Výskum neutrálneho uzemňovacieho režimu vysokého napätia10 kW diesel Generátor

0 Úvod

Elektrické spojenie medzi neutrálnym bodom a zemou distribučnej siete sa nazýva režim uzemnenia neutrálneho bodu, nazývaný aj režim prevádzky neutrálneho bodu. Použitá metóda uzemnenia pre neutrálny bod je veľmi široký technický a ekonomický problém. Rôzne režimy uzemnenia priamo ovplyvňujú prepätie, úroveň izolácie elektrických zariadení, spoľahlivosť elektrickej siete, selektivitu a citlivosť reléovej ochrany a rušenie komunikačných vedení.

1 neutrálny bod spoločného uzemnenia

V energetických systémoch existujú štyri typy bežného uzemnenia systému:

(1) neutrálny bod je priamo uzemnený: neutrálny bod vysokonapäťovej striedavej napájacej sústavy je priamo uzemnený. Keď sa v sústave vyskytne jednofázový skrat voči zemi, vytvorí sa jednofázový skrat voči zemi a skratový prúd je veľmi veľký, čo je veľmi prospešné pre ochranu relé, bezporuchové napätie sa nezvyšuje vzhľadom na zemné napätie a nespôsobuje prerušované oblúkové prepätie.

(2) UZEMNENIE CIEVKY NA ZATAŽENIE OBLÚKU: Uzemnenie nulového bodu tlmiacej cievky vysokonapäťového striedavého napájacieho systému medzi nulovým bodom a uzemnením v sérii s tlmivkou na kompenzáciu kapacitného prúdu obmedzuje skratový prúd jednofázového uzemnenia.

(3)Neutrálny bod je uzemnený rezistorom (vysoký odpor, nízky odpor): systém vysokého napätia striedavého prúdu je uzemnený v neutrálnom bode vysokým odporom a medzi neutrálny bod a uzemňovací bod je sériovo zapojený odpor s vysokou impedanciou, skratový prúd jednofázovej uzemňovacej poruchy je obmedzený na 5 ~ 20 A, neutrálny bod systému vysokého napätia striedavého prúdu je uzemnený s nízkym odporom a medzi neutrálny bod a uzemňovací bod je sériovo zapojený odpor s nízkou impedanciou, skratový prúd jednofázovej uzemňovacej poruchy je obmedzený na 100 ~ 1000 A.

(4)Neuzemnený nulový bod: Neutrálny bod vysokonapäťového striedavého napájacieho systému nie je uzemnený. Jednofázový uzemňovací prúd je kapacitný, keď má systém jednofázovú zemnú poruchu. Ak je jednofázový uzemňovací prúd malý (nie viac ako 10 A), systém môže bežať 1 ~ 2 hodiny s poruchou. Nevýhodou je, že pri jednofázovej zemnej poruche sa oblúk nemôže sám uhasiť, keď je zemniaci prúd veľký. To vedie k prepätiu v medzere oblúka, ohrozuje zariadenie, ničí izoláciu a dokonca spôsobuje viacfázový skrat.

1.1 faktory ovplyvňujúce výber spôsobu uzemnenia

Faktory ovplyvňujúce výber režimu uzemnenia sú: 1 Spoľahlivosť napájania; 2 Bezpečnosť osôb a zariadení; 3 Prepäťový faktor; 4 Reléová ochrana; 5 Investícia.

1.2 komplexné porovnanie bežných režimov uzemnenia neutrálneho vodiča

Komplexné porovnanie bežných režimov uzemnenia nulového vodiča je uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1 Komplexné porovnanie bežných režimov uzemnenia neutrálneho vodiča

2 vysokonapäťové dieselové generátory s výkonom 10 kW

Ak je neutrálny bod neuzemnený a jednofázové zemné spojenie sa nachádza mimo vysokonapäťového dieselového generátora s výkonom 10 kW a kapacitný prúd je väčší ako určitá hodnota, poruchový oblúk sa sám neuhasí. Často je sprevádzaný prerušovaným oblúkom. Nahromadená fáza vytvára prepätie, ktoré spôsobuje poškodenie izolácie a vyššia harmonická frekvencia generátora spojená s delta generátorom vytvára prehrievaciu slučku, preto sa všeobecne používa zapojenie typu Y. Norma pre výdržné napätie je 1,5-násobok menovitého sieťového napätia, t. j. 2,6 fázy U.

