چرا نباید بانک خازنی زمین شود؟

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، آیا بانک‌های خازنی ولتاژ متوسط ​​در سیستم‌های صنعتی و تجاری باید زمین شوند؟ این سؤال اغلب بوجود می‌آید، و معمولا جواب به دلایل زیر نه می‌باشد:

بانک‌های خازن زمین شده می‌توانند با یک سیستم حفاظت خطای زمین یک دستگاه تداخل داشته و باعث شوند که کل تجهیز بی برق شود (تریپ کلید اصلی).
جریان‌های هارمونیک در مسیر زمین باعث ایجاد تداخل هارمونیکی با سیستم‌های کنترل و ارتباطات می‌شود.
جریان‌های تخلیه خازن ممکن است باعث آسیب رسیدن به برق گیر‌های نزدیک شود.

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 می‌توان از طریق اصلاح سیستم، کاهش یا حذف کرد، ممکن است نیاز به تجزیه و تحلیل برای هماهنگی در رله‌های حفاظتی، تغییرات رله و / یا تغییر مقاومت زمین داشته باشد. این هزینه و پیچیدگی را به تاسیسات برق اضافه می‌کند و ممکن است حساسیت سیستم حفاظت خطای زمین را کاهش دهد. این مقاله توصیف می‌کند که چگونه یک بانک خازنی زمین شده می‌تواند با یک سیستم حفاظت خطای زمین تداخل ایجاد کند و پیشنهاد می‌کند که تمام بانک‌های اعمال شده در سیستم‌های صنعتی و تجاری بدون زمین باقی بمانند.

شکل ۱ – تاسیسات صنعتی معمولی نشان دهنده سیستم حفاظت خطای زمین، خازن آسیب دیده و مسیر جریان خطا برای یک خازن آسیب دیده.

شکل ۱ - 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 ۲.۴ کیلو ولت تا ۱۳.۸ کیلو ولت، از طریق یک مقاومت زمین می‌شوند، که در شکل ۱ نشان داده شده است. سیستم‌ها با مقاومت زمین می‌شوند تا جریان خطا کاهش یافته و آسیب‌های قوس در طول خطای خط به زمین کاهش پیدا کند. این به ویژه برای سیستم‌های با موتور‌های متصل به طور مستقیم درست است. مقاومت زمین معمولا دارای مقدار نامی بر اساس مقدار جریان قابل تحمل در ۱۰ ثانیه است (مقدار نامی دائم کار و ۶۰ ثانیه نیز وجود دارد) که تقریبا برابر با جریان زمینی است که اگر یک خطای خط به زمین رخ دهد این جریان ایجاد می‌شود. جریان دائم نامی یک مقاومت ۱۰ ثانیه بسیار کمتر از مقدار نامی ۱۰ ثانیه آن مقاومت است. برای مثال، یک مقاومت ۲۰۰ آمپر ۱۰ ثانیه ممکن است دارای مقدار دائم ۵۰ آمپر باشد. به همین دلیل، رله خطای زمین، ۵۱G، معمولا در حدود ۱۰ درصد از مقدار نامی مقاومت یا ۲۰ آمپر قرار تنظیم می‌شود 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 می‌کند.


شکل ۲ - طرح هماهنگی جریان در سیستم نشان داده شده در شکل ۱

سیستم‌های زمین شده با مقاومت

شکل ۱ نشان می‌دهد که چگونه یک بانک خازنی زمین شده می‌تواند با سیستم حفاظت خطای زمین تداخل ایجاد کند. نگرانی اصلی هنگامی رخ می‌دهد که یک خازن مشکل پیدا کند همانطور که در شکل ۱ توسط “X” نشان داده شده است. از آنجایی که خازن‌های 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 ۲۰۰ آمپر زمین شده است، تقریبا ۲۰۰ آمپر جریان خطا از مقاومت جریان می‌یابد. این ۲۰۰ آمپر جریان در مقاومت زمین توسط رله خطای زمین (۵۱G) تشخیص داده شده و رله پیکاپ خواهد کرد، زیرا پیکاپ این رله در حدود ۱۰ ٪ از مقدار نامی مقاومت تنظیم شده است. این امر موجب می‌شود 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 ۴۰ آمپر قبل از قطع شدن کلید اصلی بسوزد و مدار را قطع کند، اما همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است این گونه نیست. در واقع، یک مقاومت در حدود ۵۰۰ آمپر نیاز است تا اینکه هماهنگی بین فیوز ۴۰ آمپر خازن و رله حفاظت اصلی خطای زمین به وجود بیاید. برای خازن‌های بزرگتر با فیوز‌های بزرگتر، محدودیت هماهنگی (یا مقدار مقاومت) حتی بالاتر خواهد بود، در حدود ۱۴۰۰ آمپر برای یک خازن ۵۰۰ کیلو ولت آمپ راکتیو.


