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康明斯柴油发电机电气系统的线路连接 |
摘要：柴油发电机的供电设计是电气设计的一个重要组成部分，其设计方案的优劣将直接影响整个供配电系统的可靠性、稳定性、经济性。市场需要康明斯技术工程师提供满足客户需要的成熟可靠，操作安全，维修方便的配电系统。康明斯公司就以往施工案例中一些工程经验积累，总结了几种典型的柴油发电机供电接线方案，在此同大家一起探讨。
自备电源分为应急电源和备用电源。应急电源是为了人身安全以及避免造成重大损失或重大社会影响而设置的电源，其特点是满足人员疏散和灭火等要求，供电时间较短。备用电源是正常电源中断时，出于非安全原因，用于维持向用电设备供电的电源，其特点是满足生产和经营等需求，供电时间长，非安全因素。自备电源有多种形式，其中被广泛应用的是配置柴油发电机组，那么柴油发电机供电设计的合理性就显得非常重要了。柴油发电机作为一种自备电源主要的解决方案，其容量应按应急电源或备用电源负荷较大者选择。正确地选择柴油发电机供电方案就成了关乎整个供电系统设计是否具有合理性、可靠性、安全性等很重要的一个方面。
一、市电与附件设备的连接
市电可为发电机组上的一些关键电器装置提供电能，如蓄电池充电器、发电机组预热装置（水套加热器、机油加热器）等。
1、加热器
在气温较低或寒冷的环境中，最好使用发电机组预热器，以便在需要发电机组工作时能够快速起动。预热功率较大时，要用市电做为电源，发电机组起动前，把预热器上的接线端子连接到市电，打开电源开关，预热器开始工作，当发动机机体的温度达到设定值或发电机组启动后，预热器自动停止加热。
2、充电方式
当发电机组工作正常发电时，发电机组为蓄电池进行充电及浮充充电；当发电机组停机时，市电为蓄电池进行充电及浮充充电；利用浮充电源模块和两种供电方式的切换可对蓄电池充电过程、充电电流进行最优控制，进而延长了蓄电池使用寿命。
（1）市电浮充
在发电机组停止工作期间，蓄电池的电能会逐渐减弱，当弱到一定程度，发动机将很难起动。为使发电机组保持正常使用性能，需要及时为蓄电池充电（通常夏天每个月要充一次电，冬天每两个月充一次电），用户可通过连接好的ATS设备充电，也可把市电接到控制柜中市电浮充器的接线端子进行充电。
（2）原配充电机
发电机组为了实现机组对蓄电池的充电功能，机组要安装充电机，发电机组运转时，发动机借助皮带传动机构驱动充电机运转，外部激磁后，充电机发电输出交流电压，通过充电机内置的整流调压模块输出直流电压(参见图1)，进而为蓄电池充电。
3、蓄电池连接
起动时旋动开关钥匙，如指示灯亮，说明电瓶有电，然后启动马达接通电流，柴油发电机即能起动，启动系统接线如图2所示。如一次起动不能成功，必须等待电枢完全静止后再做二次起动，每次起动时间不超过5秒，二次间隔不应小于2分钟。
（1）当蓄电池容量不足时，其充电电流会很大，无限流措施，而电流过大容易造成蓄电池铅酸盐化、发热以及失水现象；
（2）当蓄电池容量充满，浮充偏高，补充电流偏大，也会加剧蓄电池正极板的腐蚀，造成蓄电池排气频繁以及失水、温度高的现象。
这两种情况轻则缩短蓄电池使用寿命，重则蓄电池出现热失控造成蓄电池槽变形臌胀，以至电池失效。总之，充电发电机无法对蓄电池充电过程、充电电流进行最优控制以延长蓄电池使用寿命。
（3）当发电机组需要运输或长期存放时，应断开蓄电池的负极电缆线，在发电机组工作前再连接好。
不能把电池投入火中，否则电池会爆炸。如果电池发生爆炸，电解液会喷射到各个方向。电池的电解液有腐蚀性，喷到人体后，会引起烧伤，甚至造成失明。如果人身或眼睛接触到这种电解液，要立即用水冲洗，并寻求医疗救助。
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图1 柴油发电机组充电机电路连接图 |
图2 柴油机蓄电池与启动系统接线图 |
二、负载连接
1、选择负载电缆线
柴油发电机组与市电低压柜之间的连接电缆，单相采用一根火线+一根零线+两根信号线（如图3所示）；三相采用3+1或3+2电力电线，信号线另外配置。
（1）电缆线选择必须配合发电机组输出的电压和电流，直径大小和长度要合适，另外要考虑两点：
① 电缆线的容许电流大小，柴油发电机组和负载间的距离。
② 选择时要考虑电缆线中会有电能损耗，通常在发电机组和负载间最大会有5%的电压降。
（2）如果负载电流超过电缆线的容许值，电缆线将产生过热现象，并会烧坏。
（3）如果电缆线太长或太细，将会产生很大的电压降，从而降低输入到负载上的电压值，是负载不能正常工作。
2、连接负载
（1）在发电机组的控制柜（或开关柜）中配置了负载接线柱，用户可直接把负载电缆线连接到对应的接线柱上，用户扳手拧紧螺栓。注意各相线，零线和接地线要一一对应，不能错接。
（2）连接时，要保证各相负载的平衡性，不能让一相的负载远远超过另一相，否则会造成交流发电机的线圈过热；相与相之间的不平衡还有可能损坏用电设备。
（3）电缆线要安放在管道或线槽中，注意不能把线槽固定在发电机组上，另外，不能把直流和交流的电缆放在同一个管道或线槽中。
（4）负载电缆线连接必须由持上岗操作证的专业电工实施，请参照图1的负载接线框图。
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图3 柴油发电机连接电缆截面结构 |
图4 柴油发电机组负载连接框架图 |
三、控制器与接地连接
以下是发电机组控制器的基本接线方法（如图5所示），具体接线方法还需根据实际情况进行调整。在接线前，一定要仔细阅读控制器的使用说明书，确保接线正确无误。
1、 电源接线
将发电机组的电源线连接到控制器的电源输入端，注意接线时要保证电源的极性正确。
2、发电机接线
将发电机组的输出线连接到控制器的发电机输入端，注意接线时要保证发电机的极性正确。3. 电池接线：将电池的正负极分别连接到控制器的电池正负极输入端。
4、负载接线
将负载的正负极分别连接到控制器的负载正负极输出端。
5、传感器接线
将发电机组的传感器线连接到控制器的传感器输入端，注意接线时要保证传感器的极性正确。
6、通讯接线
将控制器的通讯线连接到计算机或其他设备的通讯端口。
7、接地连线
康明斯柴油发电机组的电器元件必须都要接地，其接地电路如图6所示。如果金属部分是直接裸露的，或保护套出现破损露出金属，都可能引起带电，并对操作人员造成电击。
康明斯柴油发电机组内的所有电器和康明斯柴油发电机组本身都分别配置了接地端子，用户使用前，需要把接地螺栓连接到接地角钢上，然后把该角钢插入大地。与接地角钢连接时，所使用导线的最小横截面积是16mm2，接地用的角钢最好是镀锌的，角钢大小为5号，下面制成尖角，以便插入地面。
（1）如果电器元件的接地线断开或连接错误，康明斯柴油发电机组运行时，将会产生漏电，电流会直接传进人体，会对操作人员造成极大的危险。
（2）所有负载也要做好接地连接。
（3）所有接地连接工作应该在康明斯柴油发电机组起动前进行。
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图3 柴油发电机组控制器接线端子示意图 |
图4 柴油发电机中线点接地方式 |
三、 ATS连接
ATS即自动转换开关电器，主要用于在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动切换至另一个（备用）电源，以确保重要负荷连续、可靠运行。发电机组控制系统配置了自动转换开关连接接口，即ATS控制线连接接口，如果用户配备了ATS设备，就可以连接到发电机组，在市电和发电机组之间转换电源。
1、连接操作方法
（1）把配套插头的两端分别插进发电机组和ATS柜上的相应连接接口。
（2）连接发电机组上的输出接线柱与ATS柜中对应的接线柱。
（3）连接市电与ATS柜中对应的接线柱。
（4）把负载连接到ATS的负载接线柱上。
○ ATS连接要在发电机组运行前操作。
○ 连接时，每个相线、零线和接地线要一一对应。
如果已连接好ATS设备，发电机组运行时，打开ATS柜上的开关，控制系统会从ATS连接接口监控市电信号。假如市电正常，控制模块会给ATS连接接口信号，然后通过ATS设备把负载电源自动转换到市电，而发电机组会自动停机。相反地，如果控制系统检测到市电不正常，如过电压、低电压、过频或低频等，那么ATS设备会把电源转换到发电机组，使它自动运行，并为负载供电。
2、ATS设备的安装位置
（1）ATS设备要安装在室内，并靠近发电机组和市电的主开关。
（2）安装处要清洁、干燥，通风条件良好，设备周围要有足够的操作空间。
（3）安装处的环境温度不能高于40℃，否则易损坏设备内部的保险丝和断路器等电气元件。
（4）不能把控制系统的各种电缆线放置在同一个管道内。
（5）电缆线、绝缘保护套的尺寸要符合国家标准。
（6）安装处要保证不会有水进入，并且不能有可燃性气体或液体。
（7）如果ATS设备安装在室外，周围必须要有保护措施。
（8）不能把ATS设备放在发电机组上。
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