הסבר על חיבור האפס של הממיר לאדמה: השוואה בין חיבור מוצק, חיבור התנגדותי וחיבור זיג-זג לאדמה

תכנית ציוד המפסקים קבעה עקירת התנגדות גבוהה ב-5 אמפר עם נגד למשך 10 שניות. הקבלן התקין בדיוק את זה. אף אחד לא מדד את זרם הטעינה של המערכת, אשר בכבל 5 קילו-וולט משוריין, במעצרים נגד גלגלות ובסינוני קלט של המניעים במפעל הזה הסתכם בקרוב ל-6.8 אמפר. בעת הפגם הראשון בין פאזה לאדמה, הנגד נשא את כל זרם הקיבוליות, והרליי החשיפה מעולם לא ראה עלייה, והמפעל פעל במשך יומיים עם פאזה מחוברת לאדמה. הפגם השני, בפאזה אחרת, הפך את המצב מאי-נעימות לזרם קשת פאזה-לפאזה. כל הדברים נבנו לפי השרטוט. סכימת העקירה הייתה עדיין שגויה.

עקירת נייטרל הטרנספורמטור זה החלטת העיצוב שמגדירה כמה זרם יזרום במקרה של כשל בבודד, האם מערכת ההגנה תופעל או רק תפיק התראה, וכמה מהזרם הזה חייבים הטרנספורמטור, הכבלים וציוד המפסקים לשרוד. ההחלטה נלקחת פעם אחת, בשלב העיצוב, ולרוב היא תופסת שורה אחת במסמך המפרט.

ארבע שיטות מכסות כמעט כל מערכת תעשייתית, חברת חשמל או מרכז נתונים: קיבוע אדמה מלא, קיבוע אדמה בעל התנגדות נמוכה, קיבוע אדמה בעל התנגדות גבוהה, וקיבוע אדמה דרך טרנספורמטור קיבוע מסוג 'זיג-זג' או 'ווי-דלתא'. כל שיטה עונה על שאלה שונה, והתשובה הנכונה תלויה בכך מה אתה רוצה שמערכת תעשה בעת הפגם הראשון לאדמה.

 

מה קיבוע האדמה של ניוטרל הטרנספורמטור מכריע

תקלה באדמה סוגרת מעגל בין מוליך פאזה לאדמה. הזרם הזורם נקבע על ידי התנגדות הנתיב החוזר, ונתיב זה נוצר על ידי החיבור בין הניוטרל של המערכת למערכת האלקטרודות המוארקות. שינוי החיבור משנה את זרם התקלה, את מהירות זיהוי התקלה ואת כמות הנזק שיגרום הזרם בזמן שהתקלה מוסרת.

יש לציין שתי הפניות במסמך המפרט. IEEE Std 3003.1-2019 עוסק באיזור אדמה של מערכות חשמל לתעשייה ולמסחר והוא ירושתו המודרנית של סדרת הספרים הירוקים; IEEE Std C62.92.1-2016 עוסק באיזור אדמה של ניוטרלים במערכות שירות ציבורי עם מתח גבוה מ־1,000 וולט. שניהם מבוססים על אותה פשרה: זרם תקלה באדמה חייב להיות מספיק גבוה כדי להיחשף באופן אמינה, אך גם נמוך מספיק כדי שלא לפגוע בציוד.

הטבלה שלהלן מצמצמת את ארבע שיטות האיזור.