Aby sa zabezpečila bezpečná prevádzka vysokonapäťového rozvodu 10 kWdieselový generátorV systéme je potrebné zabezpečiť, aby prepätie fázy bez poruchy bolo menšie ako 2,6 U fázy v prípade jednofázového spojenia so zemou systému a aby prepätie fázy bez poruchy bolo menšie ako 2,6 U fázy v prípade jednofázového spojenia so zemou vysokonapäťového dieselového generátora s výkonom 10 kW. Ak nie je k dispozícii napätie medzifázového oblúka, odporový prúd IR uzemňovacieho bodu by mal byť väčší ako celkový kapacitný prúd I∑C, vo všeobecnosti IR ≥ (1,0 ~ 1,5) I∑C, čo môže ďalej potlačiť násobok prepätia fázy menší ako 2,5 U. Ak IR ≥ 3,0 I∑C (alebo Xc/r ≥ 3,0), je možné dosiahnuť vnútorný efekt potlačenia prepätia, ako je znázornené na obr. 1.

Režim uzemnenia s vysokým odporom sa používa iba vtedy, keď je uzemňovací prúd malý, účinok automatického zhasnutia oblúka je zrejmý. Vo všeobecnosti sa to vzťahuje na vysokonapäťový systém s uzemňovacím kapacitným prúdom menším ako 10 A. Kapacitný prúd I ∑ C dieselového generátora 10 kW v centre Šanghaja je 6 A.

Analýzou mechanizmu uzemnenia neutrálneho bodu generátora by sa na splnenie základných požiadaviek typu uzemnenia generátora mal použiť typ uzemnenia s vysokým odporom.

Výhody: 1. Zabezpečenie kontinuity napájania, keď je prúd jednofázového spojenia so zemou nižší ako bezpečnostná tolerancia vysokonapäťového dieselového generátora s výkonom 10 kW, s poruchovou prevádzkou (zvyčajne 2 hodiny). 2. Prepätie v medzerovom oblúku je potlačené, čím sa prepätie znižuje pod fázové 2,6 u. 3. Jednoduchá reléová ochrana.

NEVÝHODY: 1. Vhodné pre malé vysokonapäťové systémy s kapacitným uzemňovacím prúdom (menej ako 10 A), čo obmedzuje použitie rozsahu. Ak je skratový prúd jednofázového skratu voči zemi veľký, prúd pretekajúci cez odpor spôsobí problém s prehrievaním a odpor sa spáli, ak je čas príliš dlhý.

Obr. 1 Schéma impedancie systému a násobku prechodového prepätia

3 Výber odporu uzemnenia neutrálneho vodiča pre núdzový vysokonapäťový dieselový generátor s výkonom 10 kW v centre Šanghaja

3.1 výber odporu uzemnenia neutrálneho vodiča

Každá spoločnosť vyrábajúca 10KW dieselové generátory má rôzne metódy výberu a regulácie odporu uzemnenia neutrálneho vodiča 10KW dieselového generátora a v Číne na to neexistuje jednotná regulácia.

(1)Uzemňovací prúd je regulovaný na 100 ~ 150 A, 10 ~ 30 A a 10 % menovitého prúdu.

(2)viacero 10KW dieselových generátorov + viacero stýkačov + jedna schéma odporového uzemnenia a viacero 10KW dieselových generátorov + viacero stýkačov + schéma viacero odporového uzemnenia. Prvý má nízke náklady a malú plochu, ale jeho riadiaca logika je zložitejšia, druhý naopak.

(3)Existuje niekoľko 10KW dieselových generátorov, pričom jeden stýkač sa zapína na riadenie cirkulácie a niekoľko stýkačov sa zapína s regulátorom cirkulácie.

Odpor uzemnenia neutrálneho vodiča núdzového vysokonapäťového dieselového generátora s výkonom 10 kW v Šanghajskom centre je

Preto sa vyberajú 4 sady 2500 kW (pohotovostný výkon)/10,5 kV, 1 sada vysokonapäťovej odporovej skrinky 303 s teplotným alarmom a 4 sady vysokonapäťových striedavých stykačov.

4 výpočet skratového prúdu jednofázového skratu voči zemi s vysokým odporom

Schematický diagram skratového prúdu kábla s jednofázovým skratom voči zemi je znázornený na obr. 2.

Obr. 2 schematický diagram skratového prúdu kábla s jednofázovým skratom voči zemi

Skratový prúd jednofázového skratu voči zemi s úplnou kovovou vlastnosťou kábla je

ICX je kapacitný prúd chráneného vedenia, kapacitný prúd najkratšieho kábla v centre Šanghaja je 0,15 A a kapacitný prúd najdlhšieho kábla je 0,7 A.

5 Bod poruchy kábla prechádza prechodovým odporom RG = (30 ~ 300) a skratový prúd jednofázového skratu voči zemi je

Celkový skratový prúd je 20,7 A, keď dôjde k jednofázovému skratu voči zemi v núdzovom vysokonapäťovom systéme dieselového generátora s výkonom 10 kW. Maximálny prevádzkový režim je

5,2 A pre každý zo štyroch 10 kW dieselových generátorov, minimálny prevádzkový režim je 310 kW dieselový generátor, pričom prúdové zaťaženie každého generátora je 6,9 ​​A, čo neovplyvňuje prevádzku 10 kW dieselového generátora.

