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柴油發(fā)電機組的地線要求及接地方式

   

摘要：伴隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國內(nèi)用電設(shè)備容量不斷擴大，作為備用電源的柴油發(fā)電機組的容量也隨之不斷增大，有時甚至需要多臺大功率柴油發(fā)電機組并聯(lián)才能滿足使用要求。特別是近年來數(shù)據(jù)中心項目激增，柴油發(fā)電機組電壓也由常見的400V增至為10.5KV。康明斯公司在在本文簡要介紹低壓400V和高壓10KV柴油發(fā)電機組中性點接地的幾種方式。

 

一、地線要求及接地方式

 

      一個負責(zé)任柴油發(fā)電機廠家所生產(chǎn)的有效系統(tǒng)應(yīng)該確保在任何時候突然的斷電對人身安全和操作人員的健康沒有危險。

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）中性點直接接地

        如圖1所示，即是將中性點直接接入大地，當(dāng)系統(tǒng)運行中發(fā)生單相接地故障時，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）中性點經(jīng)消弧線圈接地

         如圖2所示，此系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地，中性點與接地點之間串入一個電感消弧線圈，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)電機中性點直接接地線路圖

圖2  發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地線路圖

 

（3）中性點經(jīng)接地變壓器接地

        如圖3所示。變壓器通過三相平衡負載，流通的電流僅是勵磁電流，因而顯示出高阻抗的作用。當(dāng)出現(xiàn)相對中性點的電流時，該繞組會出現(xiàn)非常小的阻抗，因為變壓器每個鐵芯柱上對的兩個繞組進行反極性串聯(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，變壓器對地形成故障電流，從而進行故障保護。

（4）中性點經(jīng)電阻器接地 

     如圖4所示。 高壓交流電力系統(tǒng)中性點高電阻接地，中性點與接地點之間串入一個較大的電阻，可以抑制單相接地故障時健全相的過電壓倍數(shù)不超過額定相電壓的2.6倍，避免故障擴大。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，短路點流過固定的電阻性電流有利于零序保護動作。所以，10kV機組的接地方式宜采用中性點經(jīng)電阻接地或不接地方式。

（5）中性點不接地系統(tǒng) 

        當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，流過短路點的電流為電容電流，且三相線電壓基本平衡。若單相接地電容電流小于10A時，允許繼續(xù)帶故障運行1-2小時。 

 

圖3  發(fā)電機中性點經(jīng)接地變壓器接地線路圖

圖4  發(fā)電機中性點經(jīng)電阻器接地線路圖

 

 

二、高壓機組系統(tǒng)接地（6300V~11KV）

 

      這是用以描述發(fā)電機系統(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型機組在陸地上使用時，應(yīng)用同體導(dǎo)體接地和絕緣。

     高壓發(fā)電機組系統(tǒng)通常把接地保護和差動保護作為最基本的保護，由于柴油發(fā)電機組的電壓相對較高，對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，將產(chǎn)生很大的短路電流，造成繞組過熱，故障點產(chǎn)生的電弧使發(fā)電機繞組絕緣損壞，嚴重時會導(dǎo)致發(fā)電機起火，因此高壓發(fā)電機組的接地保護是非常必要的，接地保護主要與中性點接地方式有關(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)故障點的電容電流有關(guān)，10kV柴油發(fā)電機組中性點接地方式主要有2種。

1、中性點不接地方式 

      其電路圖如圖5所示，相量圖如圖6所示。中性點不接地的三相系統(tǒng)中，當(dāng)一相發(fā)生接地時：

（1）未接地兩相的對地電壓升高到√3倍，即等于線電壓，所以，這種系統(tǒng)中，相對地的絕緣水平應(yīng)根據(jù)線電壓來設(shè)計。

（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)運行一段時間，這是這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點。但不許長期接地運行，尤其是發(fā)電機直接供電的電力系統(tǒng)，因為未接地相對地電壓升高到線電壓，一相接地運行時間過長可能會造成兩相短路。所以在這種系統(tǒng)中，一般應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)視或接地保護裝置。當(dāng)發(fā)生單相接地時能發(fā)出信號，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)運行的時間，最長不得超過2h。

（3）接地點通過的電流為電容性的，其大小為原來相對地電容電流的3倍，這種電容電流不容易熄滅，可能會在接地點引起弧光間隙，周期性的熄滅和重新發(fā)生電弧。弧光接地的持續(xù)間歇性電弧較危險，可能會引起線路的諧振現(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，發(fā)電機都應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的接地保護裝置。

 2、中性點經(jīng)電阻接地方式

（1）單臺柴油發(fā)電機組經(jīng)電阻接地；

（2）兩臺及以上柴油發(fā)電機組經(jīng)電阻接地：

      每臺發(fā)電機組配置一個高壓真空接觸器，一個接地系統(tǒng)配置一個接地電阻柜。通過控制系統(tǒng)控制高壓真空接觸器，達到運行時只允許一臺機組接地的目的。同時在接地電阻柜配置電流互感器（CT）測量接地電流，并采用接地故障繼電器，設(shè)定接地電流超過設(shè)定值時發(fā)出接地故障信號。

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)電機定子繞組在單相接地故障時，防止產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓的情況，同時還要盡量降低接地故障電流對鐵芯的灼傷程度。

（2）中阻接地

      中阻為10~500Ω，15A＜接地故障電流＜600A；（目前10KV發(fā)電機并機系統(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，以保證繼電保護動作的靈敏度；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機的電網(wǎng)，單相接地電流比較大。

 

圖5  發(fā)電機中性點不接地電路圖

圖6  發(fā)電機中性點不接地相量圖

 

 

三、低壓機組設(shè)備接地（220V~400V）

 

      發(fā)電機的中性點接地方式與定子接地保護的夠成密切相關(guān)，同時中性點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、過電壓和接地保護的構(gòu)成等因素，選擇最佳中性點接地方式。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)電機中性點接地方式

（1）中性點不接地或經(jīng)單相電壓互感器接地；

（2）中性點經(jīng)配電變壓器高阻接地；

（3）中性點經(jīng)消弧線圈接地。

　　目前，在大機組上，中性點有采用經(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)因素勢必造成因發(fā)電機三相對地電容不平衡而導(dǎo)致中性點電壓長期有較大偏移。

 

圖7  低壓400V柴油發(fā)電機組接地電路圖

圖8  低壓220V汽油發(fā)電機組接地電路圖

 

2、與地連接的方法（木文中保護性導(dǎo)體的含義是指閉路的裝置）

      在安裝時保護性異體把下列設(shè)備連接起來：

（1）暴露的不帶電但可能會帶電的異體。

（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。

（4） 接地電極。

（5）供給源的接地點。

（6）節(jié)點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。這種"法能夠避免由于異體與其他金屬物體距離太近對電器設(shè)格帶來的危險。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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