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使用说明书 |
柴油发电机组的地线要求及接地方式 |
摘要：伴随着经济的飞速发展，国内用电设备容量不断扩大，作为备用电源的柴油发电机组的容量也随之不断增大，有时甚至需要多台大功率柴油发电机组并联才能满足使用要求。特别是近年来数据中心项目激增，柴油发电机组电压也由常见的400V增至为10.5KV。康明斯公司在在本文简要介绍低压400V和高压10KV柴油发电机组中性点接地的几种方式。
一、地线要求及接地方式
一个负责任柴油发电机厂家所生产的有效系统应该确保在任何时候突然的断电对人身安全和操作人员的健康没有危险。
1、良好的接地因素
（1）有较低的电阻，防1h雷击和短路。
（2） 重复带动大电流的能力。
（3）在安装过程中不作任何改变可以完成所需功能的能力。
2、电力系统常用接地方式
（1）中性点直接接地
如图1所示，即是将中性点直接接入大地，当系统运行中发生单相接地故障时，就形成单相接地短路，其接地电流非常大，使断路器跳闸切除故障。
（2）中性点经消弧线圈接地
如图2所示，此系统中性点经消弧线圈接地，中性点与接地点之间串入一个电感消弧线圈，当发生单相接地，其接地电流大于30A，产生的电弧不能自动熄灭，为此，利用消弧线圈的电感电流来抵消电容电流，限制单相接地故障的短路电流。
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图1 发电机中性点直接接地线路图 |
图2 发电机中性点经消弧线圈接地线路图 |
（3）中性点经接地变压器接地
如图3所示。变压器通过三相平衡负载，流通的电流仅是励磁电流，因而显示出高阻抗的作用。当出现相对中性点的电流时，该绕组会出现非常小的阻抗，因为变压器每个铁芯柱上对的两个绕组进行反极性串联，铁芯柱上所产生的磁通相互抵消了，所以系统发生单相接地故障时，变压器对地形成故障电流，从而进行故障保护。
（4）中性点经电阻器接地
如图4所示。 高压交流电力系统中性点高电阻接地，中性点与接地点之间串入一个较大的电阻，可以抑制单相接地故障时健全相的过电压倍数不超过额定相电压的2.6倍，避免故障扩大。当发生单相接地故障时，短路点流过固定的电阻性电流有利于零序保护动作。所以，10kV机组的接地方式宜采用中性点经电阻接地或不接地方式。
（5）中性点不接地系统
当系统发生单相接地故障时，流过短路点的电流为电容电流，且三相线电压基本平衡。若单相接地电容电流小于10A时，允许继续带故障运行1-2小时。
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图3 发电机中性点经接地变压器接地线路图 |
图4 发电机中性点经电阻器接地线路图 |
二、高压机组系统接地（6300V~11KV）
这是用以描述发电机系统与地连接的方式。安装不仅有一般的与地的连接，还有例如海上的非接地的安装。HV型机组在陆地上使用时，应用同体导体接地和绝缘。
高压发电机组系统通常把接地保护和差动保护作为最基本的保护，由于柴油发电机组的电压相对较高，对绕组的绝缘要求也非常高，当定子绕组发生两相和三相相间短路时，将产生很大的短路电流，造成绕组过热，故障点产生的电弧使发电机绕组绝缘损坏，严重时会导致发电机起火，因此高压发电机组的接地保护是非常必要的，接地保护主要与中性点接地方式有关，接地方式的选择则与电网发生单相接地故障流经故障点的电容电流有关，10kV柴油发电机组中性点接地方式主要有2种。
1、中性点不接地方式
其电路图如图5所示，相量图如图6所示。中性点不接地的三相系统中，当一相发生接地时：
（1）未接地两相的对地电压升高到√3倍，即等于线电压，所以，这种系统中，相对地的绝缘水平应根据线电压来设计。
（2）各相间的电压大小和相位仍然不变，三相系统的平衡没有遭到破坏，因此可继续运行一段时间，这是这种系统的最大优点。但不许长期接地运行，尤其是发电机直接供电的电力系统，因为未接地相对地电压升高到线电压，一相接地运行时间过长可能会造成两相短路。所以在这种系统中，一般应装设绝缘监视或接地保护装置。当发生单相接地时能发出信号，使值班人员迅速采取措施，尽快消除故障。一相接地系统允许继续运行的时间，最长不得超过2h。
（3）接地点通过的电流为电容性的，其大小为原来相对地电容电流的3倍，这种电容电流不容易熄灭，可能会在接地点引起弧光间隙，周期性的熄灭和重新发生电弧。弧光接地的持续间歇性电弧较危险，可能会引起线路的谐振现象而产生过电压，损坏电气设备或发展成相间短路。故在这种系统中，若接地电流大于5A时，发电机都应装设动作于跳闸的接地保护装置。
2、中性点经电阻接地方式
（1）单台柴油发电机组经电阻接地；
（2）两台及以上柴油发电机组经电阻接地：
每台发电机组配置一个高压真空接触器，一个接地系统配置一个接地电阻柜。通过控制系统控制高压真空接触器，达到运行时只允许一台机组接地的目的。同时在接地电阻柜配置电流互感器（CT）测量接地电流，并采用接地故障继电器，设定接地电流超过设定值时发出接地故障信号。
3、电阻接地阻值范围
（1）高阻接地
高阻＞500Ω，接地故障电流＜10-15A；高阻接地的目的主要是发电机定子绕组在单相接地故障时，防止产生间歇性弧光接地过电压的情况，同时还要尽量降低接地故障电流对铁芯的灼伤程度。
（2）中阻接地
中阻为10~500Ω，15A＜接地故障电流＜600A；（目前10KV发电机并机系统接地电阻一般选58Ω左右）。中阻接地主要用于以电缆为主构成的电网，包括城市电网、发电厂用电、工矿企业和公共设施的电网。要求电阻不要太大，以保证继电保护动作的灵敏度；又保证阻值不要太小，避免接地故障电流过大，出现一些低值接地方式存在的问题。
（3）低阻接地
低阻＜10Ω，接地故障电流＞600A。低阻接地仅用于接有大量高压电动机的电网，单相接地电流比较大。
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图5 发电机中性点不接地电路图 |
图6 发电机中性点不接地相量图 |
三、低压机组设备接地（220V~400V）
发电机的中性点接地方式与定子接地保护的够成密切相关，同时中性点接地方式还与单行接地故障电流、定子绕组过电压等问题有关，综合考虑单相接地电流、过电压和接地保护的构成等因素，选择最佳中性点接地方式。图7为400V三相电压接地电路，图8为220V单相电压接地电路。
1、发电机中性点接地方式
（1）中性点不接地或经单相电压互感器接地；
（2）中性点经配电变压器高阻接地；
（3）中性点经消弧线圈接地。
目前，在大机组上，中性点有采用经消弧线圈接地，也有采用经配电变压器高阻接地。其目的是降低动态过电压倍数，是单相接地故障电流小些，提高定子接地保护的灵敏度。消弧线圈接地方式需考虑因素较多，选择合适的补偿度和消弧线圈参数较困难。如果片面追求减少接地电流，而选用较小的脱谐度和较大的消弧线圈品质因素势必造成因发电机三相对地电容不平衡而导致中性点电压长期有较大偏移。
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图7 低压400V柴油发电机组接地电路图 |
图8 低压220V汽油发电机组接地电路图 |
2、与地连接的方法（木文中保护性导体的含义是指闭路的装置）
在安装时保护性异体把下列设备连接起来：
（1）暴露的不带电但可能会带电的异体。
（2）小能形成电器系统，但可能由于电容效，相互影响的导体。
（3） 主要的电路节点。
（4） 接地电极。
（5）供给源的接地点。
（6）节点异体是用来防止接地金属物与其它设备如水气管道之间存在的潜在的危险。这种"法能够避免由于异体与其他金属物体距离太近对电器设格带来的危险。它可以使由于电流冲击带来的损失降到最低限度。
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