Jordfejl i ujordede systemer (risici og afsløring)

Hvor anvendes ujordede systemer

Uregulerede systemer er strømforsyninger med nrmed vilje anvendt jordforbindelse. Imidlertid er de jordet af den naturlige kapacitans af systemet til jorden. Således er fejlstrømniveauet meget lavt, således at udstyrsskade er minimal.

Fangst af jordfejl i ujordede systemer

Det er ikke nødvendigvis vigtigt, at de fejledeOmrådet isoleres hurtigt. Dette er en fordel, og det bruges derfor nogle gange i industrielle anlægssystemer, hvor en høj kontinuitet i service er vigtig for at minimere afbrydelser af dyre produktionsprocesser.

Imidlertid er ujordede systemer underlagt høje og destruktive forbigående overspændinger og er derfor altid potentielle farer for udstyr og personale.

Således anbefales de generelt ikke, selvom de normalt anvendes.

Indhold:

Fejl i ujordede systemer
Transient overvoltages (som en konsekvens)
Grounded-detektionsmetoder til ujordede systemer
1. Tre-spændingstransformatorer
2. Enspændingstransformatorer
Unrounded System - let forklaret (VIDEO)

1. Fejl i ujordede systemer

Fase til jord fejl på et ujordet systemI det væsentlige forskydes den normale afbalancerede spændingstriangel som vist i figur 1. De små strømme, som strømmer gennem seriefaseimpedanserne, vil medføre en meget lille forvrængning af spændingstrianglen, men praktisk talt er det som vist i figur 1b.

Figur 1 - Spændingsskift for en fase-til-jordfejl på et ujordet system: (a) normalbalanceret system; (b) fase en solidt jordet

Et typisk kredsløb er illustreret i figur 2, der viser strømstrømmen.

Sekvensnetværkene er vist i figur 3. De distribuerede kapacitive reaktansværdier x_1C, X_2C, og X_0C er meget store, mens seriens reaktans (eller impedans) værdier x_1S, X_T, X_1L, X_0L og så videre, er relativt meget små. Således praktisk talt X_1C er kortsluttet af X_1S og X_T i det positive-sekvensnetværk og tilsvarende for det negative sekvensnetværk.

Fordi disse serieimpedanser er meget lave, x₁ og X₂ nærmer sig nul i forhold til den store værdi af X_0C.

Figur 3 - Sekvensnet og sammenkoblinger for en fase-til-jordfejl på et ujordet system

Derfor:

jeg₁ = I₂ = I₀ = V_s/X_0C (ligning 1)

jeg_-en = 3I₀ = 3V_s/X_0C (ligning 2)

Denne beregning kan foretages i pr. enhed (pu) eller ampere (A), husker at V_S og alle reaktioner (impedanser) er line-til-neutrale mængder.

De ubundtede fase b og c strømme vil være nul, når de bestemmes ud fra sekvensstrømmene i ligning 1. Dette er korrekt for selve fejlen.

Men i hele systemet er den fordelte kapacitans X_1C og X_2C er faktisk parallelt med seriereaktanserne X_1S, X_T, og så videre, så i systemet jeg₁ og jeg₂ er ikke helt lig med jeg₀. Således_b og jeg_c eksisterer og er små, men de er nødvendige som returveje for jeg_-en fejlstrøm.

Dette er vist i figur 2.

Figur 2 - Fase til jord fejl på et ujordet system

Hvis jeg_-en = -1 pu, derefter jeg_b = 0,577 ∠ + 30 ° og jeg_c = 0,577 ∠-30 °.

I industrielle applikationer, hvor ujordede systemer kan anvendes, X_0C er lige praktisk til X_1C = X_2C og svarer til opladningskapacitansen af transformatorerne, kablerne, motorer, surge-suppressionskondensatorer, lokale generatorer og så videre i det ujordede kredsløbsområde.

Forskellige referencekilder giver tabeller ogkurver for typiske opladningskapacitanser pr. fase af strømsystemets komponenter. I et eksisterende system kan den totale kapacitans bestemmes ved at dividere den målte faseladestrøm i linjen til neutral spænding.

Bemærk, at da der opstår fejl i forskellige dele af det ujordede system, x_0C ændrer sig ikke væsentligt. Fordi serieimpedanserne er ret småTil sammenligning er fejlstrømmene de samme praktisk og uafhængige af fejlstedet. Dette gør det upraktisk for selektive placering af fejl på disse systemer af beskyttelsesrelæerne.

Når en fase-til-jordfejl optræder positivt, øges de uafhængige fase-til-jord spændinger især af √3 (se figur 1b). Således kræver disse systemer line-to-line spændingsisolering.

I det normale afbalancerede system (se figur 1a) V_en = V_ag, V_bn = V_bg, og V_cn = V_cg. Når en jordfejl opstår, er fase-til-neutrale spændinger og fase-til-jord spændingerne helt forskellige.

Det neutralt n eller N er defineret som '' Det punkt, der har det samme potentiale sompunkt for sammenføjning af en gruppe (tre til trefasesystemer) med ensartede ikke-reaktive modstande, hvis de tilsluttes i deres frie ender til de relevante hovedterminaler (faser i elsystemet) (IEEE 100). Dette er n'en vist i figur 1b.

