theme wordpress
بانک خازنیحفاظت و رله

چرا بانک خازنی نباید زمین شود

 

معرفی

آیا بانک های خازنی ولتاژ متوسط ​​در سیستم های صنعتی و تجاری باید زمین شوند؟ این سؤال اغلب بوجود می آید، و معمولا جواب به دلایل زیر نه می باشد:

  • بانک های خازن زمین شده می توانند با یک سیستم حفاظت خطای زمین یک دستگاه تداخل داشته و باعث شوند که کل تجهیز بی برق شود (تریپ کلید اصلی).
  • جریان های هارمونیک در مسیر زمین باعث ایجاد تداخل هارمونیکی با سیستم های کنترل و ارتباطات می شود.
  • جریان های تخلیه خازن ممکن است باعث آسیب رسیدن به برق گیر های نزدیک شود.

مقالات مرتبط:

هارمونیک ها چگونه بر عملکرد موتورها و ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خازن ها و غیره تأثیر مخرب می گذارند

هارمونیک چیست و چگونه آنها را فیلتر و از سیستم حذف کنیم؟

تاثیر ضریب توان منفی در سیستم ژنراتور دیتاسنترها

تداخل با یک سیستم حفاظت از خطای زمین، دلیل اصلی عدم زمین کردن یک بانک خازنی یا یک فیلتر هارمونیک است. اگر چه این تداخل را می توان از طریق اصلاح سیستم،  کاهش یا حذف کرد، ممکن است نیاز به تجزیه و تحلیل برای هماهنگی در رله های حفاظتی، تغییرات رله و / یا تغییر مقاومت زمین داشته باشد. این هزینه و پیچیدگی را به تاسیسات برق اضافه می کند و ممکن است حساسیت سیستم حفاظت خطای زمین را کاهش دهد. این مقاله توصیف می کند که چگونه یک بانک خازنی زمین شده می تواند با یک سیستم حفاظت خطای زمین تداخل ایجاد کند و پیشنهاد می کند که تمام بانک های اعمال شده در سیستم های صنعتی و تجاری بدون زمین باقی بمانند.

 

شکل 1 – تاسیسات صنعتی معمولی نشان دهنده سیستم حفاظت خطای زمین، خازن آسیب دیده و مسیر جریان خطا برای یک خازن آسیب دیده.

شکل 1 - تاسیسات صنعتی معمولی نشان دهنده سیستم حفاظت خطای زمین، خازن آسیب دیده و مسیر جریان خطا برای یک خازن آسیب دیده.
شکل 1 – تاسیسات صنعتی معمولی نشان دهنده سیستم حفاظت خطای زمین، خازن آسیب دیده و مسیر جریان خطا برای یک خازن آسیب دیده.

زمینه

 

به طور کلی، بیشتر تاسیسات صنعتی با ولتاژ 2.4 کیلو ولت تا 13.8 کیلو ولت ، از طریق یک مقاومت زمین می شوند، که در شکل 1 نشان داده شده است. سیستم ها با مقاومت زمین می شوند تا جریان خطا کاهش یافته و آسیب های قوس در طول خطای خط به زمین کاهش پیدا کند. این به ویژه برای سیستم های با موتورهای متصل به طور مستقیم درست است. مقاومت زمین معمولا دارای مقدار نامی بر اساس مقدار جریان قابل تحمل در 10 ثانیه است(مقدار نامی دائم کار و 60 ثانیه نیز وجود دارد) که تقریبا برابر با جريان زمینی است که اگر یک خطای خط به زمین رخ دهد این جریان ایجاد می شود. جریان دائم نامی یک مقاومت 10 ثانیه بسیار کمتر از مقدار نامی 10 ثانیه آن مقاومت است. برای مثال، یک مقاومت 200 آمپر 10 ثانيه ممکن است دارای مقدار دائم 50 آمپر باشد. به همین دلیل، رله خطای زمین، 51G، معمولا در حدود 10 درصد از مقدار نامی مقاومت یا 20 آمپر قرار تنظیم می شود تا پیک آپ کند. این مقاومت را از یک خطای فیدر پاک نشده و دیگر شرایط  سیستم که ممکن است به مقاومت آسیب برساند محافظت می کند.

