การวิจัยเกี่ยวกับโหมดกราวด์กลางของแรงดันไฟฟ้าสูงดีเซล 10 กิโลวัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

0 บทนำ

การเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างจุดนิวทรัลและสายดินของเครือข่ายจำหน่ายไฟฟ้าเรียกว่าโหมดการต่อลงดินแบบจุดนิวทรัล หรือเรียกอีกอย่างว่าโหมดการทำงานของจุดนิวทรัล วิธีการต่อลงดินแบบใดที่ใช้กับจุดนิวทรัลเป็นปัญหาทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่กว้างขวาง โหมดการต่อลงดินที่แตกต่างกันจะส่งผลโดยตรงต่อแรงดันไฟฟ้าเกิน ระดับฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้า ความน่าเชื่อถือของเครือข่ายไฟฟ้า การเลือกและความไวของการป้องกันรีเลย์ และสัญญาณรบกวนของสายสื่อสาร

1 จุดเป็นกลางทางสายดินทั่วไป

การต่อสายดินในระบบไฟฟ้ามี 4 ประเภทหลักๆ ดังนี้

(1) จุดที่เป็นกลางจะต่อลงดินโดยตรง: จุดที่เป็นกลางของระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงจะต่อลงดินโดยตรง เมื่อเกิดความผิดพลาดแบบเฟสเดียวต่อลงดินในระบบ จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวต่อลงดิน และกระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะมีขนาดใหญ่มาก ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการป้องกันรีเลย์ โดยที่แรงดันไฟฟ้าที่ไม่ผิดพลาดเมื่อเทียบกับพื้นดินจะไม่เพิ่มขึ้น และจะไม่ทำให้เกิดแรงดันอาร์กเกินเป็นระยะๆ

(2) การต่อลงดินของคอยล์ป้องกันอาร์ก: ระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูง การต่อลงดินของคอยล์ป้องกันอาร์กกลาง ระหว่างจุดที่เป็นกลางและต่อลงดินแบบอนุกรมกับรีแอคเตอร์เพื่อชดเชยกระแสคาปาซิทีฟ จำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่เกิดจากความผิดพลาดของการต่อลงดินเฟสเดียว

(3)จุดที่เป็นกลางจะต่อลงดินด้วยตัวต้านทาน (ความต้านทานสูง ความต้านทานต่ำ): ระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงจะต่อลงดินด้วยความต้านทานสูงที่จุดที่เป็นกลาง และเชื่อมต่อตัวต้านทานความต้านทานสูงแบบอนุกรมระหว่างจุดที่เป็นกลางและจุดต่อลงดิน กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจากความผิดพลาดของกราวด์เฟสเดียวจะถูกจำกัดไว้ที่ 5 ~ 20A จุดที่เป็นกลางของระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงจะต่อลงดินด้วยความต้านทานต่ำ และเชื่อมต่อตัวต้านทานความต้านทานต่ำแบบอนุกรมระหว่างจุดที่เป็นกลางและจุดต่อลงดิน กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจากความผิดพลาดของกราวด์เฟสเดียวจะถูกจำกัดไว้ที่ 100 ~ 1000A

(4)เป็นกลางไม่ลงกราวด์: จุดที่เป็นกลางของระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูงไม่ลงกราวด์ กระแสไฟฟ้าลงกราวด์เฟสเดียวจะเป็นกระแสแบบเก็บประจุเมื่อระบบมีความผิดพลาดในการลงกราวด์เฟสเดียว เมื่อกระแสไฟฟ้าลงกราวด์เฟสเดียวมีขนาดเล็ก (ไม่เกิน 10A) ระบบสามารถทำงานได้ 1 ~ 2 ชั่วโมงโดยมีข้อผิดพลาด ข้อเสียคือเมื่อเกิดความผิดพลาดในการลงกราวด์เฟสเดียว ARC จะไม่สามารถดับตัวเองได้เมื่อกระแสไฟฟ้าลงกราวด์มีขนาดใหญ่ ซึ่งนำไปสู่แรงดันอาร์คช่องว่างเกิน ก่อให้เกิดอันตรายต่ออุปกรณ์ ทำลายฉนวน และอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรหลายเฟสได้

