Transformatora neitrālās vietas zemēšana: salīdzinājums starp cieto, pretestības un zigzaga zemēšanu

Sadales iekārtas grafikā bija norādīta augstas pretestības zemēšana ar 5 A strāvu un 10 sekunžu pretestību. Uzstādītājs ievietoja tieši to. Neviens nemērīja sistēmas uzlādes strāvu, kas šajā rūpnīcā, ņemot vērā ekrānētos 5 kV kabeļus, pārsprieguma slāpētājus un piedziņas ieejas filtrus, bija aptuveni 6,8 A. Pirmajā fāze pret zemi avārijā pretestība izturēja pilnu kapacitatīvo strāvu, bet detekcijas relejs nekad nereģistrēja pieaugumu, un rūpnīca darbojās divas dienas ar zemētu fāzi. Otrā avārija citā fāzē pārvērta nevajadzīgu traucējumu par fāzi pret fāzi loka uzliesmojumu. Viss tika būvēts saskaņā ar rasējumiem. Tomēr zemēšanas shēma joprojām bija nepareiza.

Transformatora neitrālās vietas zemēšana ir projektēšanas lēmums, kas nosaka, cik liels strāvas plūsmas daudzums rodas izolācijas bojājuma gadījumā, vai aizsardzības sistēma aktivizējas vai tikai brīdina, kā arī cik lielu strāvas daudzumu spēj izturēt transformators, kabeļi un slēdžierīce. To pieņem vienreiz — projektēšanas stadijā — un parasti tas aizņem vienu rindu specifikācijā.

Četri paņēmieni aptver gandrīz visus rūpnieciskos, komunālos un datu centru sistēmu risinājumus: stingra zemēšana, zema pretestība zemēšanai, augsta pretestība zemēšanai un zemēšana caur zig-zag vai zvaigzne-delta zemēšanas transformatoru. Katrs no tiem atbild uz citu jautājumu, un pareizā atbilde ir atkarīga no tā, ko jūs vēlaties, lai sistēma dara pirmās zemējuma avārijas gadījumā.

 

Ko nosaka transformatora neitrālā punkta zemēšana

Zemējuma avārija veido slēgtu ķēdi starp fāzes vadītāju un zemi. Plūstošā strāva ir noteikta atgriešanās ceļa impedancē, un šo atgriešanās ceļu veido sistēmas neitrālā daļa, kas savienota ar zemēšanas elektrodu sistēmu. Mainot šo savienojumu, mainās arī avārijas strāva, avārijas noteikšanas ātrums un bojājumu apjoms, kamēr avārija tiek novērsta.

Specifikācijā vērts minēt divus avotus. IEEE Std 3003.1-2019 aptver rūpniecisko un komerciālo enerģijas sistēmu zemēšanu un ir modernais pēctecis tā sauktajai «Zaļajai grāmatai»; IEEE Std C62.92.1-2016 aptver elektroenerģijas uzņēmumu sistēmu neitrālās daļas zemēšanu, kuru nominālais spriegums pārsniedz 1000 V. Abi standarti balstās uz vienu un to pašu kompromisu: zemējuma avārijas strāvai jābūt pietiekami lielai, lai to uzticami noteiktu, bet vienlaikus pietiekami mazai, lai nepadarītu bojā aprīkojumu.

Zemāk esošā tabula apkopo četrās metodēs.

Metodi	Tipiskā avārijas strāva	Avārijas noteikšanas filozofija	Kur tas iederas
Cietā zemēšana	Līdz pieskrūvētajai trīsfāžu vērtībai	Momentānā pārstrāva, izslēgšana	480 V un zemāk, zemsprieguma sadale
Zema pretestība (LRG)	100 A – 1000 A, parasti 200 A – 400 A	Pārstrāvas releji, izvēlēta koordinācija	Vidssprieguma rūpnieciskā sadale, kurai nepieciešama izvēlēta izslēgšanās
Augsta pretestība (HRG)	5 A – 25 A	Jutīgs relejs, vispirms brīdinājums	Vidēji smagi braukšanas rūpnīcu, nepārtrauktas tehnoloģiskās procesa, datu centri
Zigzaga zemēšanas transformators	Iestatīts ar pretestības vai transformatora konstrukciju	Jutīgs relejs	Delta sistēmas, neiekļūstams neitrālais punkts

