Yüksek Gerilimin Nötr Topraklama Modu Üzerine Araştırma10KW Dizel Jeneratör

0 Giriş

Dağıtım şebekesinin nötr noktası ile topraklaması arasındaki elektrik bağlantısına nötr nokta topraklama modu veya nötr nokta çalışma modu denir. Nötr nokta için hangi topraklama yönteminin kullanılacağı çok kapsamlı bir teknik ve ekonomik sorundur. Farklı topraklama modları, aşırı gerilimi, elektrikli ekipmanın yalıtım seviyesini, elektrik şebekesinin güvenilirliğini, röle korumasının seçiciliğini ve hassasiyetini ve iletişim hatlarının parazitlenmesini doğrudan etkiler.

1 nötr nokta ortak zemin yolu

Güç sistemlerinde dört tip yaygın sistem topraklaması vardır:

(1) nötr nokta doğrudan topraklanmıştır: Yüksek voltajlı AC güç sisteminin nötr noktası doğrudan topraklanmıştır, sistemde tek faz-toprak arızası meydana geldiğinde, tek faz-toprak kısa devresi oluşacaktır ve kısa devre akımı çok büyük olacaktır, bu da röle koruması için çok faydalıdır, toprak voltajına göre arıza artmaz, aralıklı ark aşırı voltajına neden olmaz.

(2) ARK SÖNDÜRME BOBİNİ TOPRAKLAMA: Yüksek Gerilim AC Güç Sistemi nötr ark söndürme bobini topraklaması, kapasitif akımı dengelemek için bir reaktörle seri olarak nötr nokta ve topraklama arasında, tek fazlı topraklama arıza kısa devre akımını sınırlar.

(3)nötr nokta dirençle topraklanmıştır (yüksek direnç, düşük direnç): Yüksek Gerilim AC güç sistemi nötr noktada yüksek dirençle topraklanmıştır ve nötr nokta ile topraklama noktası arasına seri olarak yüksek empedanslı bir direnç bağlanmıştır, tek fazlı topraklama hatasının kısa devre akımı 5 ~ 20A ile sınırlıdır, yüksek gerilim AC güç sisteminin nötr noktası düşük dirençle topraklanmıştır ve nötr nokta ile topraklama noktası arasına seri olarak düşük empedanslı bir direnç bağlanmıştır, tek fazlı topraklama hatasının kısa devre akımı 100 ~ 1000A ile sınırlıdır.

(4)nötr topraklanmamış: Yüksek gerilim AC güç sisteminin nötr noktası topraklanmamıştır, sistemde tek fazlı topraklama hatası olduğunda tek fazlı topraklama akımı kapasitif akımdır, tek fazlı topraklama akımı küçük olduğunda (10a'dan fazla değil), sistem 1 ~ 2 saat boyunca arıza ile çalışabilir, dezavantajı, tek fazlı topraklama hatası meydana geldiğinde, topraklama akımı büyük olduğunda ARC'nin kendi kendine sönmemesidir, bu da boşluk arkı aşırı voltajına yol açar, ekipmanı tehlikeye atar, yalıtımı yok eder ve hatta çok fazlı kısa devreye neden olur.

1.1 Topraklama yönteminin seçimini etkileyen faktörler

Topraklama modunun seçimini etkileyen faktörler şunlardır: 1 Güç Kaynağı Güvenilirliği; 2 Kişisel ve Ekipman Güvenliği; 3 Aşırı gerilim faktörü; 4 Röle koruması; 5 Yatırım.

1.2 Ortak nötr topraklama modlarının kapsamlı karşılaştırması

Yaygın nötr topraklama modlarının kapsamlı bir karşılaştırması Tablo 1'de gösterilmiştir.

Tablo 1 Ortak nötr topraklama modlarının kapsamlı karşılaştırması

2 Yüksek Voltajlı 10KW dizel jeneratör

Nötr noktası topraklanmamışsa, tek faz-toprak arızası yüksek gerilimli 10 kW dizel jeneratörün dışında bulunuyorsa, kapasitans akımı belirli bir değerden büyükse, arıza arkı kendiliğinden sönmez, genellikle aralıklı ark oluşur, biriken faz aşırı gerilim üretir ve yalıtım hasarına neden olur. Jeneratörün delta bağlantılı yüksek dereceli harmoniği bir döngü ısınması oluşturur, bu nedenle y bağlantısının genel kullanımı. Dayanım gerilimi standardı, nominal hat geriliminin 1,5 katıdır, yani 2,6 u fazıdır.

Yüksek gerilim 10KW'ın güvenli çalışmasını sağlamak içindizel jeneratörSistemde, sistemin tek faz-toprak arızası durumunda arıza olmayan fazın aşırı geriliminin 2,6 u fazından küçük olması ve yüksek gerilimli 10KW dizel jeneratör sisteminin tek faz-toprak arızası durumunda arıza olmayan fazın aşırı geriliminin 2,6 u fazından küçük olması sağlanmalıdır. Eğer boşluk ark gerilimi yoksa, topraklama noktasının direnç akımı IR, toplam kapasitans akımı I ∑ C'den büyük olmalıdır, genellikle IR ≥(1,0 ~ 1,5) I ∑ C, bu da 2,5 u fazından küçük aşırı gerilim katını daha da bastırabilir, IR ≥3,0 I ∑ C (veya Xc/r ≥3,0) olduğunda, Şekil 1'de gösterildiği gibi dahili aşırı gerilim bastırma etkisi karşılanabilir.