שיטה	זרם תקלה טיפוסי	פילוסופיית זיהוי	היכן זה מתאים
איזור מוצק	עד ערך תלת-פאזי מחובר	זרם ח Sob חמור רגעי, גורם לניתוק	הספקת מתח נמוך (LV) עד 480 וולט
התנגדות נמוכה (LRG)	100 אמפר עד 1,000 אמפר, בדרך כלל 200–400 אמפר	rôle של זרם יתר, התאמה סלקטיבית	הספקת מתח בינוני (MV) בתעשייה, הדורשת ניתוק סלקטיבי
התנגדות גבוהה (HRG)	5–25 אמפר	Role רגיש, תחילה התראה	מפעלים עם עומס נגיעה גבוה, תהליכים רציפים, מרכזי נתונים
משנת חיבור ארקה מסוג זיגזג	מוגדר על ידי העיצוב של הנגד או הטרנספורמטור	רילאי רגיש	מערכות דלתא, ללא ניוטרלי נגיש

 

חיבורים מוארקים קשיחים: עלות נמוכה ביותר וזרם תקלה גבוה ביותר

במערכת מוארקת קשיחות, הניוטרלי מחובר ישירות למערכת הארקה. לא קיים שום דבר המגביל את הזרם, ולכן תקלה בין פאזה לארקה עשויה להגיע לערכו של זרם תקלה תלת-פאזי מקובע בנקודה זו – עשרות אלפי אמפרים ביחידת טרנספורמציה של 2,000 קילו-וואט-אמפר ב-480 וולט. זהו לא פגם בעיצוב; זהו בדיוק המטרה. התקלה גדולה, כל התקן הגנה מזהה אותה, והיא נמחקת תוך מחזורים.

החשבון מגיע למקום אחר. תומכות האוטובוס, דירוגי הפסקת המפסק והחישוב של אנרגיית הפגיעה במחקר הבזק-קשת מתאמדים עם זרם זה. חיבור אדמה מוצק הוא עדיין הבחירה המעשית עבור רוב מערכות ה-480 וולט, משום שהמתח בין הפאזה לאדמה נשאר ב-277 וולט, ועומסי הבדל והגנות נגד גלים קצרים נשארים מתונים. המקום שבו זה כבר לא הגיוני הוא במתח בינוני, שם אותה לוגיקה יוצרת זרמי קצר שטרנספורמטורים, כבלים וציוד מפסקים מעדיפים לא להיתקל בהם.

התוצאה האחת מפתיעה אנשים. במערכת מחוברת לאדמה באופן מוצק, רוב התקלות מתחילות כאירוע בודד של פאזה לאדמה ונפרעות לפני שהן מתפתחות. במערכת לא מחוברת לאדמה או מחוברת לאדמה דרך התנגדות גבוהה, התקלה הראשונה לעיתים קרובות כלל אינה נפרעת.

 

חיבורי אדמה בהתנגדות: התנגדות נמוכה לעומת התנגדות גבוהה

הוספת נגד בין הניוטרל לאדמה הופכת את פילוסופיית העיצוב למספר. חיבור אדמה בעל התנגדות נמוכה מגביל בדרך כלל את הזרם לכמה מאות אמפר – 200 אמפר עד 400 אמפר הוא נפוץ במערכת מתח בינוני – מה שמספיק כדי ש릴י זרם עליון סטנדרטיים יזהו אותו ויעשו קואורדינציה. לכן משתמשים בחיבור אדמה בעל התנגדות נמוכה במקום שבו המפעל רוצה שקו תקוע ינתק באופן סלקטיבי, ולא שהנתקה תתרחש במשולב הראשי.

חיבורי אדמה בעלי התנגדות גבוהה הולכים רחוק יותר ומגבילים את זרם התקלה לאדמה ל-5 אמפר, 10 אמפר או 25 אמפר. ברמות אלו התקלה היא בדרך כלל התראה ולא נתק, והמפעל ממשיך לפעול תוך כדי שצוות התיקון מאתר אותה. מערכות תעשייתיות עם מספר רב של ממנים, מפעלים עם תהליכי ייצור רציפים שלא יכולים לספוג נתק, ומערכות הפצת מתח בינוני במراكז נתונים – כולם מסתמכים על גישה זו. הטרנספורמטור והכבלים כבר אינם צריכים לעמוד באירוע של כמה אלפי אמפר, וסיכון הבזק הקשת הנובע מתקלה לאדמה קטן בהתאם לזרם.