 

Cieši zemēta sistēma: Zemākās izmaksas un augstākā avārijas strāva

Cieši zemētā sistēmā neitrālais vads tiek tieši savienots ar zemēšanas elektrodu sistēmu. Neviens elements neierobežo strāvu, tāpēc fāzes pret zemi avārijas strāva var tuvoties cietajai trīsfāžu strāvai, kas pieejama šajā vietā — desmitiem kiloamperu 2000 kVA vienībā 480 V spriegumā. Tas nav konstrukcijas trūkums; tieši tāda ir šīs sistēmas mērķtiecība. Avārijas strāva ir liela, katrs aizsardzības ierīce to reģistrē, un tā tiek izslēgta dažās strāvas svārstību periodos.

Rēķins nonāk citur. Autobusa stiprinājums, slēdža pārtraukšanas rādītāji un loka uzliesmojuma pētījumā incidentālās enerģijas aprēķins visi mainās proporcionāli šim strāvas lielumam. Cietā zemēšana joprojām ir praktiskā izvēle vairumam 480 V sistēmām, jo fāzes pret zemi spriegums paliek 277 V un izolācijas kā arī pārspriegumu aizsargierīču slodze paliek mērena. Vietā, kur tā vairs nav loģiska, ir vidējā sprieguma līmenī, kur tā pati loģika rada avārijas strāvas, kuras transformators, kabeļi un slēdžierīces nevēlas redzēt.

Viena sekas pārsteidz cilvēkus. Cieti zemētā sistēmā lielākā daļa avārijas sākas kā vienas fāzes pret zemi notikums un tiek novērstas, pirms tās pasliktinās. Nezemētā vai augstas pretestības zemētā sistēmā pirmā avārija bieži vien vispār netiek novērsta.

 

Pretestības zemēšana: zema pretestība pret augstu pretestību

Pretestot pretestības elementu starp neitrālo un zemi, projektēšanas filozofiju pārvērš skaitliskā vērtībā. Zemas pretestības zemējums parasti ierobežo strāvu līdz dažiem simtiem ampēru — vidējai sprieguma līmenim tipiska vērtība ir 200 A līdz 400 A — kas tomēr ir pietiekami, lai standarta pārslodzes releji to atpazītu un veiktu koordināciju. Tāpēc zemas pretestības zemējumu izmanto tajos gadījumos, kad rūpnīca vēlas, lai bojāta barošanas līnija izslēgtos selektīvi, nevis lai izslēgtos galvenais barošanas avots.

Augstas pretestības zemējums iet daudz tālāk un ierobežo zemes bojuma strāvu līdz 5 A, 10 A vai 25 A. Šādās vērtībās bojums parasti izraisa brīdinājumu, nevis izslēgšanos, un rūpnīca turpina darboties, kamēr tehniskā apkope nosaka bojuma vietu. Šo pieeju izmanto rūpnieciskās sistēmas ar lielu skaitu piedziņas ierīču, nepārtrauktā procesā darbojošās rūpnīcas, kurām nav iespējams pieļaut izslēgšanos, kā arī datu centru vidējā sprieguma sadale. Transformators un kabeļi vairs nav jāprojektē, lai izturētu vairāku kiloampēru notikumu, un zemes bojuma radītā loka uzliesmojuma risks samazinās kopā ar strāvas vērtību.

