Nghiên cứu về chế độ nối đất trung tính của điện áp caoĐộng cơ diesel 10KW Máy phát điện

0 Giới thiệu

Kết nối điện giữa điểm trung tính và đất của lưới điện phân phối được gọi là chế độ tiếp địa điểm trung tính, còn được gọi là chế độ vận hành điểm trung tính. Phương pháp tiếp địa nào được sử dụng cho điểm trung tính là một vấn đề kỹ thuật và kinh tế rất rộng. Các chế độ tiếp địa khác nhau sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá áp, mức độ cách điện của thiết bị điện, độ tin cậy của lưới điện, độ chọn lọc và độ nhạy của bảo vệ rơle, và nhiễu của đường dây truyền thông.

1 điểm trung tính đường nối đất chung

Có bốn loại hệ thống nối đất phổ biến trong hệ thống điện:

(1) Điểm trung tính được nối đất trực tiếp: Điểm trung tính của hệ thống điện xoay chiều điện áp cao được nối đất trực tiếp, khi xảy ra sự cố chạm đất một pha trong hệ thống, sẽ hình thành ngắn mạch một pha chạm đất và dòng điện ngắn mạch rất lớn, điều này rất có lợi cho việc bảo vệ rơle, điện áp không lỗi so với mặt đất không tăng, sẽ không gây ra quá điện áp hồ quang không liên tục.

(2) ĐẤT CUỘN DÂY CHẾ PHÁT HỒ QUANG: Hệ thống điện xoay chiều điện áp cao sử dụng dây tiếp địa cuộn dây chế áp hồ quang trung tính, nối giữa điểm trung tính và điểm tiếp địa nối tiếp với một cuộn kháng để bù dòng điện dung, hạn chế dòng điện ngắn mạch do sự cố tiếp địa một pha.

(3)Điểm trung tính được nối đất bằng điện trở (điện trở cao, điện trở thấp): Hệ thống điện xoay chiều cao áp được nối đất bằng điện trở cao tại điểm trung tính và một điện trở trở kháng cao được kết nối nối tiếp giữa điểm trung tính và điểm nối đất, dòng điện ngắn mạch của sự cố nối đất một pha được giới hạn ở mức 5 ~ 20A, điểm trung tính của hệ thống điện xoay chiều cao áp được nối đất bằng điện trở thấp và một điện trở trở kháng thấp được kết nối nối tiếp giữa điểm trung tính và điểm nối đất, dòng điện ngắn mạch của sự cố nối đất một pha được giới hạn ở mức 100 ~ 1000A.

(4)trung tính không nối đất: Điểm trung tính của hệ thống điện xoay chiều điện áp cao không được nối đất, dòng điện nối đất một pha là dòng điện dung khi hệ thống bị lỗi nối đất một pha, khi dòng điện nối đất một pha nhỏ (không quá 10a), hệ thống có thể chạy trong 1 ~ 2 giờ khi có lỗi, nhược điểm là khi xảy ra lỗi nối đất một pha, ARC không thể tự dập tắt khi dòng điện nối đất lớn, dẫn đến quá điện áp hồ quang khe hở, gây nguy hiểm cho thiết bị, phá hủy lớp cách điện và thậm chí gây ra đoản mạch nhiều pha.

1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp nối đất

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn chế độ nối đất là: 1 Độ tin cậy của nguồn điện; 2 An toàn cho cá nhân và thiết bị; 3 Hệ số quá áp; 4 Bảo vệ rơle; 5 Đầu tư.

1.2 so sánh toàn diện các chế độ nối đất trung tính phổ biến

Bảng 1 thể hiện sự so sánh toàn diện về các chế độ nối đất trung tính phổ biến.

Bảng 1 so sánh toàn diện các chế độ nối đất trung tính phổ biến

2 máy phát điện diesel cao áp 10KW

Khi điểm trung tính không được nối đất, nếu sự cố chạm đất một pha nằm ngoài máy phát điện diesel cao áp 10 kW, nếu dòng điện dung lớn hơn một giá trị nhất định, hồ quang sự cố không thể tự dập tắt, thường kèm theo hồ quang gián đoạn, pha tích tụ tạo ra quá điện áp, gây hư hỏng cách điện, và sóng hài bậc cao kết nối tam giác máy phát điện sẽ tạo thành vòng lặp nhiệt, do đó thường sử dụng kết nối Y. Tiêu chuẩn điện áp chịu đựng là 1,5 lần điện áp lưới định mức, IE 2,6 pha U.

Để đảm bảo an toàn cho hoạt động của trạm biến áp cao thế 10KWmáy phát điện dieselhệ thống, cần đảm bảo rằng quá điện áp của pha không lỗi nhỏ hơn 2,6 u pha trong trường hợp lỗi một pha xuống đất của hệ thống và quá điện áp của pha không lỗi nhỏ hơn 2,6 u pha trong trường hợp lỗi một pha xuống đất của hệ thống máy phát điện diesel cao áp 10KW, nếu không có điện áp hồ quang khe hở, dòng điện trở IR của điểm nối đất phải lớn hơn tổng dòng điện dung I ∑ C, nói chung IR ≥(1,0 ~ 1,5) I ∑ C, có thể triệt tiêu thêm bội số quá điện áp nhỏ hơn 2,5 u pha, khi IR ≥3,0 I ∑ C (hoặc Xc/r ≥3,0) , hiệu ứng triệt tiêu quá áp bên trong có thể được đáp ứng, như thể hiện trong Hình 1.

Chế độ nối đất điện trở cao chỉ áp dụng khi dòng điện nối đất nhỏ, hiệu quả dập hồ quang tự động rõ ràng, thường áp dụng cho hệ thống điện áp cao có dòng điện dung nối đất nhỏ hơn 10A, dòng điện dung I∑ C của hệ thống máy phát điện diesel 10KW tại trung tâm Thượng Hải là 6A.

Thông qua việc phân tích cơ chế tiếp địa điện trở điểm trung tính của máy phát điện, để đáp ứng yêu cầu nguyên lý của loại tiếp địa máy phát điện, nên áp dụng loại tiếp địa điện trở cao trong loại tiếp địa máy phát điện.

Ưu điểm: 1. Đảm bảo tính liên tục của nguồn điện, khi dòng điện lỗi một pha xuống đất thấp hơn dung sai an toàn của máy phát điện diesel cao áp 10 kw, với hoạt động lỗi (thường là 2h). 2. Quá áp hồ quang khe hở được triệt tiêu, giúp quá áp thấp hơn 2,6 u pha. 3. Bảo vệ rơ le đơn giản.

NHƯỢC ĐIỂM: 1. Phù hợp với hệ thống nối đất điện áp cao quy mô nhỏ, dòng điện dung (dưới 10A), hạn chế việc sử dụng phạm vi đo. Khi dòng điện ngắn mạch của sự cố chạm đất một pha lớn, dòng điện chạy qua điện trở sẽ gây ra vấn đề nóng lên, và nếu thời gian quá dài, điện trở sẽ bị cháy.

Hình 1 Sơ đồ trở kháng hệ thống và quá áp thoáng qua bội số

3 Lựa chọn điện trở nối đất trung tính cho máy phát điện diesel khẩn cấp 10KW tại trung tâm Thượng Hải

3.1 Lựa chọn điện trở nối đất trung tính

Mỗi công ty sản xuất máy phát điện diesel 10KW đều có phương pháp lựa chọn và kiểm soát điện trở nối đất trung tính của máy phát điện diesel 10KW khác nhau và không có quy định thống nhất nào về vấn đề này ở Trung Quốc.

(1)dòng điện nối đất được kiểm soát ở mức 100 ~ 150A, 10 ~ 30a và 10% dòng điện định mức.

(2)Nhiều máy phát điện diesel 10KW + nhiều contactor + sơ đồ nối đất một điện trở, và nhiều máy phát điện diesel 10KW + nhiều contactor + sơ đồ nối đất nhiều điện trở. Loại trước có chi phí thấp và diện tích nhỏ, nhưng logic điều khiển phức tạp, loại sau thì ngược lại.

(3)có một số máy phát điện diesel 10KW chạy với một tiếp điểm đóng để kiểm soát tuần hoàn và có một số tiếp điểm đóng với bộ điều khiển tuần hoàn.

Điện trở nối đất trung tính của máy phát điện diesel cao áp khẩn cấp 10 kw của Trung tâm Thượng Hải là

Do đó, lựa chọn 4 bộ 2500kw (công suất dự phòng)/10,5 KV, 1 bộ hộp điện trở cao áp 303 có cảnh báo nhiệt độ và 4 bộ tiếp điểm AC cao áp.

4 Tính toán dòng điện ngắn mạch của sự cố chạm đất một pha có điện trở cao

Sơ đồ dòng điện ngắn mạch của cáp có sự cố chạm đất một pha được thể hiện ở Hình 2.

Hình 2 sơ đồ dòng điện ngắn mạch của cáp có sự cố chạm đất một pha

Dòng điện ngắn mạch của sự cố một pha xuống đất với đặc tính kim loại hoàn toàn của cáp là

ICX là dòng điện dung của đường dây được bảo vệ, dòng điện dung của cáp ngắn nhất tại Trung tâm Thượng Hải là 0,15 A và dòng điện dung của cáp dài nhất là 0,7 A.

5 Điểm lỗi của cáp đi qua điện trở chuyển tiếp RG = (30 ~ 300) và dòng điện ngắn mạch của lỗi một pha xuống đất là

Tổng dòng điện ngắn mạch là 20,7 A khi xảy ra sự cố chạm đất một pha trong hệ thống máy phát điện diesel khẩn cấp điện áp cao 10 kw. Chế độ vận hành tối đa là

5,2 a cho mỗi máy phát điện diesel 10 kw, chế độ hoạt động tối thiểu là máy phát điện diesel 310 kw, mỗi tải hiện tại 6,9 a, không ảnh hưởng đến hoạt động của máy phát điện diesel 10 kw.

5Tính toán bảo vệ dòng điện thứ tự không cho đường dây nối đất điện trở cao và bảo vệ dòng điện thứ tự không cho hộp điện trở cao áp

5.1 Tính toán Idz0x của đường dây truyền tải bảo vệ dòng điện thứ tự không

Cài đặt bảo vệ dòng điện chuỗi số không là Idz0x = KIcx theo điều kiện dòng điện dung của đường dây được bảo vệ

Dưới: K —— Hệ số tin cậy, 4 ~ 5.

Độ nhạy là: Km = ID/IDZ0X ≥2

Km ≥2 đối với bảo vệ chính và Km ≥1,5 đối với bảo vệ dự phòng.

Tỷ lệ chuyển đổi CT của DÒNG KHÔNG là 100/1, Cài đặt bảo vệ dòng điện 1 dòng không (phía thứ cấp) làIdz0x=5×0,53/100=0,0265 A

Ở 0,06 a/0,8 s, độ nhạy làKm=20,7/(0,06×100)≈3,4≥2

Giá trị cài đặt của bảo vệ dòng điện 2 bằng không (phía thứ cấp) làIdz0x= 4×0,53/100=0,0212 A

Ở 0,03/1,6 giây, độ nhạy làKm=11,3/(0,03×100)≈3,8≥2

Tính toán Idz0R của bảo vệ dòng điện thứ tự không cho hộp điện trở cao áp 5.2

Lớn hơn giá trị cài đặt của bảo vệ chuỗi không thấp hơn từ 1,1 ~ 1,2 lần và giới hạn thời gian là 0,3 giây.

Tỷ lệ CT chuỗi không của hộp điện trở cao áp là 50/5 và giá trị bảo vệ dòng điện 1 dòng điện không (phía thứ cấp) làIdz0R= 1,1×0,06×100/10=0,66 A

Ở 0,7 a/1,1 s, độ nhạy làKm=20,7/(0,7×10)≈2,9≥2

Giá trị cài đặt của bảo vệ dòng điện 2 bằng không (phía thứ cấp) làIdz0R= 1,1×0,03×100/10=0,33 A

Ở 0,4 a/1,9 s, độ nhạy làKm = 11,3/(0,410)≈2,8≥2 để đảm bảo an toàn cá nhân, điện áp tiếp xúc phải đáp ứng Tiêu chuẩn quốc gia: Khi thời gian hoạt động bảo vệ lớn hơn 1 giây, giá trị điện áp tiếp xúc là 50v.

Điểm lỗi đến điện áp đất làUgz= IdRjd=20,7×1=20,7 V<50 V

Trong đó, RJD là giá trị điện trở nối đất, ≤1,0.

6 Chiến lược vận hành nối đất điện trở cao

(1)Khi xảy ra sự cố chạm đất một pha trong hệ thống, dòng điện ngắn mạch quá nhỏ để báo động nhiệt độ của hộp điện trở cao áp, và không ảnh hưởng đến hoạt động của máy phát điện diesel 10KW. Bốn máy phát điện diesel 10KW được kết nối với điểm trung tính nối đất điện trở cao.

(2)khi xảy ra lỗi một pha chạm đất trong hệ thống, dòng điện ngắn mạch lớn hơn, khiến hộp điện trở cao áp báo động nhiệt độ và hệ thống điều khiển máy phát điện diesel 10KW điều khiển bốn tiếp điểm AC cao áp để cắt điện trở cao của dây nối đất trung tính, bốn máy phát điện diesel 10kw hoạt động ở chế độ trung tính không nối đất.

(3)Bốn máy phát điện diesel 10KW được vận hành ở chế độ điểm trung tính không nối đất và dòng điện dung của cáp hệ thống đến đất I ∑ cL được tính như thể hiện trong Bảng 2. Như có thể thấy từ bảng 2, dòng điện dung đường dây của trung tâm Thượng Hải là khoảng 4A.

Bảng 2 tính toán dòng điện dung đất I ∑ cL của cáp hệ thống

Dòng điện dung của tủ phân phối và hệ thống tạo hình cáp nối đất làI∑c= α(1+β)I∑cL=1,3×(1+15%)×4=6 A

Công thức như sau: (1,2 ~ 1,8) là Hệ số tự do, (15% ~ 20%) là tỷ lệ ảnh hưởng của thiết bị phân phối điện.

(4) độ nhạy của bảo vệ dòng điện chuỗi không (bảo vệ dự phòng ≥1,5) là

Km= (I∑c-Icx)/Idz0x=(6-0.53)/3≈1.8 ≥1.5

(4)Ảnh hưởng của chế độ vận hành điểm trung tính không nối đất lên máy phát điện diesel 10KW. Dòng điện sự cố một pha xuống đất là 6A, chế độ vận hành tối đa là 1,5A đối với máy phát điện diesel 410KW và chế độ vận hành tối thiểu là 2,0A đối với máy phát điện diesel 310KW, không ảnh hưởng đến máy phát điện diesel 10KW.

7 Sơ đồ hệ thống điện trở nối đất trung tính

Hệ thống điện trở nối đất trung tính của máy phát điện diesel cao áp khẩn cấp 10KW của Trung tâm Thượng Hải được thể hiện ở hình 3.

Hình 3 Hệ thống điện trở nối đất trung tính của máy phát điện diesel cao áp khẩn cấp 10 kw

8. Kết luận

Tiếp địa trung tính cho máy phát điện diesel cao áp 10KW là một vấn đề kinh tế rất rộng. Mỗi quốc gia và thành phố trong một quốc gia có phương pháp tiếp địa trung tính khác nhau, chủ yếu dựa trên kinh nghiệm vận hành và truyền thống riêng của từng quốc gia.