הנה החלק שרוב הקונים מפספסים. מערכת מחוברת לאדמה עם התנגדות גבוהה עובדת רק אם הזרם המועבר דרך הנגד עולה על זרם הטעינה של המערכת. זרם הטעינה של כבל משוריין, מגני סופות ומסנני קלט של מנוע הוא זרם אמיתי, ובמקרה של תקלה באדמה הוא זורם דרך הנגד והתקלה יחדיו. אם זרם הנגד קטן מזה, הרליאי אינו מסוגל להבחין בין תקלה לזרם קיבולי נורמלי – וזה בדיוק מה שקרה בדוגמה שפתחה את המאמר הזה. הסדר הנכון הוא למדוד את הזרם הקיבולי של ההתקנה האמיתית, לבחור נגדי whose זרם עולה עליו עם שולי בטחון, ורק אז לקבוע את דירוג הזמן.

 

 

מהפכי אדמה מסוג זיג-זג: נייטרלי במקום שאין נייטרלי

הכל שלמעלה מניח קצה נייטרלי שאליו ניתן לחבר נגד. מקור מחובר דלתא, או טרנספורמטור שנקודת הנייטרל של הזרוע השניה שלו אינה מובאת החוצה, אינם מספקים נקודה כזו. יחידת זיג-זג פותרת בעיה זו. הליפופים שלה מציגים התנגדות נמוכה לזרם סדר אפס, ולכן הם יוצרים מסלול חזרה מכוון לזרם תקלה לאדמה, ובו זמנית מציגים התנגדות גבוהה לזרם סדר חיובי ושלילי, כך שהיחידת לא נושאת כמעט זרם עומס בתנאים נורמליים.

ההתנהגות הזו היא הסיבה לכך ש- שנאי ארקה מופיע בדאטא-שייט שונה לחלוטין מזה של טרנספורמטור עומס. המספרים שעליהם יש להסכים הם זרם הניוטרל לתקופה קצרה ומשך הזמן שלו – 10 שניות ודקה אחת הן הדירוגים הנפוצים – בנוסף ליכולת ניוטרל רציפה עבור אי-איזון שמתפתח בתנאי הפעלה רגילים, אשר ביחידת זיג-זג הוא בדרך כלל אחוזים בודדים מהערך לתקופה קצרה. אם תציינו אותו רק על סמך הערך לתקופה קצרה, אי-איזון מתמשך יגרום לחימום יתר. אם תציינו אותו כטרנספורמטור עומס, תקנו נחושת שלא תשתמשו בה מעולם.

במערכות עם מנועים חשמליים מרובים, יחידת הזיג-זג מותקנת בדרך כלל יחד עם נגד. הנגד קובע את הזרם המועבר; הטרנספורמטור מספק את הניוטרל שהנגד זקוק לו.

 

מיצוי גודל הנגד: ארבעה מספרים שקובעים האם המערכת תפעל כראוי

נגד עקירת ניוטרל הוא התקן לתקופה קצרה עם מספר קטן של דירוגים קריטיים. ארבעת המספרים הבאים קובעים האם הסכימה תפעל כראוי בשירות:

• זרם קיבולי שנמדד. למדוד את זה על ההתקנה האמיתית, במתח האמיתי. הערכים בטבלה הם נקודת התחלה, לא תשובת סופית.
• זרם מעבר. 5 אמפר, 10 אמפר או 25 אמפר לארקת התנגדות גבוהה; 200 אמפר עד 400 אמפר לארקת התנגדות נמוכה. בשני המקרים חייב להיות ערך גבוה מזרם הקיבוליות הנמדד, עם שולי ביטחון.
• דרוג זמן. עשרה שניות ודקה אחת הם טיפוסיים. נגד של 400 אמפר ו-10 שניות במערכת 13.8 קילו-וואט פולט כ-3.2 מגה-וואט בזמן שהזרם דרך него – בערך 32 מגה-ג'ול אנרגיה בתוך 10 שניות. תקלה שנשארת פעילה במערכת תשמיד אותה.
• דרוג מתח ודיקת בידוד. בזמן תקלה באדמה, הנגד מחזיק את כל מתח הקו-לניטרלי של המערכת, באופן רציף, לאורך זמן התקלה.