Sadece topraklama akımı küçük olduğunda yüksek dirençli topraklama modu, otomatik ark söndürmenin etkisi açıktır, genellikle 10a'dan az yüksek gerilim sistemine topraklama kapasitans akımı için geçerlidir, Şanghay merkezindeki 10KW dizel jeneratör sisteminin kapasitans akımı I ∑ C 6A'dır.

Jeneratör nötr nokta direnç topraklamasının mekanizması incelendiğinde, jeneratör topraklama tipinin temel gereksinimini karşılamak için elektrik jeneratörü topraklama tipinde yüksek dirençli topraklama tipinin benimsenmesi gerektiği görülmektedir.

Avantajları: 1. Tek fazlı-toprak arıza akımı, yüksek voltajlı 10 kW dizel jeneratörünün emniyet toleransından düşük olduğunda, arıza çalışmasıyla (genellikle 2 saat) güç kaynağının sürekliliğini sağlamak. 2. Boşluk arkı aşırı gerilimi bastırılır, bu da aşırı gerilimi 2,6 u fazından daha düşük hale getirir. 3. Basit röle koruması.

DEZAVANTAJLARI: 1. Küçük ölçekli yüksek gerilimli sistemler için uygun topraklama kapasitans akımı (10A'den az), skopun kullanımını sınırlar. Tek faz-toprak arızasında kısa devre akımı büyük olduğunda, dirençten geçen akım ısınma sorununa neden olur ve süre çok uzunsa direnç yanar.

Şekil 1 Sistem empedansı ve geçici aşırı gerilim çoklu diyagramı

3 Şanghay merkezindeki acil durum yüksek gerilimli 10 kW dizel jeneratörü için nötr topraklama direncinin seçimi

3.1 Nötr topraklama direncinin seçimi

Her 10KW dizel jeneratör firmasının 10KW dizel jeneratör nötr topraklama direnci için farklı seçim ve kontrol yöntemleri vardır ve Çin'de bu konuda tek tip bir düzenleme yoktur.

(1)Topraklama akımı 100 ~ 150A, 10 ~ 30A ve anma akımının 'u olarak kontrol edilir.

(2)Birden fazla 10 kW dizel jeneratör + birden fazla kontaktör + tek direnç topraklama şeması ve birden fazla 10 kW dizel jeneratör + birden fazla kontaktör + birden fazla direnç topraklama şeması. İlkinin maliyeti düşük ve alanı küçüktür, ancak kontrol mantığı karmaşıktır, ikincisinin ise tam tersidir.

(3)Sirkülasyonu kontrol etmek için bir kontaktörün kapanmasıyla çalışan birkaç 10KW dizel jeneratör ve sirkülasyon kontrolörüyle kapanan birkaç kontaktörün olduğu görülmektedir.

Şanghay Merkezi Acil Durum Yüksek Gerilim 10 kW dizel jeneratör nötr topraklama direnci

Bu nedenle 4 adet 2500kw (standby güç)/10,5 KV, 1 adet 303 sıcaklık alarmlı yüksek gerilim direnç kutusu ve 4 adet yüksek gerilim AC kontaktörü seçilmiştir.

4 Yüksek dirençli tek faz-toprak arızasının kısa devre akımının hesaplanması

Şekil 2’de tek faz-toprak arızalı kablonun kısa devre akımının şematik diyagramı gösterilmektedir.

Şekil 2 Tek faz-toprak arızalı kablonun kısa devre akımının şematik diyagramı

Kablonun tam metalik özellikte olduğu tek faz-toprak arızasının kısa devre akımı nedir?

ICX, korunan hattın kapasitans akımıdır, Şanghay Merkezi'ndeki en kısa kablonun kapasitans akımı 0,15 A, en uzun kablonun kapasitans akımı ise 0,7 A'dir.

5 Kablonun arıza noktası RG = (30 ~ 300) geçiş direncinden geçer ve tek faz-toprak arızasının kısa devre akımı

Acil durum yüksek gerilimli 10 kW dizel jeneratör sisteminde tek faz-toprak arızası meydana geldiğinde toplam kısa devre akımı 20,7 A'dır. Maksimum çalışma modu:

Dört adet 10 kw dizel jeneratörün her biri için 5,2 a, minimum çalışma modu 310 kw dizel jeneratördür, her bir akım yükü 6,9 a'dır, 10 kw dizel jeneratörün çalışmasını etkilemez.

5Yüksek dirençli topraklama hattı için sıfır dizi akım korumasının ve yüksek gerilim dirençli kutu için sıfır dizi akım korumasının hesaplanması

5.1 Sıfır dizi akım koruma iletim hatlarının Idz0x hesaplanması

Sıfır dizi akım koruma ayarı, korunan hattın kapasitans akım durumuna göre Idz0x = KIcx'tir

Altında: K —— Güvenilirlik Katsayısı, 4 ~ 5.

