,8≥2 Om de persoonlijke veiligheid te garanderen, moet de contactspanning voldoen aan de nationale norm: Wanneer de beveiligingswerkingstijd meer dan 1s bedraagt, bedraagt ​​de contactspanning 50 V.

Het foutpunt naar de aardspanning isUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 V<50 V

RJD is de waarde van de aardingsweerstand, ≤1,0.

6 Strategieën voor aarding met hoge weerstand

(1)Wanneer er een eenfase-aardlek in het systeem optreedt, is de kortsluitstroom te klein om de temperatuur van de hoogspanningsweerstandskast te alarmeren en heeft dit geen invloed op de werking van de 10 kW dieselgenerator. Vier 10 kW dieselgeneratoren zijn aangesloten op de hoogohmige aarding op het neutrale punt.

(2)Wanneer er een enkele fase-naar-aarde-fout in het systeem optreedt, is de kortsluitstroom groter, waardoor het temperatuuralarm van de hoogspanningsweerstandskast afgaat, en het besturingssysteem van de 10 kW-dieselgenerator regelt vier hoogspannings-AC-contactors om de hoge weerstand van de neutrale aarding af te sluiten, werken vier 10 kW-dieselgeneratoren in een neutrale, niet-geaarde modus.

(3)Vier 10 kW dieselgeneratoren worden in een neutrale, niet-geaarde modus bedreven en de capaciteitsstroom van de systeemkabel naar de aarde I ∑ cL wordt berekend zoals weergegeven in tabel 2. Zoals uit tabel 2 blijkt, is de lijncapaciteitsstroom van het centrum van Shanghai ongeveer 4 A.

Tabel 2 Berekening van de aardcapaciteitsstroom I ∑ cL van de systeemkabel

De capaciteitsstroom van de verdeelkast en het kabel-aarde-vormingssysteem isI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3×(1+15%)×4=6 A

De formule is als volgt: (1,2 ~ 1,8) als de vrijheidscoëfficiënt, (15% ~ 20%) als de invloedsfactor van de stroomverdeelapparatuur.

(4) de gevoeligheid van de nulsequentiestroombeveiliging (back-upbeveiliging ≥1,5) is

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

(4)De invloed van de neutrale ongeaarde bedrijfsmodus op een 10 kW dieselgenerator. De eenfase-aardlekstroom is 6 A, de maximale bedrijfsmodus is 1,5 A voor een 410 kW dieselgenerator en de minimale bedrijfsmodus is 2,0 A voor een 310 kW dieselgenerator. Dit heeft geen invloed op de 10 kW dieselgenerator.

7 Systeemdiagram van neutrale aardingsweerstand

Het neutrale aardingsweerstandsysteem voor de noodhoogspanningsdieselgenerator van 10 kW van het Shanghai Center wordt weergegeven in afbeelding 3.

Figuur 3. Noodstroomgenerator met hoogspanning van 10 kW met neutraal aardingssysteem

8. Conclusie

De neutrale aarding van hoogspanningsdieselgeneratoren van 10 kW is een zeer breed economisch vraagstuk. Verschillende landen en steden in een land hanteren verschillende methoden voor neutrale aarding, die voornamelijk gebaseerd zijn op hun eigen operationele ervaring en tradities.