برای بد‌تر کردن وضعیت، دلیل باز شدن کلید برق اصلی آشکار نمی‌شود، مگر اینکه بانک به سیستم تشخیص عدم تعادل (Unbalance Detection) به اندازه کافی سریع مجهز باشد (کلید‌های اصلی تریپ می‌کنند و قبل از عملکرد فیوز خازن عمل می‌کنند) که دارای یک نشان دهنده‌ی 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 نمی‌توان به صورت آنلاین آورد. این ممکن است به دلیل عدم تعادل در بانک خازنی باشد. برای سیستم در شکل ۱ جریان نامتعادلی برای سوختن فیوز تقریبا ۲۶ 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 می‌تواند مشکل باشد. این به این دلیل است که کلید اصلی قبل از اینکه فیوز مجاز به ذوب شدن باشد تریپ می‌کند (شکل ۲ را نگاه کنید). بنابراین، نشان دهنده‌های فیوز فعال نمی‌شود، و یک اهم متر یا تستر خازنی ضروری است. این کار زمان بر و هزینه بر خواهد بود.

سیستم‌های زمین شده جامد (زمین شده بدون مقاومت)

گرچه اکثر سیستم‌های تجاری و صنعتی با مقاومت زمین می‌شوند، اما شرایط‌هایی 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 سیستم‌هایی که به وسیله یک ترانسفورماتور کاهنده زمین شده بدون مقاومت متصل می‌شوند وجود دارد، اما کمتر احتمال دارد، زیرا جریان‌های خطای زمین بسیار بالاتر است و فیوز محدود کننده جریان در سطوح جریان بالاتر بسیار سریعتر است. این را می‌توان در شکل ۲ مشاهده کرد. معمولا خطا‌های زمین در این سیستم‌ها از ۷۰۰۰ تا ۲۰، ۰۰۰ آمپر می‌باشند و هماهنگی می‌تواند به دست آید. هماهنگی، با این حال باید بررسی شود، زیرا یک کارخانه خاموش می‌تواند بسیار پرهزینه باشد.

سیستم ها‌ی متصل شده به طور مستقیم به یک سیستم توزیع شبکه برق که به طور مستقیم از سیستم توزیع آن‌ها تامین می‌شود (بدون ترانسفورماتور کاهنده) همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است مطابق با شیوه‌های مبتنی بر روش‌های سیستم شبکه برق زمین می‌شوند. به طور معمول این سیستم ۴-سیم چند منظوره خواهد بود.


شکل ۳ – مسیر جریان خطای زمین زمانی که سیستم صنعتی به طور مستقیم به فیدر توزیع شبکه وصل می‌شود.

این نوع سرویس ممکن است رله‌های خطای زمین را در ورودی خدمات داشته یا نداشته باشد. اگر رله‌ها وجود داشته باشند، رله خطای زمین می‌تواند یک رله اضافه جریان باقی مانده یا یک رلفه ۵۱N باشد. به طور معمول این رله‌ها به دلیل وجود جریان‌های خطا (Error) در رله‌های فاز در مقدار خیلی کم مانند ۵۱G تنظیم نمی‌شود. سیستم سعی می‌کند حداقل تنظیم پیکاپ امکان پذیر را داشته باشد، و بنابراین هماهنگی همانطور که در شکل ۲ انجام شد هنوز هم باید بررسی شود.

برای شبکه که یک سیستم uni-grounded (منظور زمین شده از یک نقطه می‌باشد) و یا یک سیستم زمین نشده (ungrounded) را تغذیه می‌کند، 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. سیستم‌های زمین نشده یک نگرانی را در ارتباط با ولتاژ بالا ناشی از خطا‌های زمین پاک نشده ایجاد می‌کنند.

نتیجه

با بحث انجام شده باید روشن شده باشد که نصب بانک‌های خازنی زمین شده دز سیستم برق صنعتی و تجاری می‌تواند 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 می‌شود

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

هماهنگی فیوز در بانک‌های خازن کوچکتر دشوار است، زیرا یک خازن آسیب دیده فقط سه برابر جریان بانک‌های خازنی را می‌کشد.

شرایط اضافه ولتاژ روی خازن‌های سالم می‌تواند به علت سوختن فیوز در بانک‌های خازنی نا متعادل ایجادش شود. این شرایط را می‌توان تغییر تعداد خازن ها، ایزوله کردن اتصال نول و یا با اضافه کرد طرح شناسایی آنبالانسی نول حذف کرد

با توجه به یک فیوز، می‌توان از شرایط اضطراری در خازن‌های بدون شکست در بانک‌های عدم تعادل استفاده کرد. این وضعیت را می‌توان 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 می‌تواند توسط سازنده رفع گردد و مسئولیت آن از نصب کننده و خریدار خارج گردد.

 

منبع: ماه صنعت