1.1 ปัจจัยที่มีผลต่อการเลือกวิธีการต่อสายดิน

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเลือกโหมดกราวด์ ได้แก่ 1 ความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ 2 ความปลอดภัยส่วนบุคคลและอุปกรณ์ 3 ปัจจัยแรงดันไฟเกิน 4 การป้องกันรีเลย์ 5 การลงทุน

1.2 การเปรียบเทียบโหมดกราวด์กลางทั่วไปอย่างครอบคลุม

ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบแบบครอบคลุมของโหมดกราวด์กลางทั่วไป

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบแบบครอบคลุมของโหมดกราวด์กลางทั่วไป

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูง 10 กิโลวัตต์ 2 เครื่อง

เมื่อจุดเป็นกลางไม่ได้ต่อลงดิน หากเกิดไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวลงดินอยู่ภายนอกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูง 10 กิโลวัตต์ หากกระแสความจุมีค่ามากกว่าค่าที่กำหนด อาร์กที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรจะไม่สามารถดับได้เอง ซึ่งมักเกิดอาร์กที่ไม่ต่อเนื่อง เฟสที่สะสมจะทำให้เกิดแรงดันเกิน ส่งผลให้ฉนวนเสียหาย และฮาร์มอนิกอันดับสูงที่เชื่อมต่อแบบเดลต้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเกิดความร้อนแบบวนลูป ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว การเชื่อมต่อแบบ y จะใช้แรงดันไฟฟ้าที่ทนได้มาตรฐาน 1.5 เท่าของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด เช่น เฟส 2.6 u

เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยของแรงดันไฟฟ้าสูง 10KWเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลในระบบ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟเกินของเฟสปกติมีค่าน้อยกว่า 2.6 u ในกรณีที่เฟสเดียวกับระบบเกิดความผิดพลาดลงกราวด์ และแรงดันไฟเกินของเฟสปกติมีค่าน้อยกว่า 2.6 u ในกรณีที่เฟสเดียวกับระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูง 10 กิโลวัตต์เกิดความผิดพลาดลงกราวด์ หากไม่มีแรงดันอาร์กช่องว่าง กระแสความต้านทาน IR ของจุดต่อลงกราวด์ควรมีค่ามากกว่ากระแสความจุรวม I ∑ C โดยทั่วไป IR ≥(1.0 ~ 1.5) I ∑ C ซึ่งสามารถระงับแรงดันไฟเกินหลายตัวที่น้อยกว่า 2.5 u เฟสได้ เมื่อ IR ≥3.0 I ∑ C (หรือ Xc/r ≥3.0) ก็สามารถระงับแรงดันไฟเกินภายในได้ ดังที่แสดงในรูปที่ 1

โหมดกราวด์ความต้านทานสูงจะใช้ได้เฉพาะเมื่อกระแสกราวด์มีขนาดเล็กเท่านั้น ผลของการปิดอาร์กอัตโนมัติจะเห็นได้ชัด โดยทั่วไปแล้วจะใช้ได้กับระบบแรงดันไฟฟ้าสูงที่มีกระแสความจุกราวด์ต่ำกว่า 10A โดยกระแสความจุ I ∑ C ของระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์ในศูนย์เซี่ยงไฮ้คือ 6A

