Дослідження режиму заземлення нейтралі високої напругиДизель 10 кВт Генератор

0 Вступ

Електричне з'єднання між нейтральною точкою та землею розподільчої мережі називається режимом заземлення нейтральної точки, також званим режимом роботи нейтральної точки. Вибір методу заземлення нейтральної точки є дуже широкою технічною та економічною проблемою. Різні режими заземлення безпосередньо впливають на перенапругу, рівень ізоляції електрообладнання, надійність мережі живлення, селективність та чутливість релейного захисту, а також на перешкоди ліній зв'язку.

1 нейтральна точка загального заземлення

Існує чотири типи загального заземлення в енергосистемах:

(1) Нейтральна точка безпосередньо заземлена: Нейтральна точка високовольтної системи змінного струму безпосередньо заземлена. Коли в системі виникає однофазне замикання на землю, утворюється однофазне коротке замикання на землю, а струм короткого замикання дуже великий, що дуже корисно для релейного захисту, не збільшується напруга заземлення у стані безвідмовності, не виникає переривчаста перенапруга дуги.

(2) ЗАЗЕМЛЕННЯ КОТУШКИ ДУГОВОГО ПРИГНІВАННЯ: Заземлення нейтралі високовольтної системи живлення змінного струму, між нейтральною точкою та заземленням послідовно з реактором для компенсації ємнісного струму, обмежує струм короткого замикання однофазного заземлення.

(3)Нейтральна точка заземлена резистором (високий опір, низький опір): система живлення змінного струму високої напруги заземлена високим опором у нейтральній точці, а високоімпедансний опір послідовно з'єднаний між нейтральною точкою та точкою заземлення, струм короткого замикання однофазного замикання на землю обмежений до 5 ~ 20 А, нейтральна точка системи живлення змінного струму високої напруги заземлена низьким опором, а низькимімпедансний опір послідовно з'єднаний між нейтральною точкою та точкою заземлення, струм короткого замикання однофазного замикання на землю обмежений до 100 ~ 1000 А.

(4)Незаземлена нейтраль: Нейтральна точка високовольтної системи змінного струму не заземлена, однофазний струм заземлення є ємнісним струмом, коли система має однофазне замикання на землю. Коли однофазний струм заземлення малий (не більше 10 А), система може працювати 1 ~ 2 години з несправністю. Недоліком є ​​те, що при однофазному замиканні на землю дуга не може самостійно згаснути, коли струм заземлення великий, що призводить до перенапруги дуги в проміжку, наражає на небезпеку обладнання, руйнує ізоляцію та навіть спричиняє багатофазне коротке замикання.

1.1 Фактори, що впливають на вибір методу заземлення

Фактори, що впливають на вибір режиму заземлення: 1 Надійність електропостачання; 2 Безпека персоналу та обладнання; 3 Коефіцієнт перенапруги; 4 Релейний захист; 5 Інвестиції.

1.2 комплексне порівняння поширених режимів заземлення нейтралі

Повне порівняння поширених режимів заземлення нейтралі наведено в таблиці 1.

Таблиця 1. Комплексне порівняння поширених режимів заземлення нейтралі

2 високовольтних дизельних генератора потужністю 10 кВт

Коли нейтральна точка не заземлена, якщо однофазне замикання на землю розташоване поза межами високовольтного дизельного генератора потужністю 10 кВт, і струм ємності перевищує певне значення, дуга замикання не може згаснути сама по собі, часто супроводжуючись переривчастою дугою. Накопичена фаза створює перенапругу, що призводить до пошкодження ізоляції, а вища гармоніка, з'єднана за схемою "дельта", утворює нагрівальний контур, тому зазвичай використовується Y-подібне з'єднання. Стандартна витримувана напруга становить 1,5 номінальної напруги мережі, тобто 2,6 U-фази.

Для забезпечення безпечної експлуатації високовольтної мережі 10 кВтдизельний генераторУ системі необхідно забезпечити, щоб перенапруга фази без пошкодження була меншою за 2,6 мкм у випадку однофазного замикання на землю системи, а також щоб перенапруга фази без пошкодження була меншою за 2,6 мкм у випадку однофазного замикання на землю високовольтної дизель-генераторної системи потужністю 10 кВт. Якщо немає напруги дуги в проміжку, струм опору IR точки заземлення повинен бути більшим за загальний струм ємності I∑C, зазвичай IR ≥ (1,0 ~ 1,5) I∑C, що може додатково придушити перенапругу фази, кратну меншу за 2,5 мкм. Коли IR ≥3,0 I∑C (або Xc/r ≥3,0), може бути задоволений ефект внутрішнього придушення перенапруги, як показано на рис. 1.