שני פריטים נוספים שייכים לאותו שיח, אך אינם מופיעים בדף הנתונים של הנגד: שיטת זיהוי התקלה – מה הרלוי עושה עם הזרם שהוא מזהה, והאם הוא מפעיל אזעקה או מבצע ניתוק; ובמקרה של ארקת התנגדות נמוכה – האם ניתוח ההתאמה עדיין תקף לאחר שהזרם מוגבל.

 

איך ריאן אלקטריק תומכת בעיצוב חיבור לאדמה בהזמנות מותאמות

עיצוב חיבור לאדמה מתחיל במשנה, משום שההתקנה של הلفים קובעת אם קיים נייטרלי בכלל. ב משנה תלת-פאזית מותאמת עם ליפוף סגסוגתי (ווי) משני אנו מביאים את הנייטרלי החוצה דרך בושינג מבודד שמתוכנן לשאת את עומס השגיאה באדמה כפי שצוין בסקר, ואנו מספקים את נתוני ההתקנה של הلفים וקבוצת הווקטורים הדרושים לסקרים של חיבור לאדמה ותיאום. כאשר התוכנית של הלקוח דורשת חיבור לאדמה באמצעות התנגדות או חיבור לאדמה בצורת זיג-זג, אנו מאשרים את הסידור של הנייטרלי בשלב הצитוט ולא בשלב בדיקת הקבלה במפעל. זהו שיח של חמש עשרה דקות מראש, ובמקרה של דילוג – הזמנת עבודה מחדש.

אנו מייצרים במתקן ששטחו 120,000 מטר רבוע, שמכיל יותר מ-180 סטים של ציוד ייצור ובקרה, ו-37 פטנטים, ואנו מחזיקים באישורים UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ו-CE. מאז 2023, ריאן אלקטריק פועלת כשותפה רשמית במשותף עם איטון. דוח הבקרה הסטנדרטי המצורף לכל יחידה כולל את ערכי התנגדות הلف והיחס שהצוות האחראי על ההפעלה זקוק להם כדי לאשר את חיבורי הניוטרל וההארקה באתר.

 

שלחו לנו את תכנית ההארקה יחד עם בקשת הצעת מחיר עבור הטרנספורמטור

שלחו לנו את תרשים הקו היחיד, שיטת ההארקה, זרם הניוטרל והמשך הזמן שעבורם מתכננים, וכן את דירוג הטרנספורמטור. צוות ההנדסה שלנו יחזיר לכם הסדרת הארקת ניוטרל של טרנספורמטור המתאימה למחקר – כולל בושינג ניוטרל – כך שהמהנדס האחראי על ההפעלה מאשר את העיצוב במקום לגלות אותו. הקמת היסודות הנכונים בשלב הצעת המחיר אינה עולה דבר. גילוי בעיות לאחר הפגיעה הראשונה באדמה גורם לעצירה.

 

על המחבר: מאמר זה נכתב על ידי צוות ההנדסה של Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), יצרנית של טרנספורמטורים מסוג cast resin, oil-immersed ו-pad-mounted, המשרתת לקוחות בתשתיות, מרכזי נתונים, ייצור אנרגיה מתחדשת ולקוחות תעשייתיים מאז 2007. הצוות עובד מדי יום עם דרישות IEEE C57 ו-IEC 60076 ותומך במפתחים ובחברות EPC לאורך תהליך קביעת المواصفות, בדיקות במפעל והפעלת המערכת באתר.