5Výpočet ochrany proti nulovému prúdu pre vysokoohmové uzemňovacie vedenie a ochrany proti nulovému prúdu pre vysokonapäťovú odporovú skrinku

5.1 Výpočet Idz0x pre prenosové vedenia s nulovou sledovou prúdovou ochranou

Nastavenie ochrany proti nulovej sekvencii prúdu je Idz0x = KIcx podľa stavu kapacitného prúdu chráneného vedenia.

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

Citlivosť je: Km = ID/IDZ0X ≥2

Km ≥2 pre hlavnú ochranu a Km ≥1,5 pre záložnú ochranu.

Prevodný pomer prúdového transformátora nulovej sekvencie linky je 100/1, nastavenie prúdovej ochrany nulového prúdu 1 (sekundárna strana) jeIdz0x=5×0,53/100=0,0265 Å

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

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

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

Výpočet Idz0R ochrany proti nulovej sekvencii prúdu pre vysokonapäťovú odporovú skrinku 5.2

Je 1,1 ~ 1,2-krát väčšia ako nastavená hodnota dolnej ochrany nulovej sekvencie a časový limit je 0,3 s.

Prevodový pomer nulového sledu prúdových transformátorov vysokonapäťovej odporovej skrinky je 50/5 a hodnota ochrany proti nulovému prúdu 1 (sekundárna strana) jeIdz0R = 1,1 × 0,06 × 100 / 10 = 0,66 A

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

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

Pri 0,4 Å/1,9 s je citlivosťKm = 11,3/(0,410)≈2,8≥2 Pre zaistenie osobnej bezpečnosti by kontaktné napätie malo spĺňať národnú normu: Ak je čas ochrany dlhší ako 1 s, hodnota kontaktného napätia je 50 V.

Bod spojenia so zemným napätím jeUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 V<50 V

Medzi nimi je RJD hodnota uzemňovacieho odporu ≤1,0.

6 Stratégia prevádzky uzemnenia s vysokým odporom

(1)Keď sa v systéme vyskytne jednofázové uzemnenie, skratový prúd je príliš malý na to, aby spustil alarm teploty vysokonapäťovej odporovej skrinky a neovplyvňuje prevádzku 10KW dieselového generátora. Štyri 10KW dieselové generátory sú pripojené k vysokoodporovej zemi v neutrálnom bode.

(2)Keď sa v systéme vyskytne jednofázové spojenie medzi zemou, skratový prúd je väčší, čo spôsobuje alarm teploty vysokonapäťovej odporovej skrinky a riadiaci systém dieselového generátora s výkonom 10 kW riadi štyri vysokonapäťové striedavé stykače na odpojenie vysokého odporu neutrálneho uzemnenia, pričom štyri dieselové generátory s výkonom 10 kW pracujú v neutrálnom neuzemnenom režime.

(3)Štyri dieselové generátory s výkonom 10 kW sú prevádzkované v neutrálnom bode bez uzemnenia a kapacitný prúd systémového kábla do zeme I ∑ cL sa vypočíta podľa tabuľky 2. Ako je vidieť z tabuľky 2, kapacitný prúd vedenia šanghajského centra je približne 4 A.

Tabuľka 2 Výpočet zemného kapacitného prúdu I ∑ cL systémového kábla

Kapacitný prúd rozvodnej skrinky a systému tvarovania kábla k zemi jeI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3 × (1 + 15 %) × 4 = 6 A

Vzorec je nasledovný: (1,2 ~ 1,8) ako koeficient voľnosti, (15 % ~ 20 %) ako miera vplyvu zariadenia na rozvod energie.

(4) citlivosť ochrany proti nulovej sekvencii prúdu (záložná ochrana ≥1,5) je

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

(4)Vplyv režimu prevádzky s neuzemneným nulovým bodom na 10 kW dieselový generátor. Jednofázový skratový prúd je 6 A, maximálny prevádzkový režim je 1,5 A pre 410 kW dieselový generátor a minimálny prevádzkový režim je 2,0 A pre 310 kW dieselový generátor, neovplyvňuje 10 kW dieselový generátor.

7 Systémová schéma odporu uzemnenia neutrálneho vodiča

Systém uzemňovacieho rezistora núdzového vysokonapäťového dieselového generátora s výkonom 10 kW v centre Shanghai je znázornený na obrázku 3.

Obr. 3 núdzový systém uzemňovacieho rezistora s neutrálnym vodičom vysokonapäťového dieselového generátora s výkonom 10 kW

8. Záver

Uzemnenie neutrálneho vodiča vysokonapäťového dieselového generátora s výkonom 10 kW predstavuje veľmi širokú škálu ekonomických otázok. Rôzne krajiny a mestá v krajine majú rôzne metódy uzemnenia neutrálneho vodiča, ktoré sú založené najmä na ich vlastných prevádzkových skúsenostiach a tradíciách.