Режим заземлення з високим опором використовується лише тоді, коли струм заземлення невеликий, ефект автоматичного гасіння дуги очевидний, зазвичай застосовується до високовольтної системи з ємнісним струмом заземлення менше 10 А, струм ємності I ∑ C дизель-генераторної системи 10 кВт у центрі Шанхаю становить 6 А.

Аналізуючи механізм заземлення нейтральної точки генератора, для виконання основних вимог до типу заземлення генератора, слід використовувати тип заземлення з високим опором для електричного генератора.

Переваги: ​​1. Забезпечення безперервності електроживлення, коли струм однофазного замикання на землю нижчий за допустиму допустиму потужність високовольтного дизельного генератора потужністю 10 кВт, з часом роботи в умовах несправності (зазвичай 2 години). 2. Пригнічення перенапруги дуги в проміжку, що робить перенапругу нижчою за 2,6 мкм фази. 3. Простий релейний захист.

НЕДОЛІКИ: 1. Підходить для вимірювання струму заземлення невеликої високовольтної системи з ємнісним струмом (менше 10 А), що обмежує використання осцилографа. Коли струм короткого замикання однофазного замикання на землю великий, струм, що протікає через опір, спричинить проблему нагрівання, і опір може перегоріти, якщо час вимірювання буде занадто довгим.

Рис. 1 Діаграма імпедансу системи та кратності перенапруги перехідного періоду

3 Вибір опору заземлення нейтралі для аварійного високовольтного дизельного генератора потужністю 10 кВт у центрі Шанхаю

3.1 Вибір опору заземлення нейтралі

Кожна компанія, що виробляє дизельні генератори потужністю 10 кВт, має різні методи вибору та контролю опору заземлення нейтралі дизельного генератора потужністю 10 кВт, і в Китаї немає єдиного регулювання щодо цього.

(1)Струм заземлення контролюється на рівні 100 ~ 150 А, 10 ~ 30 А та 10% від номінального струму.

(2)кілька дизельних генераторів потужністю 10 кВт + кілька контакторів + одна схема заземлення опором, та кілька дизельних генераторів потужністю 10 кВт + кілька контакторів + схема заземлення опором. Перший варіант має низьку вартість та малу площу, але його логіка керування складна, другий – навпаки.

(3)Є кілька дизельних генераторів потужністю 10 кВт, що працюють з одним контактором, що замикається для керування циркуляцією, і є кілька контакторів, що замикаються з контролером циркуляції.

Опір заземлення нейтралі дизельного генератора високої напруги потужністю 10 кВт у Шанхайському центрі становить

Таким чином, було обрано 4 комплекти по 2500 кВт (резервна потужність)/10,5 кВ, 1 комплект високовольтних блоків опору 303 з температурною сигналізацією та 4 комплекти високовольтних контакторів змінного струму.

4 розрахунок струму короткого замикання однофазного замикання на землю з високим опором

Принципова діаграма струму короткого замикання кабелю з однофазним замиканням на землю показана на рис. 2.

Рис. 2 принципова діаграма струму короткого замикання кабелю з однофазним замиканням на землю

Струм короткого замикання однофазного замикання на землю з повною металевою властивістю кабелю становить

ICX – це струм ємності захищеної лінії, струм ємності найкоротшого кабелю в центрі Шанхаю становить 0,15 А, а струм ємності найдовшого кабелю – 0,7 А.

5 Точка пошкодження кабелю проходить через перехідний опір RG = (30 ~ 300), а струм короткого замикання однофазного замикання на землю становить

Загальний струм короткого замикання становить 20,7 А, коли виникає однофазне замикання на землю в аварійній високовольтній системі дизельного генератора потужністю 10 кВт. Максимальний режим роботи

5,2 А для кожного з чотирьох дизель-генераторів потужністю 10 кВт, мінімальний режим роботи дизель-генератора становить 310 кВт, струмове навантаження кожного 6,9 А не впливає на роботу дизель-генератора потужністю 10 кВт.

5Розрахунок захисту від струму нульової послідовності для високоомної заземлювальної лінії та захисту від струму нульової послідовності для високовольтної коробки опорів

5.1 Розрахунок Idz0x для ліній електропередачі зі захистом від струмів нульової послідовності

Уставка захисту від струму нульової послідовності становить Idz0x = KIcx відповідно до стану струму ємності захищеної лінії.