Duyarlılık: Km = ID/IDZ0X ≥2

Ana koruma için Km ≥2 ve yedek koruma için Km ≥1,5.

HAT SIFIR DİZİSİ CT dönüşüm oranı 100/1'dir, Sıfır Akım 1 akım koruma ayarı (ikincil taraf)Idz0x=5×0,53/100=0,0265 A

0,06 a/0,8 s'de hassasiyet şu şekildedir:Km=20,7/(0,06×100)≈3,4≥2

Sıfır akım 2 akım korumasının (ikincil taraf) ayar değeriIdz0x= 4×0.53/100=0.0212 A

0,03/1,6 saniyede hassasiyet şu şekildedir:Km=11,3/(0,03×100)≈3,8≥2

5.2 yüksek gerilim direnç kutusu için sıfır dizi akım korumasının Idz0R hesaplanması

Alt sıfır dizi korumasının ayarlanan değerinden 1,1 ~ 1,2 kat daha büyüktür ve zaman sınırı 0,3 saniyedir.

Yüksek gerilim direnç kutusunun sıfır dizi CT oranı 50/5'tir ve sıfır akım 1 akım korumasının (ikincil taraf) değeri şudur:Idz0R= 1,1×0,06×100/10=0,66 A

0,7 a/1,1 s'de hassasiyet şu şekildedir:Km=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

Sıfır akım 2 akım korumasının (ikincil taraf) ayar değeriIdz0R= 1,1×0,03×100/10=0,33 A

0,4 a/1,9 s'de hassasiyet şu şekildedir:Kişisel güvenliği sağlamak için Km = 11.3/(0.410)≈2.8≥2, temas gerilimi Ulusal Standarda uygun olmalıdır: Koruma çalışma süresi 1 saniyeden fazla olduğunda, temas gerilimi değeri 50v'dur.

Toprak voltajına olan arıza noktasıUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 V<50 V

Bunlardan RJD, topraklama direncinin ≤1.0 değerini ifade eder.

6 Yüksek Dirençli Topraklama Çalışma Stratejisi

(1)Sistemde tek faz-toprak arızası meydana geldiğinde, kısa devre akımı yüksek gerilim direnç kutusunun sıcaklığını alarma geçiremeyecek kadar küçüktür ve 10 kW'lık dizel jeneratörün çalışmasını etkilemez. Dört adet 10 kW'lık dizel jeneratör, nötr noktasındaki yüksek dirençli toprağa bağlanır.

(2)Sistemde tek fazlı-topraklama hatası oluştuğunda, kısa devre akımı daha büyüktür, bu da yüksek gerilim direnç kutusu sıcaklık alarmını oluşturur ve 10KW dizel jeneratör kontrol sistemi, nötr topraklamanın yüksek direncini kesmek için dört yüksek gerilimli AC kontaktörünü kontrol eder, dört 10 kW dizel jeneratör nötr topraklanmamış modda çalışır.

(3)Dört adet 10 kW'lık dizel jeneratör nötr noktası topraklanmamış modda çalıştırılıyor ve sistem kablosunun toprağa olan kapasitans akımı I ∑ cL Tablo 2'de gösterildiği gibi hesaplanıyor. Tablo 2'den görülebileceği gibi, Şanghay merkezinin Hat kapasitans akımı yaklaşık 4A'dir.

Tablo 2 Sistem kablosunun Toprak kapasitans akımı I ∑ cL'nin hesaplanması

Dağıtım dolabının ve kablo-toprak oluşturma sisteminin kapasitans akımıI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3×(1+15%)×4=6 A

Formül şu şekildedir: (1,2 ~ 1,8) serbestlik katsayısı, ( ~ ) ise güç dağıtım ekipmanlarının etki oranıdır.

(4) sıfır dizi akım korumasının (yedek koruma ≥1,5) hassasiyeti nedir?

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

(4)10 kW dizel jeneratörde nötr nokta topraksız çalışma modunun etkisi. Tek faz-toprak arıza akımı 6 A'dır, 410 kW dizel jeneratör için maksimum çalışma modu 1,5 A, 310 kW dizel jeneratör için minimum çalışma modu 2,0 A'dır ve 10 kW dizel jeneratörü etkilemez.

7 Nötr topraklama direncinin sistem şeması

Şanghay Merkezi Acil Durum Yüksek Gerilim 10KW dizel jeneratör nötr topraklama direnci sistemi şekil 3’te gösterilmektedir.

Şekil 3 Acil durum yüksek gerilim 10 kw dizel jeneratör nötr topraklama direnç sistemi

8. Sonuç

Yüksek Gerilim 10KW dizel jeneratör nötr topraklaması çok çeşitli ekonomik sorunları beraberinde getirir. Farklı ülke ve şehirlerin, esas olarak kendi işletme deneyimlerine ve geleneklerine dayanan farklı nötr topraklama yöntemleri vardır.