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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(guó)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。康明斯公司在在本文簡(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。弧光接地的持續(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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