При: K —— Коефіцієнт надійності, 4 ~ 5.

Чутливість: Km ​​= ID/IDZ0X ≥2

Km ≥2 для основного захисту та Km ≥1,5 для резервного захисту.

Коефіцієнт перетворення струмового трансформатора нульової послідовності лінії становить 100/1, уставка струмового захисту від нульового струму 1 (вторинна обмотка) становитьIdz0x=5×0,53/100=0,0265 А

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

Встановлене значення струмового захисту нульового струму 2 (вторинна обмотка) становитьIdz0x = 4 × 0,53 / 100 = 0,0212 Å

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

Розрахунок Idz0R захисту від струму нульової послідовності для високовольтного блоку опору 5.2

Це в 1,1 ~ 1,2 рази більше за встановлене значення нижнього захисту нульової послідовності, а обмеження часу становить 0,3 с.

Коефіцієнт трансформатора струму нульової послідовності високовольтного блоку опорів становить 50/5, а значення струмового захисту нульового струму 1 (вторинна обмотка) становитьIdz0R = 1,1 × 0,06 × 100 / 10 = 0,66 А

При 0,7 Å/1,1 с чутливість становитьКм=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

Встановлене значення струмового захисту нульового струму 2 (вторинна обмотка) становитьIdz0R = 1,1 × 0,03 × 100 / 10 = 0,33 А

При 0,4 Å/1,9 с чутливість становитьKm = 11,3/(0,410)≈2,8≥2. Для забезпечення особистої безпеки контактна напруга повинна відповідати національному стандарту: якщо час спрацьовування захисту перевищує 1 с, значення контактної напруги становить 50 В.

Точка замикання на напругу земліUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 В<50 В

Серед них RJD – це значення опору заземлення, ≤1,0.

6 Стратегія роботи з високоомним заземленням

(1)Коли в системі виникає однофазне замикання на землю, струм короткого замикання занадто малий, щоб спрацювати сигналізатору про температуру високовольтного блоку опору, і це не впливає на роботу дизельного генератора потужністю 10 кВт. Чотири дизельні генератори потужністю 10 кВт підключені до високоомного заземлення в нейтральній точці.

(2)Коли в системі виникає однофазне замикання на землю, струм короткого замикання стає більшим, що призводить до спрацьовування сигналізації температури високовольтного блоку опору, а система керування дизельним генератором потужністю 10 кВт керує чотирма високовольтними контакторами змінного струму, щоб відключити високий опір заземлення нейтралі, чотири дизельні генератори потужністю 10 кВт працюють у режимі незаземленої нейтралі.

(3)Чотири дизельні генератори потужністю 10 кВт працюють у режимі незаземленої нейтральної точки, а ємнісний струм системного кабелю до землі I ∑ cL розраховується, як показано в таблиці 2. Як видно з таблиці 2, ємнісний струм лінії центру Шанхаю становить близько 4 А.

Таблиця 2 Розрахунок струму ємності землі I ∑ cL системного кабелю

Ємнісний струм розподільчої шафи та системи формування кабелю до землі становитьI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3×(1+15%)×4=6 А

Формула має такий вигляд: (1,2 ~ 1,8) – коефіцієнт свободи, (15% ~ 20%) – коефіцієнт впливу обладнання для розподілу електроенергії.

(4) чутливість захисту від струму нульової послідовності (резервний захист ≥1,5) становить

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

(4)Вплив режиму роботи з незаземленою нейтральною точкою на дизель-генератор потужністю 10 кВт. Струм однофазного замикання на землю становить 6 А, максимальний робочий режим – 1,5 А для дизель-генератора потужністю 410 кВт, а мінімальний робочий режим – 2,0 А для дизель-генератора потужністю 310 кВт, не впливає на дизель-генератор потужністю 10 кВт.

7 Схема системи опору заземлення нейтралі

Система заземлення нейтралі високовольтного дизельного генератора потужністю 10 кВт аварійного центру Шанхай показана на рисунку 3.

Рис. 3. Система заземлення нейтралі аварійного високовольтного дизельного генератора потужністю 10 кВт

8. Висновок

Заземлення нейтралі високовольтного дизельного генератора потужністю 10 кВт – це дуже широкий спектр економічних питань. Різні країни та міста в одній країні мають різні методи заземлення нейтралі, які в основному базуються на власному досвіді експлуатації та традиціях.