จากการวิเคราะห์กลไกของการต่อลงดินแบบจุดกลางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดหลักของการต่อลงดินประเภทเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ควรใช้การต่อลงดินประเภทที่มีความต้านทานสูงในการต่อลงดินประเภทเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ข้อดี: 1. เพื่อให้มั่นใจถึงความต่อเนื่องของแหล่งจ่ายไฟเมื่อกระแสไฟฟ้าขัดข้องจากเฟสเดียวถึงกราวด์ต่ำกว่าค่าความคลาดเคลื่อนด้านความปลอดภัยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูง 10 กิโลวัตต์ พร้อมการทำงานที่ขัดข้อง (โดยทั่วไปคือ 2 ชั่วโมง) 2. แรงดันไฟฟ้าเกินของส่วนโค้งช่องว่างจะถูกระงับ ซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าเกินต่ำกว่าเฟส 2.6 u 3. การป้องกันรีเลย์แบบง่าย

ข้อเสีย: 1 เหมาะสำหรับระบบไฟฟ้าแรงสูงขนาดเล็กที่มีกระแสความจุกราวด์ (น้อยกว่า 10 แอมแปร์) การใช้งานมีข้อจำกัด เมื่อกระแสไฟฟ้าลัดวงจรจากไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวลงกราวด์มีขนาดใหญ่ กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานจะทำให้เกิดปัญหาความร้อน และตัวต้านทานจะไหม้หากใช้เวลานานเกินไป

รูปที่ 1 แผนภาพของอิมพีแดนซ์ของระบบและแรงดันไฟเกินชั่วขณะหลายตัว

3 การเลือกความต้านทานกราวด์เป็นกลางสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูงฉุกเฉิน 10 กิโลวัตต์ในศูนย์เซี่ยงไฮ้

3.1 การเลือกความต้านทานกราวด์ที่เป็นกลาง

บริษัทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์แต่ละแห่งมีวิธีการเลือกและควบคุมความต้านทานกราวด์เป็นกลางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์ที่แตกต่างกัน และไม่มีกฎระเบียบที่เป็นมาตรฐานเดียวกันในเรื่องนี้ในประเทศจีน

(1)กระแสไฟลงดินจะถูกควบคุมที่ 100 ~ 150A, 10 ~ 30a และ 10% ของกระแสไฟที่กำหนด

(2)เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์หลายเครื่อง + คอนแทคเตอร์หลายตัว + ระบบกราวด์ความต้านทานเดียว และ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์หลายเครื่อง + คอนแทคเตอร์หลายตัว + ระบบกราวด์ความต้านทานหลายตัว แบบแรกมีต้นทุนต่ำและพื้นที่ขนาดเล็ก แต่ตรรกะการควบคุมมีความซับซ้อน ในขณะที่แบบหลังกลับตรงกันข้าม

(3)มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์หลายเครื่องทำงานโดยมีคอนแทคเตอร์หนึ่งตัวปิดเพื่อควบคุมการหมุนเวียน และยังมีคอนแทคเตอร์หลายตัวปิดพร้อมตัวควบคุมการหมุนเวียนอีกด้วย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูงฉุกเฉิน 10 กิโลวัตต์ของศูนย์เซี่ยงไฮ้มีความต้านทานต่อสายดินเป็นกลาง

ดังนั้นจึงเลือกชุด 4 ชุดที่ 2500kw (ไฟสแตนด์บาย) / 10.5 KV, ชุดกล่องความต้านทานแรงดันสูง 303 พร้อมสัญญาณเตือนอุณหภูมิ 1 ชุด และคอนแทคเตอร์ AC แรงดันสูง 4 ชุด

4. การคำนวณกระแสไฟฟ้าลัดวงจรจากไฟฟ้าลัดวงจรเฟสเดียวลงดินที่มีความต้านทานสูง

รูปที่ 2 แสดงแผนผังของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรของสายเคเบิลที่มีไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวต่อกราวด์

รูปที่ 2 แผนผังแสดงกระแสไฟฟ้าลัดวงจรของสายเคเบิลที่มีไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวต่อกราวด์

กระแสไฟฟ้าลัดวงจรของไฟรั่วแบบเฟสเดียวถึงดินที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะทั้งหมดของสายเคเบิลคือ