Fra denne figur er spændingsfaldet om den højre trekant:
V_bg - V_bn - V_ng = 0 (ligning 3)

og omkring den venstre trekant: V_cg - V_cn - V_ng = 0 (ligning 4)

Desuden: V_ng + V_en = 0 (ligning 5)

Fra de grundlæggende ligninger,

V_ag + V_bg + V_cg = 3V₀ (ligning 6)
V_en + V_bn + V_cn = 0 (ligning 7)

Subtraherer ligning 7 fra ligning 6 ved at erstatte ligning 3 gennem ligning 5 og med V._ag = 0:

V_ag - V_en + V_bg - V_bn + V_cg - V_cn = 3V₀,
V_ng + V_ng + V_ng = 3V0,
V_ng = V₀ (ligning 8)

Således er det neutrale skift nul-sekvens spænding. I det afbalancerede system i figur la, n = g, V₀ er nul, og der er intet neutralt skift.

Gå tilbage til indholdet ↑

2. Transient overvoltages som følge heraf

Begrænsning af buer efter den aktuelle afbrydelse i bryderen eller i fejlen kan resultere i store destruktive overspændinger i ujordede systemer. Dette fænomen er illustreret i figur 4 nedenfor.

I det kapacitive system fører strømmen tilspænding med næsten 90 °. Når strømmen afbrydes, eller lysbuen slukker ved eller nær dens nulværdi, vil spændingen være ved eller nær den maksimale værdi. Når bryderen er åben, forbliver denne spænding på kondensatoren til henfald ved en tidskonstant for det kapacitive system. I kildesystemet fortsætter det som vist for V_S.

Således er spændingen over den åbne kontakt i en halv cyklus næsten dobbelt så høj som den normale topværdi.

Hvis der opstår en restrik (omskifter lukket i figur 4)Den grundlæggende 1 pu-spænding i det kapacitive system vil skifte til systemspændingen på -1 pu, men på grund af systemets induktans og inerti vil den overskride til en maksimal mulighed for -3 pu.

Figur 4 - Transient overspænding på et ujordet system

Hvis buen går ud igen i nærheden af det nuværende nul (skifter åben), men igen rammer (afbryder lukket) igen, forsøger systemets spænding at skifte til +1 pu, men endnu engang overskridelse, denne gang til et potentielt maksimum på +5 pu.

Dette kunne fortsætte med -7 pu, men i mellemtiden ville systemisoleringen nejTvivl går ned og forårsager en stor fejl. Derfor bør ujordede systemer anvendes med forsigtighed og anvendes ved de lavere spændinger (<13,8 kV), hvor systemets isolationsniveauer er højere.

Hvis dette system anvendes, hurtig opmærksomhed er vigtig for at lokalisere og rette jordfejl. Da fejlstrømmen er meget lav, er det let at ignorere fejlen og fortsætte driften.

Men med fejlen er de andre faseropererer i det væsentlige 1,73 gange den normale jord til spænding. Hvis en isolationsforringelse forårsager den første jordfejl, kan de højere spændinger accelerere nedbrydningen af de ufundede faser for at resultere i en dobbelt linje til jord eller trefaset fejl.

Derefter ville der opstå høje fejlstrømme, hvilket kræver hurtig nedlukning og øjeblikkelig tab af produktion.

I virkeligheden eksisterer der ikke fuldstændig ugrundede systemer. Så snart en fejldetektor er påført ved hjælp af en eller tre spændingstransformere, er systemet jordet gennem høj impedans af disse enheder. Modstanden af relæerne og de tilhørende ballastmodstande hjælper med at begrænse de transiente overspændinger, således at der kun findes meget få tilfælde af overspænding.

Gå tilbage til indholdet ↑

3. Grounded-detektionsmetoder til ujordede systemer

Spænding giver den bedste indikation af en jordfejl, fordi strømmen er meget lav og ændrer sig i grunden ikke med fejlstedet. De to anvendte metoder er vist i figur 5 og figur 6.

Disse indikerer, at der findes en grundfejl, men ikke hvor den er i primærsystemet.

Gå tilbage til indholdet ↑

3.1 Tre-spændingstransformere

Wye-grounded-broken-delta spændingstransformatorforbindelser foretrækkes (se figur 5).

Ballast modstande bruges til at reducere forskydningen af neutral fraenten ubalancerede excitationsveje for spændingstransformatorerne eller fra ferroresonance mellem spændingstransformatorernes og relæernes induktive reaktans og det kapacitive system.

Spændingsfejlsøgning ved hjælp af tre spændingstransformatorer tilsluttet bredformet brudt-delta

Figur 5 - Spændingsfejlsøgning ved hjælp af tre spændingstransformatorer tilsluttet wye-grounded-broken-delta

Spændingen for relæet i figur 5 fra figur 1b er:

V_pq = 3V0 = V_ag + V_bg + V_cg
V_pq = (√3V_LN cos30 °) × 2 = 3V_LN (ligning 9)

Således er spændingen til relæet for en fase til jordfejl på det ujordede system tre gange den line-til-neutrale normale spænding.

