روشهای زمین کردن ژنراتور

زمین کردن ژنراتورها توسط یک امپدانس خارجی امری اجتناب ناپذیر است. که در مورد تمام ژنراتورها این امر باید صورت بگیرد.  هدف از این کار نیز کاهش تنش مکانیکی و خسارات ناشی از خطاها و کاهش ولتاژ گذرا که در حین ایجاد خطا در ماشین ایجاد شده می باشد.

روشهایی که اغلب برای زمین کردن بکار میرود عبارتند از :

·        زمین کردن با امپدانس بالا

·        زمین کردن با مقاومت کم

·        زمین کردن توسط راکتانس

·        زمین کردن توسط ترانسفورماتور زمین

زمین کردن مستقیم نقطه نوترال ژنراتور ممکن است در تنشهای بالای مکانیکی و ایجاد خطا در ژنراتور موجب ایجاد عیب و خسارات در ماشین شود.

1- زمین کردن با امپدانس بالا:

دو گونه اتصال به زمین توسط امپدانس بالا که امروزه مورد استفاده بیشتر دارند در زیر توضیح داده شده است.

1-1 زمین کردن با مقاومت بالا :

در این روش ترانسفورماتور توزیع بین نقطه نوترال ژنراتور و زمین متصل شده است که مقاومت در ثانویه ترانسفورماتور قرار دارد. میزان ولتاژ اولیه ترانسفورماتور معمولا مساوی یا بزرگتر از میزان ولتاژ خط به نوترال ژنراتور در نظر گرفته می شود. در حالیکه ولتاژ سیم پیچی ثانویه 120v یا 240v می باشد. مقاومت ثانویه برحسب  خطاهای تک فاز با زمین در ژنراتور انتخاب می شود. قدرت محاسبه شده در مقاومت مساوی یا بزرگتر از سه برابر خاصیت خازنی بر حسب KVA ژنراتور نسبت به زمین و همینطور برای سایر تجهیزاتی که به ترمینالهای ماشین ممکن است متصل شونددر نظر گرفته می شود. با این مقدار مقاومت اضافه ولتاژ گذرا در طول خطا در میزان و حد مناسبی قرار می گیرد. این ساختار به عنوان زمین کردن با مقاومت بالا شناخته می شود. برا ی خطاهای تک فاز با زمین در ترمینالهای ماشین جریان خطای اولیه در محدوده ای بین A3 تا A25  قرار می گیرد. در صورت امکان برای محدود کردن جریان خطاهای زمین می توان از فیوزهایی در اولیه ترانفسورماتورهای ولتاژ که بصورت ستاره – ستاره و نقطه نوتروان زمین شده هستند استفاده کرد.

البته باید توجه داشت که این ترانسفورماتورهای توزیع با فیوزهای داخلی یا کلیدهای قدرت نباید بکار روند.

در برخی موارد ترانسفورماتورهای توزیع حذف شده و به جای آن یک مقاومت با مقدار بالا بین زمین و نقطه نوترال ژنراتور متصل می شود.

مقدار مقاومت به نحوی انتخاب می شود که جریان تولیدی در خطای زمین در محدوده3-25A قرار گیرد. وقتی این روش در اروپا بکار می رود، اندازه فیزیکی مقاومت سطح عایقی مقاومت و قیمت مقاومت باعث استفاده از این روش می شود.

2-1 زمین کردن نقطه صفر توسط راکتور اندوکتیو تنظیم شده در خطاهای زمین :

در این روش زمین کردن ، نوع ترانسفورماتور توزیع همانند روش قبل انتخاب شده و در ثانویه آن به جای مقاومت از خازن تنظیم پذیر استفاده می شود.

خاصیت اهمی خازن به این صورت تعیین می شود که وقتی که خازن به اولیه ترانفسورماتور انتقال داده می شود. راکتانس آن مساوی با0/33 راکتانس خازنی ژنراتور و تمام ابزار متصل به ترمینال ژنراتور و همینطور سیم پیچهای با اتصال مثلث ترانسفورماتور قدرت در نظرگرفته  می شود.

این نحوه زمین کردن جریان خطاهای تک فاز با زمین را به اندازه 1^A و یا  کمتر  می رساند.

و واضح است که این جریان ناچیز نمی تواند قوس تولید کند و یا باعث خراب شدن آهن استانور شود. این نوع زمین کردن در تمام سیستمها با اتصال unit  می تواند مورد استفاده قرارگیرد.

پس این روش قابلیت اطمینان بالاتری از روش قبل دارد. برای مثال مقدار امپدانس خطای محاسبه شده یک واحد اتمی 975^MVA  که به این صورت زمین شده است برابر 3574000 اهم می باشد. و جریان خطای استاتور برای واحد اتمی 975^MVAبرابر 0.45A است. برای همین واحد که با روش قبل  زمین شده است مقدار ماکزیمم امپدانس برابر 66900 اهم است.

2- زمین کردن با مقاومت کم :

در این روش مقاومت مستقیما بین نقطه نوترال ژنراتور و زمین متصل می شود. در کل مقاومت زمین برای محدود کردن جریان خطاهای تک فاز با زمین بر روی ترمینالهای ژنراتور در محدوده  زیر 200A تا 150٪ جریان بار کامل انتخاب می شود.

این روش زمین کردن معمولا در جاهایی که دو ژنراتور به صورت موازی به باس وصل هستند و هر دو دارای یک ترانسفورماتور هستند استفاده می شود.

و یا در جاهایی کاربرد دارد که ژنراتور مستقیما به سیستم توزیعی که با امپدانس کم زمین شده متصل است.

3- زمین کردن توسط راکتانس :

در این روش از یک راکتانس اندوکتیو بین نقطه نوترال ژنراتور و زمین استفاده می شود.

این روش زمین کردن باعث می شود که جریان خطاهای تک فاز با  زمین در حدود 25٪ تا 100٪ جریان خطاهای سه فاز قرار بگیرد. این روش زمین کردن معمولا جاهایی استفاده می شود که ژنراتور مستقیما به سیستم توزیع که مستقیما زمین شده است متصل باشد.

4- زمین کردن توسط ترانسفورماتور زمین

در این روش از یک ترانسفورماتور زمین که به ترمینالهای ماشین و یا شین ژنراتور متصل است استفاده می شود. در این روش ممکن است از یک ترانس با اتصال زیگ زاگ و یا یک ترانسفورمر زمین با اتصال ستاره – ثلث  استفاده شود. و یا از یک ترانسفمورماتوزمین با اتصال ستاره – مثلث باز با یک مقاومت متصل در گوشه مثلث باز استفاده شود. وقتی که ترانسفورمر زیگ زاگ و یا ستاره – مثلث  بکار می رود.

امپدانس موثر زمین بصورتی انتخاب میشود که جریان کافی برای رله های زمین را فراهم کند نوع سوم این اتصال در واقع همان زمین کردن توسط راکتانس بالا می باشد. و مقدار مقاومت نیز باید به همان صورت که مقدار مقاومت ثانویه ترانسفورماتورهای توزیع انتخاب می شود تعیین گردد.

این نحوه زمین کردن جریان خطای تکفاز با زمین را در حدود3-25 آمپر اولیه محدود می کند.

برای ژنراتورهایی که نقطه نوترالشان توسط یک راکتور زمین شده و مستقیما به سیستم توزیع متصل شده اند می توان از ترانسفورمرهای زمین با اتصال زیگ زاگ یا ستاره – مثلث به عنوان یک منبع متناوب زمینی استفاده کرد. از این روش در ژنراتورهای با اتصال ستاره زمین نشده و یا مثلث استفاده می شود. ترانسفورماتورهایی که دارای اتصال ستاره – مثلث  باز با یک مقاومت در گوشه مثلث باز  هستند می توانند در حفاظت خطاهای زمین ژنراتورهایی که دارای اتصال ستاره زمین نشده و یا مثلث باز هستند استفاده شوند.

منبع: mohammadrezapasandideh.persianblog.ir