Badania nad trybem uziemienia przewodu neutralnego wysokiego napięcia10 kW Diesel Generator

0 Wprowadzenie

Połączenie elektryczne między punktem neutralnym a ziemią sieci rozdzielczej nazywane jest trybem uziemienia punktu neutralnego, zwanym również trybem pracy punktu neutralnego. Wybór metody uziemienia punktu neutralnego stanowi bardzo szeroki problem techniczny i ekonomiczny. Różne tryby uziemienia mają bezpośredni wpływ na przepięcia, poziom izolacji urządzeń elektrycznych, niezawodność sieci elektroenergetycznej, selektywność i czułość zabezpieczeń przekaźnikowych oraz zakłócenia w liniach komunikacyjnych.

1 punkt neutralny, wspólny przewód uziemiający

W systemach energetycznych powszechnie stosuje się cztery typy uziemienia systemu:

(1) Punkt neutralny jest bezpośrednio uziemiony: Punkt neutralny wysokonapięciowego systemu zasilania prądem przemiennym jest bezpośrednio uziemiony. Gdy w systemie wystąpi zwarcie jednofazowe do ziemi, powstanie zwarcie jednofazowe do ziemi, a prąd zwarcia będzie bardzo duży, co jest bardzo korzystne dla ochrony przekaźnika. Nie wzrasta napięcie bezawaryjne w stosunku do napięcia uziemienia, nie spowoduje to przerywanego przepięcia łuku elektrycznego.

(2) UZIEMIENIE CEWKI GŁUSZĄCEJ: Uziemienie cewki gaszącej łuk elektryczny w punkcie neutralnym systemu zasilania prądem przemiennym wysokiego napięcia, pomiędzy punktem neutralnym a uziemieniem, szeregowo z dławikiem, w celu kompensacji prądu pojemnościowego, ogranicza jednofazowy prąd zwarciowy doziemny.

(3)Punkt neutralny jest uziemiony rezystorem (wysoka rezystancja, niska rezystancja): system zasilania prądem przemiennym wysokiego napięcia jest uziemiony za pomocą wysokiej rezystancji w punkcie neutralnym, a wysoka rezystancja impedancji jest podłączona szeregowo między punktem neutralnym a punktem uziemienia. Prąd zwarcia jednofazowego zwarcia doziemnego jest ograniczony do 5 ~ 20 A. Punkt neutralny systemu zasilania prądem przemiennym wysokiego napięcia jest uziemiony za pomocą niskiej rezystancji. A niska rezystancja impedancji jest podłączona szeregowo między punktem neutralnym a punktem uziemienia. Prąd zwarcia jednofazowego zwarcia doziemnego jest ograniczony do 100 ~ 1000 A.

(4)Nieuziemiony punkt neutralny: Punkt neutralny systemu zasilania prądem przemiennym wysokiego napięcia nie jest uziemiony. Prąd uziemienia jednofazowego jest prądem pojemnościowym, gdy system ma jednofazowe zwarcie doziemne. Gdy jednofazowy prąd uziemienia jest mały (nie więcej niż 10 A), system może działać przez 1 ~ 2 godziny z usterką. Wadą jest to, że gdy wystąpi jednofazowe zwarcie doziemne, ARC nie może samoczynnie zgasnąć, gdy prąd uziemienia jest duży, co prowadzi do przepięcia łuku elektrycznego, zagraża sprzętowi, niszczy izolację, a nawet powoduje zwarcie wielofazowe.

1.1 czynniki wpływające na wybór metody uziemienia

Czynniki wpływające na wybór trybu uziemienia to: 1. Niezawodność zasilania; 2. Bezpieczeństwo osobiste i urządzeń; 3. Współczynnik przepięcia; 4. Ochrona przekaźnika; 5. Inwestycja.

1.2 kompleksowe porównanie trybów uziemienia wspólnego przewodu neutralnego

Pełne porównanie trybów uziemienia wspólnego przewodu neutralnego pokazano w tabeli 1.

Tabela 1 – kompleksowe porównanie trybów uziemienia wspólnego przewodu neutralnego

2 wysokonapięciowe generatory diesla o mocy 10 kW

Gdy punkt neutralny nie jest uziemiony, a zwarcie doziemne pojedynczej fazy znajduje się poza generatorem wysokonapięciowym o mocy 10 kW, a prąd pojemnościowy przekracza określoną wartość, łuk zwarciowy nie gaśnie samoczynnie, często w połączeniu z łukiem przerywanym. Narastająca faza wytwarza przepięcie, powodując uszkodzenie izolacji. Połączone w trójkąt wyższe harmoniczne generatora utworzą pętlę nagrzewania, dlatego zaleca się stosowanie połączenia w układzie Y. Standardowe napięcie wytrzymywane wynosi 1,5-krotność znamionowego napięcia sieciowego, tj. 2,6 Ω.

W celu zapewnienia bezpiecznej eksploatacji linii wysokiego napięcia 10 kWgenerator dieslasystemu, należy upewnić się, że przepięcie fazy nieuszkodzonej jest mniejsze niż 2,6 u fazy w przypadku zwarcia pojedynczej fazy do ziemi systemu, i że przepięcie fazy nieuszkodzonej jest mniejsze niż 2,6 u fazy w przypadku zwarcia pojedynczej fazy do ziemi systemu generatora diesla wysokiego napięcia 10 kW, jeśli nie ma napięcia łuku elektrycznego, prąd rezystancji IR punktu uziemienia powinien być większy niż całkowity prąd pojemnościowy I ∑ C, ogólnie IR ≥(1,0 ~ 1,5) I ∑ C, co może dodatkowo stłumić wielokrotność przepięcia mniejszą niż 2,5 u fazy, gdy IR ≥3,0 I ∑ C (lub Xc/r ≥3,0), można spełnić wewnętrzny efekt tłumienia przepięcia, jak pokazano na rys. 1.

Tryb uziemienia o wysokiej rezystancji działa tylko wtedy, gdy prąd uziemienia jest niewielki; efekt automatycznego gaszenia łuku jest oczywisty; ogólnie stosuje się go do uziemienia prądu pojemnościowego mniejszego niż 10 A w układzie wysokiego napięcia; prąd pojemnościowy I ∑ C układu generatora diesla o mocy 10 kW w centrum Szanghaju wynosi 6 A.

Analizując mechanizm uziemienia rezystancji punktu neutralnego generatora, w celu spełnienia głównych wymagań typu uziemienia generatora, w uziemieniu generatora elektrycznego należy zastosować typ uziemienia o dużej rezystancji.

Zalety: 1. Zapewnienie ciągłości zasilania, gdy prąd zwarcia doziemnego jednofazowego jest niższy niż dopuszczalna wartość prądu bezpieczeństwa generatora wysokonapięciowego o mocy 10 kW, przy pracy w stanie awarii (zwykle 2 godz.). 2. Przepięcie łuku elektrycznego jest tłumione, dzięki czemu przepięcie jest niższe niż 2,6 u fazy. 3. Prosta ochrona przekaźnikowa.

WADY: 1. Nadaje się do małych systemów wysokiego napięcia, prąd pojemnościowy uziemienia (poniżej 10 A), co ogranicza możliwości zastosowania oscyloskopu. Przy dużym prądzie zwarcia jednofazowego doziemnego, prąd płynący przez rezystor może powodować nagrzewanie się, a w przypadku zbyt długiego czasu trwania rezystancji może dojść do jej przepalenia.

Rys. 1. Wykres impedancji układu i wielokrotności przepięcia przejściowego

3 Wybór rezystancji uziemienia neutralnego dla awaryjnego generatora wysokonapięciowego 10 kW z silnikiem Diesla w centrum Szanghaju

3.1 dobór rezystancji uziemienia neutralnego

Każda firma produkująca generatory diesla o mocy 10 kW stosuje inne metody doboru i kontroli rezystancji uziemienia neutralnego generatorów diesla o mocy 10 kW. W Chinach nie ma w tej kwestii jednolitych przepisów.

(1)Prąd uziemienia jest regulowany na poziomie 100 ~ 150A, 10 ~ 30A i 10% prądu znamionowego.

(2)Wiele generatorów diesla o mocy 10 kW + wiele styczników + jeden schemat uziemienia rezystancyjnego oraz wiele generatorów diesla o mocy 10 kW + wiele styczników + wiele schematów uziemienia rezystancyjnego. Pierwszy z nich charakteryzuje się niskim kosztem i małą powierzchnią, ale jego logika sterowania jest skomplikowana, drugi wręcz przeciwnie.

(3)działa kilka generatorów diesla o mocy 10 kW z jednym stycznikiem zamykanym w celu sterowania obiegiem, a także kilka styczników zamykanych za pomocą regulatora obiegu.

Rezystancja uziemienia neutralnego generatora wysokonapięciowego dieslowego o mocy 10 kW w centrum Szanghaju wynosi

Dlatego wybrano 4 zestawy o mocy 2500 kW (mocy rezerwowej)/10,5 kV, 1 zestaw 303-calowej skrzynki rezystancyjnej wysokiego napięcia z alarmem temperaturowym i 4 zestawy styczników prądu przemiennego wysokiego napięcia.

4. Obliczanie prądu zwarciowego jednofazowego zwarcia doziemnego o dużej rezystancji

Schematyczny wykres prądu zwarciowego kabla z jednofazowym zwarciem doziemnym pokazano na rys. 2.

Rys. 2. Schematyczny wykres prądu zwarciowego kabla z jednofazowym zwarciem doziemnym

Prąd zwarcia jednofazowego zwarcia doziemnego przy całkowitych właściwościach metalicznych kabla wynosi

ICX to prąd pojemnościowy chronionej linii, prąd pojemnościowy najkrótszego kabla w centrum Szanghaju wynosi 0,15 A, a prąd pojemnościowy najdłuższego kabla wynosi 0,7 A.

5 Punkt zwarcia kabla przechodzi przez rezystancję przejściową RG = (30 ~ 300), a prąd zwarcia jednofazowego zwarcia doziemnego wynosi

Całkowity prąd zwarciowy wynosi 20,7 A w przypadku wystąpienia zwarcia doziemnego pojedynczej fazy w awaryjnym systemie generatora wysokonapięciowego o mocy 10 kW. Maksymalny tryb pracy to

5,2 A dla każdego z czterech generatorów diesla o mocy 10 kW, minimalny tryb pracy generatora diesla o mocy 310 kW, każde obciążenie prądowe 6,9 ​​A nie ma wpływu na działanie generatora diesla o mocy 10 kW.

5Obliczanie zabezpieczenia przed prądem składowej zerowej dla linii uziemienia o dużej rezystancji i zabezpieczenia przed prądem składowej zerowej dla skrzynki o dużej rezystancji napięcia

5.1 Obliczenia Idz0x zabezpieczeń linii przesyłowych prądu składowej zerowej

Ustawienie zabezpieczenia przed prądem składowej zerowej wynosi Idz0x = KIcx w zależności od stanu pojemnościowego prądu chronionej linii

Pod: K —— współczynnik niezawodności, 4 ~ 5.

Czułość wynosi: Km = ID/IDZ0X ≥2

Km ≥2 dla zabezpieczenia głównego i Km ≥1,5 dla zabezpieczenia rezerwowego.

Współczynnik konwersji przekładnika prądowego CT SEKWENCJI ZEROWEJ LINII wynosi 100/1, ustawienie zabezpieczenia prądowego zerowego prądu 1 (strona wtórna) wynosiIdz0x=5×0,53/100=0,0265 A

Przy 0,06 a/0,8 s czułość wynosiKm=20,7/(0,06×100)≈3,4≥2

Wartość zadana zabezpieczenia zerowego prądu 2 (strona wtórna) wynosiIdz0x= 4×0,53/100=0,0212 A

Przy 0,03/1,6 s czułość wynosiKm=11,3/(0,03×100)≈3,8≥2

Obliczenia Idz0R zabezpieczenia składowej zerowej prądu dla skrzynki wysokonapięciowej o rezystancji 5,2

Jest ona od 1,1 do 1,2 razy większa od wartości nastawionej zabezpieczenia dolnej sekwencji zerowej, a ograniczenie czasowe wynosi 0,3 s.

Współczynnik przekładnika prądowego składowej zerowej skrzynki wysokiego napięcia wynosi 50/5, a wartość zabezpieczenia prądowego zerowego prądu 1 (strona wtórna) wynosiIdz0R= 1,1×0,06×100/10=0,66 A

Przy 0,7 a/1,1 s czułość wynosiKm=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

Wartość zadana zabezpieczenia zerowego prądu 2 (strona wtórna) wynosiIdz0R= 1,1×0,03×100/10=0,33 A

Przy 0,4 a/1,9 s czułość wynosiKm = 11,3/(0,410)≈2,8≥2 Aby zapewnić bezpieczeństwo osobiste, napięcie kontaktowe powinno spełniać normę krajową: gdy czas zadziałania zabezpieczenia jest dłuższy niż 1 s, wartość napięcia kontaktowego wynosi 50 V.

Punkt zwarcia do napięcia uziemienia toUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 V<50 V

Wśród nich RJD jest wartością rezystancji uziemienia ≤1,0.

6 Strategia działania uziemienia o wysokiej rezystancji

(1)W przypadku wystąpienia zwarcia jednofazowego doziemnego w systemie, prąd zwarcia jest zbyt mały, aby wywołać alarm temperaturowy w skrzynce rezystancyjnej wysokiego napięcia i nie wpływa na pracę generatora diesla o mocy 10 kW. Cztery generatory diesla o mocy 10 kW są podłączone do uziemienia o wysokiej rezystancji w punkcie neutralnym.

(2)gdy w systemie wystąpi zwarcie jednofazowe doziemne, prąd zwarcia jest większy, co powoduje uruchomienie alarmu temperatury skrzynki rezystancji wysokiego napięcia, a układ sterowania generatorem diesla o mocy 10 kW steruje czterema stycznikami prądu przemiennego wysokiego napięcia w celu odcięcia wysokiej rezystancji uziemienia neutralnego. Cztery generatory diesla o mocy 10 kW pracują w trybie neutralnym bez uziemienia.

(3)cztery generatory diesla o mocy 10 kW pracują w trybie bez uziemienia punktu neutralnego, a prąd pojemnościowy kabla systemowego do ziemi I ∑ cL oblicza się tak, jak pokazano w tabeli 2. Jak widać z tabeli 2, prąd pojemnościowy linii w centrum Szanghaju wynosi około 4 A.

Tabela 2. Obliczenia prądu pojemnościowego I ∑ cL kabla systemowego

Prąd pojemnościowy szafy rozdzielczej i układu formującego kabel-uziemienie wynosiI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3×(1+15%)×4=6 A

Wzór jest następujący: (1,2 ~ 1,8) jako współczynnik swobody, (15% ~ 20%) jako współczynnik wpływu urządzeń dystrybucji energii.

(4) czułość zabezpieczenia składowej zerowej prądu (zabezpieczenie rezerwowe ≥1,5) wynosi

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

(4)Wpływ trybu pracy bez uziemienia punktu neutralnego na generator diesla o mocy 10 kW. Prąd zwarciowy między fazą a ziemią wynosi 6 A, maksymalny tryb pracy to 1,5 A dla generatora diesla o mocy 410 kW, a minimalny tryb pracy to 2,0 A dla generatora diesla o mocy 310 kW. Nie ma to wpływu na generator diesla o mocy 10 kW.

7 Schemat systemu rezystancji uziemienia neutralnego

Układ rezystora uziemienia neutralnego awaryjnego generatora wysokonapięciowego o mocy 10 kW w Szanghaju pokazano na rysunku 3.

Rys. 3. Układ rezystora uziemienia punktu neutralnego awaryjnego generatora wysokonapięciowego dieslowego o mocy 10 kW

8. Wnioski

Uziemienie punktu neutralnego generatora wysokonapięciowego 10 kW z silnikiem Diesla to bardzo szeroki zakres zagadnień ekonomicznych. Różne kraje i miasta stosują różne metody uziemienia punktu neutralnego, które opierają się głównie na ich własnych doświadczeniach i tradycjach.