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柴油發(fā)電機組的地線(xiàn)要求及接地方式

   

摘要：伴隨著(zhù)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國內用電設備容量不斷擴大，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(shí)甚至需要多臺大功率柴油發(fā)電機組并聯(lián)才能滿(mǎn)足使用要求。特別是近年來(lái)數據中心項目激增，柴油發(fā)電機組電壓也由常見(jiàn)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)電機組中性點(diǎn)接地的幾種方式。

 

一、地線(xiàn)要求及接地方式

 

      一個(gè)負責任柴油發(fā)電機廠(chǎng)家所生產(chǎn)的有效系統應該確保在任何時(shí)候突然的斷電對人身安全和操作人員的健康沒(méi)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） 重復帶動(dòng)大電流的能力。

（3）在安裝過(guò)程中不作任何改變可以完成所需功能的能力。 

2、電力系統常用接地方式

（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，當系統運行中發(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(xiàn)圈接地

         如圖2所示，此系統中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地，中性點(diǎn)與接地點(diǎn)之間串入一個(gè)電感消弧線(xiàn)圈，當發(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(xiàn)圈的電感電流來(lái)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(diǎn)直接接地線(xiàn)路圖

圖2  發(fā)電機中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地線(xiàn)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(guò)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。當出現相對中性點(diǎn)的電流時(shí)，該繞組會(huì )出現非常小的阻抗，因為變壓器每個(gè)鐵芯柱上對的兩個(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，所以系統發(fā)生單相接地故障時(shí)，變壓器對地形成故障電流，從而進(jìn)行故障保護。

（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(guò)電壓倍數不超過(guò)額定相電壓的2.6倍，避免故障擴大。當發(fā)生單相接地故障時(shí)，短路點(diǎn)流過(guò)固定的電阻性電流有利于零序保護動(dòng)作。所以，10kV機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 

        當系統發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)短路點(diǎn)的電流為電容電流，且三相線(xiàn)電壓基本平衡。若單相接地電容電流小于10A時(shí)，允許繼續帶故障運行1-2小時(shí)。 

 

圖3  發(fā)電機中性點(diǎn)經(jīng)接地變壓器接地線(xiàn)路圖

圖4  發(fā)電機中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地線(xiàn)路圖

 

 

二、高壓機組系統接地（6300V~11KV）

 

      這是用以描述發(fā)電機系統與地連接的方式。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(shí)，應用同體導體接地和絕緣。

     高壓發(fā)電機組系統通常把接地保護和差動(dòng)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(guò)熱，故障點(diǎn)產(chǎn)生的電弧使發(fā)電機繞組絕緣損壞，嚴重時(shí)會(huì )導致發(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(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)不接地的三相系統中，當一相發(fā)生接地時(shí)：

（1）未接地兩相的對地電壓升高到√3倍，即等于線(xiàn)電壓，所以，這種系統中，相對地的絕緣水平應根據線(xiàn)電壓來(lái)設計。

（2）各相間的電壓大小和相位仍然不變，三相系統的平衡沒(méi)有遭到破壞，因此可繼續運行一段時(shí)間，這是這種系統的最大優(yōu)點(diǎn)。但不許長(cháng)期接地運行，尤其是發(fā)電機直接供電的電力系統，因為未接地相對地電壓升高到線(xiàn)電壓，一相接地運行時(shí)間過(guò)長(cháng)可能會(huì )造成兩相短路。所以在這種系統中，一般應裝設絕緣監視或接地保護裝置。當發(fā)生單相接地時(shí)能發(fā)出信號，使值班人員迅速采取措施，盡快消除故障。一相接地系統允許繼續運行的時(shí)間，最長(cháng)不得超過(guò)2h。

（3）接地點(diǎn)通過(guò)的電流為電容性的，其大小為原來(lái)相對地電容電流的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間歇性電弧較危險，可能會(huì )引起線(xiàn)路的諧振現象而產(chǎn)生過(guò)電壓，損壞電氣設備或發(fā)展成相間短路。故在這種系統中，若接地電流大于5A時(shí)，發(fā)電機都應裝設動(dòng)作于跳閘的接地保護裝置。

 2、中性點(diǎn)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(gè)高壓真空接觸器，一個(gè)接地系統配置一個(gè)接地電阻柜。通過(guò)控制系統控制高壓真空接觸器，達到運行時(shí)只允許一臺機組接地的目的。同時(shí)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，設定接地電流超過(guò)設定值時(shí)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(shí)，防止產(chǎn)生間歇性弧光接地過(guò)電壓的情況，同時(shí)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)電機并機系統接地電阻一般選58Ω左右）。中阻接地主要用于以電纜為主構成的電網(wǎng)，包括城市電網(wǎng)、發(fā)電廠(chǎng)用電、工礦企業(yè)和公共設施的電網(wǎng)。要求電阻不要太大，以保證繼電保護動(dòng)作的靈敏度；又保證阻值不要太小，避免接地故障電流過(guò)大，出現一些低值接地方式存在的問(wèn)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)機的電網(wǎng)，單相接地電流比較大。

 

圖5  發(fā)電機中性點(diǎn)不接地電路圖

圖6  發(fā)電機中性點(diǎn)不接地相量圖

 

 

三、低壓機組設備接地（220V~400V）

 

      發(fā)電機的中性點(diǎn)接地方式與定子接地保護的夠成密切相關(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(guò)電壓等問(wèn)題有關(guān)，綜合考慮單相接地電流、過(guò)電壓和接地保護的構成等因素，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(xiàn)圈接地。

　　目前，在大機組上，中性點(diǎn)有采用經(jīng)消弧線(xiàn)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(guò)電壓倍數，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(xiàn)圈接地方式需考慮因素較多，選擇合適的補償度和消弧線(xiàn)圈參數較困難。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(xiàn)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致中性點(diǎn)電壓長(cháng)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（木文中保護性導體的含義是指閉路的裝置）

      在安裝時(shí)保護性異體把下列設備連接起來(lái)：

（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，但可能由于電容效，相互影響的導體。

（3） 主要的電路節點(diǎn)。

（4） 接地電極。

（5）供給源的接地點(diǎn)。

（6）節點(diǎn)異體是用來(lái)防止接地金屬物與其它設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格帶來(lái)的危險。它可以使由于電流沖擊帶來(lái)的損失降到最低限度。

 

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