شکل 2 – طرح هماهنگی جریان در سیستم نشان داده شده در شکل 1

شکل 2 - طرح هماهنگی جریان در سیستم نشان داده شده در شکل 1
شکل 2 – طرح هماهنگی جریان در سیستم نشان داده شده در شکل 1

 

مقالات مرتبط:

واحدها و سیستم های حفاظت الکتریکی

مقدار نامی بهینه مقاومت زمین (NGR) در ولتاژ متوسط در نیروگاه های تولید توان

سیستم های زمین شده با مقاومت

شکل 1 نشان می دهد که چگونه یک بانک خازنی زمین شده می تواند با سیستم حفاظت خطای زمین تداخل ایجاد کند. نگرانی اصلی هنگامی رخ می دهد که یک خازن مشکل پیدا کند همانطور که در شکل 1 توسط “X” نشان داده شده است. از آنجایی که خازن های ولتاژ متوسط ​​اتصال کوتاه شده اند، یک خازن خطا دار مانند اعمال یک خطای خط به زمین بر روی سیستم برق است. از آنجاییکه سیستم از طریق مقاومت 200 آمپر زمین شده است، تقریبا 200 آمپر جریان خطا از مقاومت جریان می یابد. این 200 آمپر جریان در مقاومت زمین توسط رله خطای زمین (51G) تشخیص داده شده و رله پیکاپ خواهد کرد زیرا پیکاپ این رله در حدود 10٪ از مقدار نامی مقاومت تنظیم شده است. این امر موجب می شود که کلید اصلی سیستم عمل و تریپ کند، که باعث توقف کارخانه و احتمالا زیان عمده اقتصادی شود.

 

ممکن است فکر کنید که فیوز خازنی 40 آمپر قبل از قطع شدن کلید اصلی بسوزد و مدار را قطع کند اما همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است این گونه نیست. در واقع، یک مقاومت در حدود ۵۰۰ آمپر نیاز است تا اینکه هماهنگی بین فیوز 40 آمپر خازن و رله حفاظت اصلی خطای زمین به وجود بیاید. برای خازن های بزرگتر با فیوزهای بزرگتر، محدودیت هماهنگی (یا مقدار مقاومت) حتی بالاتر خواهد بود، در حدود 1400 آمپر برای یک خازن 500 کیلو ولت آمپ راکتیو .

 

برای بد تر کردن وضعیت، دلیل باز شدن کلید برق اصلی آشکار نمی شود، مگر اینکه بانک به سیستم تشخیص عدم تعادل(Unbalance Detection) به اندازه کافی سریع مجهز باشد (کلید های اصلی تریپ می کنند و قبل از عملکرد فیوز خازن عمل می کنند) که دارای یک نشان دهنده ی مکانیکی یا کنتاکت قفل شونده است. پس از انرژی مجدد سیستم، کلید اصلی دوباره تریپ  خواهد کرد. این تا زمانی که فیوز خازنی منفجر شود تکرار خواهد شد.

 

حتی پس از این که فیوز خازن بسوزد، هنوز هم احتمال قوی وجود دارد که سیستم را نمی توان به صورت آنلاین آورد. این ممکن است به دلیل عدم تعادل در بانک خازنی باشد. برای سیستم در شکل 1 جریان نامتعادلی برای سوختن فیوز تقریبا 26 آمپر است، به اندازه کافی برای برای تریپ رله خطای زمین کلید اصلی

 

اگر بانک به یک سیستم تشخیص عدم تعادل مجهز شده باشد، علت تریپ کردن کلید اصلی ممکن است کشف شود، اما هنوز مشخص کردن خازن آسیب دیده می تواند مشکل باشد. این به این دلیل است که کلید  اصلی قبل از اینکه فیوز مجاز به ذوب شدن باشد تریپ می کند (شکل 2 را نگاه کنید ). بنابراین، نشان دهنده های فیوز فعال نمی شود، و یک اهم متر یا تستر خازنی ضروری است. این کار زمان بر و هزینه بر خواهد بود.

سیستم های زمین شده جامد(زمین شده بدون مقاومت)

گرچه اکثر سیستم های تجاری و صنعتی با مقاومت زمین می شوند، اما شرایط هایی وجود دارد که ممکن است به طور جامد (بدون مقاومت) زمین شود. این ممکن است با توجه به ترجیحات مهندسین طراحی یا به این دلیل که این تاسیسات به طور مستقیم به سیستم توزیع برق متصل است باشد. همان احتمالی که در بالا توضیح داده شده برای سیستم هایی که به وسیله یک ترانسفورماتور کاهنده زمین شده بدون مقاومت متصل می شوند وجود دارد ، اما کمتر احتمال دارد زیرا جریان های خطای زمین بسیار بالاتر است و فیوز محدود کننده جریان در سطوح جریان بالاتر بسیار سریعتر است. این را می توان در شکل 2 مشاهده کرد. معمولا خطا های زمین در این سیستم ها از 7000 تا 20،000 آمپر می باشند و هماهنگی می تواند به دست آید. هماهنگی، با این حال باید بررسی شود، زیرا یک کارخانه خاموش می تواند بسیار پرهزینه باشد.