Normalt er VT-forholdet af primære V_LN: 69,3 V bruges således, at den maksimale fast jord relæ spænding ville være 3 × 69,3 = 208 V. Da relæet vil blive brugt til at sende alarm, skal dens kontinuerlige spænding være større end eller lig med denne værdi. Ellers er en hjælpestopspændingstransformator skal anvendes.

Figur 5 er forenklet. Normalt vil spændingstransformatoren være Wye-jordet-Wye-jordet og en hjælpewye-jordet-broken-delta-transformer vil blive brugt.

Nogle gange vil hovedspændingstransformatoren haveen dobbelt sekundær, hvoraf den ene kan forbindes til det ødelagte delta. Lamper kan forbindes på tværs af hver brud-delta sekundærvikling for at give visuelle indikationer.

Typiske modstandsdygtige værdier på tværs af sekundærviklingen, der er afledt af erfaring, er vist i tabel 1.

tabel 1 - Typiske modstandsværdier på tværs af sekundærvikling

		Modstand R
		ohm	Watts ved 208V
2.4	2.400: 120	250	175
4.16	4.200: 120	125	350
7.2	7.200: 120	85	510
13.8	14.400: 120	85	510

Gå tilbage til indholdet ↑

3,2 enkeltspændingstransformatorer

Enspændingstransformatoren ifølge figur 6 er specielt udsat for mulig ferroresonans uden tilstrækkelig modstand i sekundæret.

Figur 6 - Spændingsjorddetektering ved brug af enspændingstransformator

Uden denne modstand V_bg er beregnet (ligning 10):

Hvis det distribuerede system kapacitans X_C divideret med transformatorens spændende reaktans X_e svarer til 3, så teoretisk set V_bg er uendelig. Mætning af spændingstransformatoren ville forhindre dette, men det er helt muligt for spændingstrekant abc at have sin grund punkt godt uden for denne trekant.

Dette kaldes '' neutral inversion '', som illustreret i figur 7.

Fasordiagram som illustrerer neutral inversion med opladet spændingstransformator forbundet til fase b

Figur 7 - Fasordiagram som illustrerer neutral inversion med loset spændingstransformator forbundet til fase b som vist i figur 6. Eksempel med Xc = -j3
og Xe = j2. Alle værdier i pr. Enhed.

I dette tilfælde er forholdet X_C/ X_e er derfor 1,5, i ligning 10 ovenfor, V_bg = 2,0 pu som vist i figur 7. For enkelhed er det ikke sikkert, at modstanden hverken i systemet eller på tværs af spændingstransformatoren sekundært erassaseret.

Vedvarende fase-til-jord spænding næsten fire gange højere er blevet oplevet. Også vekselvirkningen af variablentransformator-spændende impedans med systemkapacitans kan producere ferroresonance med meget høje og forvrængede bølgeformer. Denne applikation af den enkelte VT anbefales ikke, men hvis det sekundære system skal anvendes, skal det være forsynet med modstand.

Denne markdetektering skal bruges med forsigtighed for at undgå '' neutral '' inversion og ferroresonance, som beskrevet ovenfor. Spændingsrelæet er indstillet til at holde sine kontakter holdt åbne for den normale sekundære spænding fra jord til jord.

Når der opstår en jordfejl på fase b,spændingen falder sammen og spændingsrelæet nulstilles for at lukke underspændingskontakterne. Hvis en fase a eller c jordfejl opstår, øges relæspændingen med ca. 1,73 V for at få relæet til at fungere på overspænding.

Hverken underspænding eller overspændingsfunktion slukkes normalt for at advare operatørerne om en jordfejl så de kan arrangere en ordnet eller praktisk afbrydelse.

Gå tilbage til indholdet ↑

4. Omrundet system - let forklaret (VIDEO)

Denne videoserie består af tre klip - enforklarer fordelene ved et it-system, den anden beskriver, hvad der sker i et it-system i tilfælde af en isolationsfejl, og den sidste forklarer, hvordan man finder en isolationsfejl.

Del 1 - Fordelene ved et ujordet system

Del 2 - Hvad sker der i tilfælde af en isolationsfejl?

Del 3 - Hvordan finder du jordfejl i de ujordede systemer?

Gå tilbage til indholdet ↑

Kilde // Protective Relaying Principles and Applications af J. Lewis Blackburn og Thomas J. Domin (Køb indbundet fra Amazon)

Lignende artikler:

10 ubalance detekteringsordninger til fjernelse af mislykket kondensatorbank fra systemet

Hvornår skal man bruge et solidt jordet system?

Ubalance beskyttelse af jordede og ujordede wye shunt kondensator banker

Jordforbindelse transformator - Voltages under en jordfejl

Hvad ville være den værste type trefasede fejl (og hvorfor det sker)

Når du jordet omrundet system med jordforbindelse transformer

En oversigt over jordingssystemer (omkranset)

Hvad er jordforbindelse og hvorfor har vi jordet systemet og udstyret?

Typer af neutral jordforbindelse i strømfordeling (del 1)

Kommentarer: