低压直流双极型供电系统的接地型式.ppt

低压直流双极型供电系统的接地型式,,,近年来，直流微网以及利用直流微网的低压直流(low voltage direct current LVDC)供电方式引起越来越多研究者的关注，随着电力电子技术的成熟与绿色分布式能源(如太阳能电池、燃料电池等)的发展，LVDC系统进一步向民用建筑等常规领域推广势在必行目前，低压直流供电系统设计缺乏统一的工程规范和标准，尤其在电气安全方面低压直流双极供电系统的接地型式 直流微网一般采用两根线传输电能，不存在0V电压点，因此通常在直流微网接入末端系统的前端设置电压平衡器，构造电压为0V的中线以实现不同的接地型式，并形成直流双极供电方式 与交流系统一样，直流系统接地型式也可分为TT、IT 、TN三种接地型式如图所示，对于直流双极系统，系统电源侧接地点为电源中点((M点);RM为系统接地电阻;RE为设备接地电阻;RH为IT系统的高阻抗接地电阻;+L、-L, PE分别为正极、负极、保护线接地故障等效电路,低压供电系统接地形式的选择，主要考虑系统的供电连续性与电击防护性能，尤以电击防护性能为重点系统电击防护性能主要由系统发生带电极接地故障时，人体的“预期接触电压Ut”能否满足安全电压要求来衡量。

鉴于双极同时接地的概率很低，仅讨论单极接地的情况图中，Zt为人体“预期接触电压Ut的等效分压阻抗，Zx为剩余阻抗同时，针对不同接地型式的故障电路特点，对各等效阻抗做了一定的简化，具体含义见表表中ZL,ZpE分别为TN系统的正极(负极)导线、保护线的阻抗，由电阻分量与电感分量组成直流电对人体的电击效应与电流方向极其相关，若通过人体的电流方向为纵向向上，对应的安全电压限值为90V;若通过人体的电流方向为纵向向下，危险性将为纵向向上的一半，对应的安全电压限值约为180V正常工作模式,电压平衡器中含有对过流敏感的电力电子器件IGBT，一般情况下，该器件中设置有过流保护装置，即当电流达到某一设定阀值Imax时会自动阻断，这使得接地故障等效电路可分为正常工作模式与保护断开模式两种情况若电压平衡器在故障后仍能正常工作，即故障电流不超过电压平衡器的保护设定阀值考虑稳定状态下，直流系统的故障电感因素可忽略，则满足该情况的判据为 Rd—等效故障阻抗Zd的阻性分量 此时，故障极相当于不同程度地增加了负载量，从而导致电压平衡器双极负载不平衡，输出电压在短暂的小幅波动后将可恢复平衡，其暂态过程取决于电压平衡器的控制策略，对于电击防护来说，不考虑人体在接地故障发生的瞬间接触漏电设备外壳，则可近似认为输出电压一直保持不变，等效电路可进一步简化为,保护断开模式,若故障电流超过电压平衡器的过流保护设定值，则电压平衡器不能正常工作，满足该情况的判据为 电压平衡器的工作状态由2部分组成。

1)工作状态1:假定负极接地故障，通过T1管的电流在故障发生后尚未达到设定阀值，控制器对T2发出关断信号、T1发出开通信号，故障电路可简化为,,2)工作状态2:通过T1管的电流随着电感电流的上升达到设定阀值，自动阻断此时，T1, T2均被关断，简化故障等效电路如下仿真验证,系统参数 为验证理论分析的正确性，并分析该系统各接地型式的性能，构建了容量为100kW的DC士190V双极直流系统，该系统的直流源设为理想直流源(视上级直流微网工作在稳定状态)，经电压平衡器将输入电压380V转化为双极士190V输出电源阻抗忽略不计，系统额定电流为263A，电压平衡器的过流保护动作值约为系统额定电流的2倍，设为500A;电容值取为3 300pF，储能电感值为3mH开关频率5kHz，占空比50%接地电阻RM,RE一般为数欧，但不会超过10Ω，设在1一10Ω内变化TT系统 1)供电连续性 可知，该系统在接地故障发生时电压平衡器仍能有效工作接地电阻RM,RE为4Ω，负极在0.2s发生接地故障时的输出电压波形如下2）电机防护性能 人体预期接触电阻将由系统电压Us、接地电阻比值k=RM/RE决定，而与电压平衡器参数无关，因此k可以作为该接地系统是否满足电气安全条件的判据。

分别代入正极、负极安全电压限值，对于正极接地故障，接触电压均在安全电压(180 V)的范围内，对接地电阻阻值没有要求;而对于负极接地故障，为避免接触电压超过90 V，接地电阻比值k的临界值应为0.9另一方面，由式(3)，接地电流将由接地电阻之和决定，但出于保证安全电压的考虑，有所限制的接地电阻取值将对接地电流产生一定的影响，对该系统而言，接地电流可在9.5-95 A的范围内变化直流TT系统正极接地时，接地故障电流Id和人体预期接触电压Ut随接地电阻RM, RE变化的等值线图 正极接地,,直流TT系统负极接地时，接地故障电流Id和人体预期接触电压Ut随接地电阻RM, RE变化的等值线图,,对AC220V TT系统进行仿真分析发现，AC220 V系统的接地电阻值选择区域比DC士190 V系统小很多(交流安全电压为50V)，其k临界值为0.28，即便系统接地电阻达到最大值10欧姆，设备接地电阻也需小于2.8Ω，要做到如此小的接地电阻十分困难，相较交流系统而言，直流TT系统接地电阻的设计更容易满足电气安全要求谢谢大家,。