Исследование режима заземления нейтрали высокого напряжения10 кВт Дизель Генератор

0 Введение

Электрическое соединение между нейтралью и землёй распределительной сети называется режимом заземления нейтрали, также называемым режимом работы нейтрали. Выбор способа заземления нейтрали является весьма обширной технической и экономической проблемой. Различные режимы заземления напрямую влияют на перенапряжение, уровень изоляции электрооборудования, надёжность электросети, селективность и чувствительность релейной защиты, а также на помехоустойчивость линий связи.

1 нейтральная точка общего заземления

В энергосистемах существует четыре типа общего системного заземления:

(1) Нейтраль напрямую заземлена: Нейтраль высоковольтной системы переменного тока напрямую заземлена, когда в системе происходит однофазное замыкание на землю, образуется однофазное короткое замыкание на землю, и ток короткого замыкания очень большой, что очень полезно для релейной защиты, не увеличивается напряжение относительно земли, не будет вызывать прерывистых дуговых перенапряжений.

(2) ЗАЗЕМЛЕНИЕ ДУГОГАСИТЕЛЬНОЙ КАТУШКИ: Заземление дугогасящей катушки нейтрали высоковольтной системы переменного тока, между нейтральной точкой и заземлением последовательно с реактором для компенсации емкостного тока, ограничение тока короткого замыкания однофазного замыкания на землю.

(3)Нейтраль заземлена через резистор (высокое сопротивление, низкое сопротивление): система электропитания переменного тока высокого напряжения заземлена через высокое сопротивление в нейтральной точке, а между нейтральной точкой и точкой заземления последовательно включено сопротивление с высоким импедансом, ток короткого замыкания однофазного замыкания на землю ограничен 5 ~ 20 А, нейтральная точка системы электропитания переменного тока высокого напряжения заземлена через низкое сопротивление, а между нейтралью и точкой заземления последовательно включено сопротивление с низким импедансом, ток короткого замыкания однофазного замыкания на землю ограничен 100 ~ 1000 А.

(4)Незаземленная нейтраль: Нейтральная точка высоковольтной системы переменного тока не заземлена, однофазный ток заземления является емкостным током, когда в системе есть однофазное замыкание на землю, когда однофазный ток заземления мал (не более 10 А), система может работать в течение 1 ~ 2 часов с неисправностью, недостатком является то, что при возникновении однофазного замыкания на землю дуга не может самостоятельно погаснуть, когда ток заземления большой, что приводит к перенапряжению дуги, подвергает опасности оборудование, разрушает изоляцию и даже вызывает многофазное короткое замыкание.

1.1 Факторы, влияющие на выбор метода заземления

Факторы, влияющие на выбор способа заземления: 1. Надежность электроснабжения; 2. Безопасность персонала и оборудования; 3. Коэффициент перенапряжения; 4. Релейная защита; 5. Инвестиции.

1.2 комплексное сравнение общих режимов заземления нейтрали

Полное сравнение общих режимов заземления нейтрали показано в таблице 1.

Таблица 1. Комплексное сравнение общих режимов заземления нейтрали

2 высоковольтных дизель-генератора мощностью 10 кВт

При отсутствии заземления нейтрали, если однофазное замыкание на землю расположено за пределами высоковольтного дизель-генератора мощностью 10 кВт, и если емкостной ток превышает определённое значение, дуга короткого замыкания не может быть погашена самостоятельно, часто сопровождаясь прерывистым дуговым разрядом. Нарастание напряжения в фазах создаёт перенапряжение, вызывающее повреждение изоляции, а высшие гармоники, соединённые по схеме «треугольник» генератора, образуют нагревающийся контур, поэтому обычно используется соединение по схеме «звезда». Стандартное выдерживаемое напряжение составляет 1,5 номинального линейного напряжения, IE = 2,6 для фазы.

Для обеспечения безопасной эксплуатации высоковольтной линии 10кВтдизельный генераторсистема, необходимо гарантировать, что перенапряжение неповрежденной фазы будет меньше 2,6 u фазы в случае однофазного замыкания на землю системы, и что перенапряжение неповрежденной фазы будет меньше 2,6 u фазы в случае однофазного замыкания на землю высоковольтной системы дизель-генератора мощностью 10 кВт, если нет напряжения дуги зазора, ток сопротивления IR точки заземления должен быть больше, чем общий ток емкости I ∑ C, как правило, IR ≥ (1,0 ~ 1,5) I ∑ C, что может дополнительно подавить перенапряжение, кратное менее 2,5 u фазы, когда IR ≥ 3,0 I ∑ C (или Xc/r ≥ 3,0), может быть удовлетворен внутренний эффект подавления перенапряжения, как показано на рис. 1.

Режим заземления с высоким сопротивлением применяется только при небольшом токе заземления, эффект автоматического гашения дуги очевиден, обычно применяется к току емкости заземления менее 10 А в высоковольтной системе, ток емкости I ∑ C дизель-генераторной системы мощностью 10 кВт в центре Шанхая составляет 6 А.

Проведя анализ механизма заземления нейтрали генератора через сопротивление, для удовлетворения основных требований к типу заземления генератора следует использовать тип заземления с высоким сопротивлением в качестве типа заземления электрогенератора.

Преимущества: 1. Обеспечивает непрерывность электроснабжения, когда ток однофазного замыкания на землю ниже допустимого уровня безопасности высоковольтного дизель-генератора мощностью 10 кВт, с работой в режиме неисправности (обычно 2 часа). 2. Подавляется перенапряжение дуги в зазоре, что делает перенапряжение ниже 2,6 u фазы. 3. Простая релейная защита.

НЕДОСТАТКИ: 1. Подходит для небольших высоковольтных систем с емкостным током заземления (менее 10 А), что ограничивает применение прибора. При большом токе короткого замыкания однофазной цепи на землю ток, протекающий через сопротивление, вызывает нагрев, и при слишком длительном воздействии сопротивление может перегореть.

Рис. 1. Схема импеданса системы и кратности переходного перенапряжения

3 Выбор сопротивления заземления нейтрали для аварийного высоковольтного дизель-генератора мощностью 10 кВт в центре Шанхая

3.1 Выбор сопротивления заземления нейтрали

Каждая компания, выпускающая дизель-генераторы мощностью 10 кВт, применяет различные методы выбора и контроля сопротивления заземления нейтрали дизель-генератора мощностью 10 кВт, и в Китае нет единых правил для этого.

(1)ток заземления контролируется на уровне 100 ~ 150 А, 10 ~ 30 А и 10% от номинального тока.

(2)Схема из нескольких дизель-генераторов мощностью 10 кВт + несколько контакторов + одно резистивное заземление и схема из нескольких дизель-генераторов мощностью 10 кВт + несколько контакторов + многорезистивное заземление. Первый вариант отличается низкой стоимостью и небольшой площадью, но его логика управления сложна, второй — наоборот.

(3)имеется несколько дизель-генераторов мощностью 10 кВт, работающих с одним контактором, замыкающимся для управления циркуляцией, а также имеется несколько контакторов, замыкающихся с контроллером циркуляции.

Сопротивление заземления нейтрали дизель-генератора высокого напряжения Шанхайского центра аварийного электроснабжения мощностью 10 кВт

Таким образом, были выбраны 4 комплекта по 2500 кВт (резервная мощность)/10,5 кВ, 1 комплект коробки высоковольтных сопротивлений 303 с температурной сигнализацией и 4 комплекта высоковольтных контакторов переменного тока.

4. Расчет тока короткого замыкания однофазного замыкания на землю с высоким сопротивлением

Принципиальная схема тока короткого замыкания кабеля при однофазном замыкании на землю представлена ​​на рис. 2.

Рис. 2 Принципиальная схема тока короткого замыкания кабеля при однофазном замыкании на землю

Ток короткого замыкания однофазного замыкания на землю при полной металличности кабеля равен

ICX — емкостный ток защищаемой линии, емкостный ток самого короткого кабеля в Шанхайском центре составляет 0,15 А, а емкостный ток самого длинного кабеля составляет 0,7 А.

5 Точка замыкания кабеля проходит через переходное сопротивление RG = (30 ~ 300), а ток короткого замыкания однофазного замыкания на землю равен

Суммарный ток короткого замыкания при однофазном замыкании на землю в системе аварийного высоковольтного дизель-генератора мощностью 10 кВт составляет 20,7 А. Максимальный режим работы:

5,2 А для каждого из четырех дизель-генераторов мощностью 10 кВт, минимальный режим работы дизель-генератора 310 кВт, токовая нагрузка каждого 6,9 А, не влияет на работу дизель-генератора мощностью 10 кВт.

5Расчет защиты от токов нулевой последовательности для высокоомной линии заземления и защиты от токов нулевой последовательности для высоковольтного резистивного шкафа

5.1 Расчет Idz0x защиты линий электропередачи от тока нулевой последовательности

Настройка защиты по току нулевой последовательности Idz0x = KIcx в соответствии с состоянием тока емкости защищаемой линии.

Ниже: K —— Коэффициент надежности, 4 ~ 5.

Чувствительность: Km ​​= ID/IDZ0X ≥2

Км ≥2 для основной защиты и Км ≥1,5 для резервной защиты.

Коэффициент преобразования трансформатора тока нулевой последовательности линии составляет 100/1, уставка защиты по току нулевого тока 1 (вторичная сторона) составляетIdz0x=5×0,53/100=0,0265 А

При 0,06 а/0,8 с чувствительность составляетКм=20,7/(0,06×100)≈3,4≥2

Установленное значение токовой защиты нулевого тока 2 (вторичная сторона) составляетIdz0x= 4×0,53/100=0,0212 А

При 0,03/1,6 с чувствительность составляетКм=11,3/(0,03×100)≈3,8≥2

Расчет Idz0R защиты от токов нулевой последовательности для высоковольтного шкафа сопротивлений 5.2

Это в 1,1 ~ 1,2 раза больше уставки нижней защиты нулевой последовательности, а предел времени составляет 0,3 с.

Коэффициент трансформации трансформатора тока нулевой последовательности высоковольтного шкафа сопротивлений составляет 50/5, а значение тока нулевой последовательности 1 (вторичная сторона) составляетIdz0R= 1,1×0,06×100/10=0,66 А

При 0,7 а/1,1 с чувствительность составляетКм=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

Установленное значение токовой защиты нулевого тока 2 (вторичная сторона) составляетIdz0R= 1,1×0,03×100/10=0,33 А

При 0,4 а/1,9 с чувствительность составляетКм = 11,3/(0,410)≈2,8≥2 Для обеспечения безопасности людей напряжение прикосновения должно соответствовать национальному стандарту: при времени срабатывания защиты более 1 с значение напряжения прикосновения составляет 50 В.

Напряжение точки замыкания на землю равноUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 В<50 В

Среди них RJD — значение сопротивления заземления, ≤1,0.

6 Стратегия работы заземления с высоким сопротивлением

(1)При возникновении однофазного замыкания на землю в системе ток короткого замыкания слишком мал, чтобы вызвать перегрев высоковольтного резистора, и не влияет на работу дизель-генератора мощностью 10 кВт. Четыре дизель-генератора мощностью 10 кВт подключены к высокоомному заземлению в нейтральной точке.

(2)При возникновении в системе однофазного замыкания на землю ток короткого замыкания больше, что приводит к срабатыванию сигнализации перегрева высоковольтного резисторного блока, а система управления дизель-генератором мощностью 10 кВт управляет четырьмя высоковольтными контакторами переменного тока для отключения высокого сопротивления заземления нейтрали, четыре дизель-генератора мощностью 10 кВт работают в режиме незаземленной нейтрали.

(3)Четыре дизель-генератора по 10 кВт работают в режиме с незаземленной нейтралью, а емкостный ток системного кабеля относительно земли I ∑ cL рассчитывается, как показано в таблице 2. Как видно из таблицы 2, емкостный ток линии шанхайского центра составляет около 4 А.

Таблица 2. Расчет тока емкости заземления I ∑ cL системного кабеля

Емкостной ток распределительного шкафа и системы формирования кабеля к земле равенI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3×(1+15%)×4=6 А

Формула выглядит следующим образом: (1,2 ~ 1,8) — коэффициент свободы, (15% ~ 20%) — степень влияния оборудования распределения электроэнергии.

(4) чувствительность защиты по току нулевой последовательности (резервная защита ≥1,5) составляет

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

(4)Влияние режима работы с незаземлённой нейтралью на дизель-генератор мощностью 10 кВт. Ток однофазного замыкания на землю составляет 6 А, максимальный рабочий ток составляет 1,5 А для дизель-генератора мощностью 410 кВт, а минимальный — 2,0 А для дизель-генератора мощностью 310 кВт. Это не влияет на работу дизель-генератора мощностью 10 кВт.

7 Схема системы сопротивления заземления нейтрали

Система резистора заземления нейтрали дизель-генератора высокого напряжения 10 кВт в Шанхайском центре аварийной защиты показана на рисунке 3.

Рис. 3 Система резистора заземления нейтрали аварийного высоковольтного дизель-генератора мощностью 10 кВт

8. Заключение

Заземление нейтрали высоковольтного дизель-генератора мощностью 10 кВт — это широкий спектр экономических вопросов. В разных странах и городах применяются разные методы заземления нейтрали, основанные, главным образом, на собственном опыте и традициях эксплуатации.