 

سیستم ها ی متصل شده به طور مستقیم به یک سیستم توزیع شبکه برق که به طور مستقیم از سیستم توزیع آنها تامین می شود(بدون ترانسفورماتور کاهنده)همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است مطابق با شیوه های مبتنی بر روش های سیستم شبکه برق زمین می شوند. به طور معمول این سیستم 4-سیم چند منظوره خواهد بود.

 

شکل 3 – مسیر جریان خطای زمین زمانی که سیستم صنعتی به طور مستقیم به فیدر توزیع شبکه وصل می شود.

شکل 3 - مسیر جریان خطای زمین زمانی که سیستم صنعتی به طور مستقیم به فیدر توزیع شبکه وصل می شود.
شکل 3 – مسیر جریان خطای زمین زمانی که سیستم صنعتی به طور مستقیم به فیدر توزیع شبکه وصل می شود.

این نوع سرویس ممکن است رله های خطای زمین را در ورودی خدمات داشته یا نداشته باشد. اگر رله ها وجود داشته باشند، رله خطای زمین می تواند یک رله اضافه جریان باقی مانده یا یک رلفه 51N  باشد. به طور معمول این رله ها به دلیل وجود جریان های خطا (Error) در رله های فاز  در مقدار خیلی کم مانند 51G تنظیم نمی شود. سیستم سعی می کند حداقل تنظیم پیکاپ امکان پذیر را داشته باشد، و بنابراین هماهنگی همانطور که در شکل 2 انجام شد هنوز هم باید بررسی شود.

برای شبکه که یک سیستم uni-grounded (منظور زمین شده از یک نقطه می باشد)  و یا یک سیستم زمین نشده (ungrounded) را تغذیه می کند، باید برای تعیین اینکه آیا خازن زمین شده با سیستم حفاظت زمین شبکه تداخل ایجاد خواهد کرد با مسئولان شبکه هماهنگی و بررسی شود. رله زمین در یک سیستم توزیع uni-grounded ممکن است به اندازه کافی پایین  تنظیم شود تا پیکاپ کند. سیستم های زمین نشده یک نگرانی را در ارتباط با ولتاژ بالا ناشی از خطاهای زمین پاک نشده ایجاد می کنند.

نتیجه

با بحث انجام شده باید روشن شده باشد  که نصب بانک های خازنی زمین شده دز سیستم برق صنعتی و تجاری می تواند با یک سیستم حفاظت خطای  زمین تداخل ایجاد کند. برای غلبه بر این مشکلات ممکن است مهندسی مناسب باشد، اما این به هزینه و پیچیدگی افزوده می شود

مسئله منفی مربوط به بانک خازنی زمین نشده به شرح زیر است:

  • هماهنگی فیوز در بانک های خازن کوچکتر دشوار است، زیرا یک خازن آسیب دیده فقط سه برابر جریان بانک های خازنی را می کشد .
  • شرایط اضافه ولتاژ روی خازن های سالم می تواند به علت سوختن فیوز در بانک های خازنی نا متعادل ایجادش شود. این شرایط را می توان تغییر تعداد خازن ها، ایزوله کردن اتصال نول و یا با اضافه کرد طرح شناسایی آنبالانسی نول حذف کرد
  • با توجه به یک فیوز، می توان از شرایط اضطراری در خازن های بدون شکست در بانک های عدم تعادل استفاده کرد.این وضعیت را می توان با تغییر تعداد خازن ها، جداسازی اتصالات خنثی و / یا اضافه کردن یک طرح تشخیص عدم تعادل بی طرف به بانک حذف کرد.مسائل بالا می تواند توسط سازنده رفع گردد و مسئولیت آن از نصب کننده و خریدار خارج گردد.

مطالعه ی مقالات زیر نیز پیشنهاد می گردد:

نگه داری بانک های خازنی

تست بانک خارنی

خازن و انواع خازن ها| ثابت، متغیر، قطبی و غیرقطبی

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

‫3 نظرها

    1. بله ممنون از توضیح تون. منظور از زمین کردن در اینچا متفاوت با ارت هستش. لطفا مقاله مرتبط راجع به تفاوت بین Bonding, Grounding and Earthing یا همون تفاوت بین زمین کردن، ارت کردن و هم بندی رو مطالعه کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن