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柴油發(fā)電機(jī)組的地線要求及接地方式 |
摘要:伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,國內(nèi)用電設(shè)備容量不斷擴(kuò)大,作為備用電源的柴油發(fā)電機(jī)組的容量也隨之不斷增大,有時(shí)甚至需要多臺(tái)大功率柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)才能滿足使用要求。特別是近年來數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目激增,柴油發(fā)電機(jī)組電壓也由常見的400V增至為10.5KV??得魉构驹谠诒疚暮?jiǎn)要介紹低壓400V和高壓10KV柴油發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)接地的幾種方式。
一、地線要求及接地方式
一個(gè)負(fù)責(zé)任柴油發(fā)電機(jī)廠家所生產(chǎn)的有效系統(tǒng)應(yīng)該確保在任何時(shí)候突然的斷電對(duì)人身安全和操作人員的健康沒有危險(xiǎn)。
1、良好的接地因素
(1)有較低的電阻,防1h雷擊和短路。
(2) 重復(fù)帶動(dòng)大電流的能力。
(3)在安裝過程中不作任何改變可以完成所需功能的能力。
2、電力系統(tǒng)常用接地方式
(1)中性點(diǎn)直接接地
如圖1所示,即是將中性點(diǎn)直接接入大地,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生單相接地故障時(shí),就形成單相接地短路,其接地電流非常大,使斷路器跳閘切除故障。
(2)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地
如圖2所示,此系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,中性點(diǎn)與接地點(diǎn)之間串入一個(gè)電感消弧線圈,當(dāng)發(fā)生單相接地,其接地電流大于30A,產(chǎn)生的電弧不能自動(dòng)熄滅,為此,利用消弧線圈的電感電流來抵消電容電流,限制單相接地故障的短路電流。
圖1 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接接地線路圖 |
圖2 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地線路圖 |
(3)中性點(diǎn)經(jīng)接地變壓器接地
如圖3所示。變壓器通過三相平衡負(fù)載,流通的電流僅是勵(lì)磁電流,因而顯示出高阻抗的作用。當(dāng)出現(xiàn)相對(duì)中性點(diǎn)的電流時(shí),該繞組會(huì)出現(xiàn)非常小的阻抗,因?yàn)樽儔浩髅總€(gè)鐵芯柱上對(duì)的兩個(gè)繞組進(jìn)行反極性串聯(lián),鐵芯柱上所產(chǎn)生的磁通相互抵消了,所以系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),變壓器對(duì)地形成故障電流,從而進(jìn)行故障保護(hù)。
(4)中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地
如圖4所示。 高壓交流電力系統(tǒng)中性點(diǎn)高電阻接地,中性點(diǎn)與接地點(diǎn)之間串入一個(gè)較大的電阻,可以抑制單相接地故障時(shí)健全相的過電壓倍數(shù)不超過額定相電壓的2.6倍,避免故障擴(kuò)大。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),短路點(diǎn)流過固定的電阻性電流有利于零序保護(hù)動(dòng)作。所以,10kV機(jī)組的接地方式宜采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地或不接地方式。
(5)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),流過短路點(diǎn)的電流為電容電流,且三相線電壓基本平衡。若單相接地電容電流小于10A時(shí),允許繼續(xù)帶故障運(yùn)行1-2小時(shí)。
圖3 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)接地變壓器接地線路圖 |
圖4 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地線路圖 |
二、高壓機(jī)組系統(tǒng)接地(6300V~11KV)
這是用以描述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與地連接的方式。安裝不僅有一般的與地的連接,還有例如海上的非接地的安裝。HV型機(jī)組在陸地上使用時(shí),應(yīng)用同體導(dǎo)體接地和絕緣。
高壓發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)通常把接地保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)作為最基本的保護(hù),由于柴油發(fā)電機(jī)組的電壓相對(duì)較高,對(duì)繞組的絕緣要求也非常高,當(dāng)定子繞組發(fā)生兩相和三相相間短路時(shí),將產(chǎn)生很大的短路電流,造成繞組過熱,故障點(diǎn)產(chǎn)生的電弧使發(fā)電機(jī)繞組絕緣損壞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)起火,因此高壓發(fā)電機(jī)組的接地保護(hù)是非常必要的,接地保護(hù)主要與中性點(diǎn)接地方式有關(guān),接地方式的選擇則與電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障流經(jīng)故障點(diǎn)的電容電流有關(guān),10kV柴油發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)接地方式主要有2種。
1、中性點(diǎn)不接地方式
其電路圖如圖5所示,相量圖如圖6所示。中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)中,當(dāng)一相發(fā)生接地時(shí):
(1)未接地兩相的對(duì)地電壓升高到√3倍,即等于線電壓,所以,這種系統(tǒng)中,相對(duì)地的絕緣水平應(yīng)根據(jù)線電壓來設(shè)計(jì)。
(2)各相間的電壓大小和相位仍然不變,三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞,因此可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間,這是這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。但不許長(zhǎng)期接地運(yùn)行,尤其是發(fā)電機(jī)直接供電的電力系統(tǒng),因?yàn)槲唇拥叵鄬?duì)地電壓升高到線電壓,一相接地運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)可能會(huì)造成兩相短路。所以在這種系統(tǒng)中,一般應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)視或接地保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)能發(fā)出信號(hào),使值班人員迅速采取措施,盡快消除故障。一相接地系統(tǒng)允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間,最長(zhǎng)不得超過2h。
(3)接地點(diǎn)通過的電流為電容性的,其大小為原來相對(duì)地電容電流的3倍,這種電容電流不容易熄滅,可能會(huì)在接地點(diǎn)引起弧光間隙,周期性的熄滅和重新發(fā)生電弧?;」饨拥氐某掷m(xù)間歇性電弧較危險(xiǎn),可能會(huì)引起線路的諧振現(xiàn)象而產(chǎn)生過電壓,損壞電氣設(shè)備或發(fā)展成相間短路。故在這種系統(tǒng)中,若接地電流大于5A時(shí),發(fā)電機(jī)都應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘的接地保護(hù)裝置。
2、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式
(1)單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)電阻接地;
(2)兩臺(tái)及以上柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)電阻接地:
每臺(tái)發(fā)電機(jī)組配置一個(gè)高壓真空接觸器,一個(gè)接地系統(tǒng)配置一個(gè)接地電阻柜。通過控制系統(tǒng)控制高壓真空接觸器,達(dá)到運(yùn)行時(shí)只允許一臺(tái)機(jī)組接地的目的。同時(shí)在接地電阻柜配置電流互感器(CT)測(cè)量接地電流,并采用接地故障繼電器,設(shè)定接地電流超過設(shè)定值時(shí)發(fā)出接地故障信號(hào)。
3、電阻接地阻值范圍
(1)高阻接地
高阻>500Ω,接地故障電流<10-15A;高阻接地的目的主要是發(fā)電機(jī)定子繞組在單相接地故障時(shí),防止產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓的情況,同時(shí)還要盡量降低接地故障電流對(duì)鐵芯的灼傷程度。
(2)中阻接地
中阻為10~500Ω,15A<接地故障電流<600A;(目前10KV發(fā)電機(jī)并機(jī)系統(tǒng)接地電阻一般選58Ω左右)。中阻接地主要用于以電纜為主構(gòu)成的電網(wǎng),包括城市電網(wǎng)、發(fā)電廠用電、工礦企業(yè)和公共設(shè)施的電網(wǎng)。要求電阻不要太大,以保證繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏度;又保證阻值不要太小,避免接地故障電流過大,出現(xiàn)一些低值接地方式存在的問題。
(3)低阻接地
低阻<10Ω,接地故障電流>600A。低阻接地僅用于接有大量高壓電動(dòng)機(jī)的電網(wǎng),單相接地電流比較大。
圖5 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地電路圖 |
圖6 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地相量圖 |
三、低壓機(jī)組設(shè)備接地(220V~400V)
發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式與定子接地保護(hù)的夠成密切相關(guān),同時(shí)中性點(diǎn)接地方式還與單行接地故障電流、定子繞組過電壓等問題有關(guān),綜合考慮單相接地電流、過電壓和接地保護(hù)的構(gòu)成等因素,選擇最佳中性點(diǎn)接地方式。圖7為400V三相電壓接地電路,圖8為220V單相電壓接地電路。
1、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式
(1)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)單相電壓互感器接地;
(2)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地;
(3)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。
目前,在大機(jī)組上,中性點(diǎn)有采用經(jīng)消弧線圈接地,也有采用經(jīng)配電變壓器高阻接地。其目的是降低動(dòng)態(tài)過電壓倍數(shù),是單相接地故障電流小些,提高定子接地保護(hù)的靈敏度。消弧線圈接地方式需考慮因素較多,選擇合適的補(bǔ)償度和消弧線圈參數(shù)較困難。如果片面追求減少接地電流,而選用較小的脫諧度和較大的消弧線圈品質(zhì)因素勢(shì)必造成因發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容不平衡而導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓長(zhǎng)期有較大偏移。
圖7 低壓400V柴油發(fā)電機(jī)組接地電路圖 |
圖8 低壓220V汽油發(fā)電機(jī)組接地電路圖 |
2、與地連接的方法(木文中保護(hù)性導(dǎo)體的含義是指閉路的裝置)
在安裝時(shí)保護(hù)性異體把下列設(shè)備連接起來:
(1)暴露的不帶電但可能會(huì)帶電的異體。
(2)小能形成電器系統(tǒng),但可能由于電容效,相互影響的導(dǎo)體。
(3) 主要的電路節(jié)點(diǎn)。
(4) 接地電極。
(5)供給源的接地點(diǎn)。
(6)節(jié)點(diǎn)異體是用來防止接地金屬物與其它設(shè)備如水氣管道之間存在的潛在的危險(xiǎn)。這種"法能夠避免由于異體與其他金屬物體距離太近對(duì)電器設(shè)格帶來的危險(xiǎn)。它可以使由于電流沖擊帶來的損失降到最低限度。
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