ICX คือกระแสความจุของสายที่ได้รับการป้องกัน กระแสความจุของสายเคเบิลที่สั้นที่สุดในศูนย์เซี่ยงไฮ้คือ 0.15 A และกระแสความจุของสายเคเบิลที่ยาวที่สุดคือ 0.7 A

5 จุดบกพร่องของสายเคเบิลผ่านความต้านทานการเปลี่ยนผ่าน RG = (30 ~ 300) และกระแสไฟฟ้าลัดวงจรของความผิดปกติแบบเฟสเดียวต่อกราวด์คือ

กระแสไฟฟ้าลัดวงจรรวมอยู่ที่ 20.7 แอมแปร์ เมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวลงกราวด์ในระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูงฉุกเฉินขนาด 10 กิโลวัตต์ โหมดการทำงานสูงสุดคือ

5.2 แอมป์สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์ทั้งสี่เครื่อง โหมดการทำงานขั้นต่ำคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 310 กิโลวัตต์ โหลดกระแสไฟฟ้าแต่ละตัว 6.9 แอมป์ ไม่ส่งผลต่อการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์

5การคำนวณการป้องกันกระแสลำดับศูนย์สำหรับสายดินความต้านทานสูงและการป้องกันกระแสลำดับศูนย์สำหรับกล่องความต้านทานแรงดันสูง

5.1 การคำนวณ Idz0x ของสายส่งการป้องกันกระแสลำดับศูนย์

การตั้งค่าการป้องกันกระแสลำดับศูนย์คือ Idz0x = KIcx ตามเงื่อนไขกระแสความจุของสายที่ได้รับการป้องกัน

ภายใต้: K —— ค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือ 4 ~ 5

ความไวคือ: Km = ID/IDZ0X ≥2

กม. ≥2 สำหรับการป้องกันหลักและกม. ≥1.5 สำหรับการป้องกันสำรอง

อัตราการแปลง CT ของ LINE ZERO SEQUENCE คือ 100/1 การตั้งค่าการป้องกันกระแส 1 กระแสเป็นศูนย์ (ด้านรอง) คือIdz0x=5×0.53/100=0.0265 เอ

ที่ 0.06 a/0.8 s ความไวคือกม.=20.7/(0.06×100)≈3.4≥2

ค่าที่ตั้งไว้ของการป้องกันกระแสศูนย์ 2 กระแส (ด้านรอง) คือIdz0x= 4×0.53/100=0.0212 เอ

ที่ 0.03/1.6 วินาที ความไวคือกม.=11.3/(0.03×100)≈3.8≥2

การคำนวณ Idz0R ของการป้องกันกระแสลำดับศูนย์สำหรับกล่องความต้านทานแรงดันสูง 5.2

มีขนาดใหญ่กว่าค่าที่ตั้งไว้ของการป้องกันลำดับศูนย์ที่ต่ำกว่า 1.1 ~ 1.2 เท่า และมีขีดจำกัดเวลาอยู่ที่ 0.3 วินาที

อัตราส่วน CT ลำดับศูนย์ของกล่องความต้านทานแรงดันไฟฟ้าสูงคือ 50/5 และค่าการป้องกันกระแสศูนย์ 1 กระแส (ด้านรอง) คือIdz0R= 1.1×0.06×100/10=0.66 เอ

ที่ 0.7 a/1.1 s ความไวคือกม.=20.7/(0.7×10)≈2.9≥2

ค่าที่ตั้งไว้ของการป้องกันกระแสศูนย์ 2 กระแส (ด้านรอง) คือIdz0R= 1.1×0.03×100/10=0.33 เอ

ที่ 0.4 a/1.9 วินาที ความไวคือKm = 11.3/(0.410)≈2.8≥2 เพื่อความปลอดภัยส่วนบุคคล แรงดันไฟฟ้าสัมผัสควรเป็นไปตามมาตรฐานแห่งชาติ: เมื่อเวลาการทำงานของการป้องกันมากกว่า 1 วินาที ค่าแรงดันไฟฟ้าสัมผัสคือ 50v

จุดผิดพลาดต่อแรงดันไฟฟ้าลงดินคือUgz= IdRjd=20.7×1=20.7 V<50 V

ในจำนวนนี้ RJD คือค่าความต้านทานกราวด์ ≤1.0

กลยุทธ์การปฏิบัติการต่อสายดินที่มีความต้านทานสูง 6 ประการ

(1)เมื่อเกิดความผิดพลาดจากไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวลงดินในระบบ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะน้อยเกินไปที่จะแจ้งเตือนอุณหภูมิของกล่องความต้านทานไฟฟ้าแรงสูง และไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์สี่เครื่องเชื่อมต่อกับกราวด์ความต้านทานสูงที่จุดเป็นกลาง

(2)เมื่อเกิดความผิดพลาดในระบบเฟสเดียวต่อกราวด์ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะมากขึ้น ทำให้เกิดสัญญาณเตือนอุณหภูมิกล่องความต้านทานแรงดันสูง และระบบควบคุมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์จะควบคุมคอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันสูง 4 ตัวเพื่อตัดความต้านทานสูงของการต่อลงกราวด์ที่เป็นกลาง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์ 4 เครื่องจะทำงานในโหมดเป็นกลางและไม่ต่อลงกราวด์

(3)เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์สี่เครื่องทำงานในโหมดจุดที่เป็นกลางและไม่ต่อลงดิน และกระแสความจุของสายเคเบิลระบบไปยังดิน I ∑ cL คำนวณได้ตามที่แสดงในตารางที่ 2 ดังที่เห็นได้จากตารางที่ 2 กระแสความจุของสายกลางเซี่ยงไฮ้อยู่ที่ประมาณ 4A

ตารางที่ 2 การคำนวณกระแสความจุดิน I ∑ cL ของสายเคเบิลระบบ

กระแสความจุของตู้จ่ายไฟและระบบสร้างสายเคเบิลลงดินคือI∑c= α(1+β)I∑cL=1.3×(1+15%)×4=6 เอ

สูตรคือดังนี้: (1.2 ~ 1.8) เป็นค่าสัมประสิทธิ์เสรีภาพ (15% ~ 20%) เป็นอัตราอิทธิพลของอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า

(4) ความไวของการป้องกันกระแสลำดับศูนย์ (การป้องกันสำรอง ≥1.5) คือ

กม.= (I∑c-Icx)/Idz0x=(6-0.53)/3µ1.8≥1.5

(4)อิทธิพลของโหมดการทำงานแบบจุดกลางที่ไม่ได้ต่อลงดินต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบเฟสเดียวต่อลงดินอยู่ที่ 6 แอมแปร์ โหมดการทำงานสูงสุดอยู่ที่ 1.5 แอมแปร์สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 410 กิโลวัตต์ และโหมดการทำงานต่ำสุดอยู่ที่ 2.0 แอมแปร์สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 310 กิโลวัตต์ ไม่ส่งผลกระทบต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์

7 แผนผังระบบความต้านทานกราวด์กลาง

ระบบตัวต้านทานต่อลงดินกลางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูงฉุกเฉิน 10 กิโลวัตต์ของศูนย์เซี่ยงไฮ้แสดงไว้ในรูปที่ 3

รูปที่ 3 ระบบตัวต้านทานกราวด์กลางแรงดันสูงฉุกเฉินของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 10 กิโลวัตต์

8. บทสรุป

การต่อสายดินกลางสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแรงดันสูง 10 กิโลวัตต์นั้นเป็นปัญหาทางเศรษฐกิจที่กว้างขวางมาก แต่ละประเทศและเมืองต่างมีวิธีการต่อสายดินกลางที่แตกต่างกัน ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประสบการณ์และประเพณีการใช้งานของแต่ละประเทศ