Šeit ir tā daļa, kuru lielākā daļa pircēju izlaiž. Augstas pretestības zemēta sistēma darbojas tikai tad, ja rezistora caurlaides strāva ir lielāka par sistēmas uzlādes strāvu. Ekrānēto kabeļu, pārspriegumu slāpētāju un piedziņas ieejas filtru uzlādes strāva ir patiesa strāva, un zemējuma avārijas gadījumā tā plūst caur rezistoru un avāriju kopā. Ja rezistora strāva ir mazāka par to, relejs nevar atšķirt avāriju no normālās kapacitatīvās strāvas — tieši tas arī notika piemērā, ar kuru sākās šis raksts. Pareizā secība ir: vispirms izmērīt faktiskās instalācijas kapacitatīvo strāvu, pēc tam izvēlēties rezistora strāvu, kas ir lielāka par to ar drošības rezervi, un tikai pēc tam iestatīt laika reitingu.

 

 

Zig-Zag zemēšanas transformatori: Neitrāls punkts tur, kur viņš nepastāv

Viss iepriekšminētais pieņem, ka ir neitrāls punkts, kur pievienot pretestību. Delta savienots avots vai transformators, kura sekundārās puses neitrāls nav izvedots, šādu punktu nepiedāvā. Zig-zag vienība to risina. Tās tinumi rada zemu impedanci nulles secības strāvai, tādējādi veidojot apzinātu atgriešanās ceļu zemes bojājuma strāvai, bet vienlaikus rada augstu impedanci pozitīvajai un negatīvajai secības strāvai, tāpēc normālā darbībā vienība gandrīz nevada slodzes strāvu. Vienība ar zvaigzne-delta savienojumu veic to pašu uzdevumu, bet ar citu tinumu izkārtojumu.

Šī uzvedība ir iemesls, kāpēc zemējuma transformators norādīts pilnīgi citā datu lapā nekā slodzes transformators. Skaitļi, kuriem jāsakrīt, ir īslaicīgā neitrālā strāva un tās ilgums – 10 sekundes un 1 minūte ir parastās vērtības – kā arī nepārtraukta neitrālā strāva, ko nodrošina normālā darbībā rodama nesimetriskā slodze; zig-zag vienībā šī vērtība parasti ir daži procenti no īslaicīgās vērtības. Ja norāda tikai īslaicīgo skaitli, pastāvīga nesimetriskā slodze izraisīs pārkarsēšanos. Ja norāda kā slodzes transformatoru, jūs iegādāsieties vara materiālu, ko nekad neizmantosiet.

Sistēmās ar lielu skaitu piedziņas ierīču zig-zag vienību parasti kombinē ar pretestību. Pretestība nosaka caurplūstošās strāvas lielumu; transformators nodrošina neitrālo punktu, kuru nepieciešama pretestībai.

 

Pretestības izmēru noteikšana: četri skaitļi, kas izlemj, vai tā darbosies

Neitrālās zemēšanas pretestība ir īslaicīgas darbības ierīce ar nelielu kritisku parametru skaitu. Šie četri parametri izlemj, vai shēma darbosies ekspluatācijā:

• Izmērītā kapacitīvā strāva. Izmēriet to reālajā uzstādījumā, reālajā spriegumā. Tabulas vērtības ir tikai sākumpunkts, nevis atbilde.
• Caurlaides strāva. 5 A, 10 A vai 25 A augstas pretestības zemēšanai; 200 A līdz 400 A zemas pretestības zemēšanai. Abos gadījumos tā jābūt augstākai par izmērīto kapacitīvo strāvu ar drošības rezervi.
• Laika raksturlielums. Tipiski ir desmit sekundes un viena minūte. 400 A, 10 sekunžu pretestība 13,8 kV sistēmā izkliedē aptuveni 3,2 MW, kad tā pārvadā avārijas strāvu — aptuveni 32 MJ enerģijas desmit sekundēs. Avārija, kas paliek sistēmā, to iznīcinās.
• Sprieguma un izolācijas raksturlielums. Zemējuma avārijas laikā pretestība nepārtraukti uztur pilnu sistēmas līnijas pret neitrālo spriegumu visu notikuma ilgumu.

Vēl divi jautājumi pieder pie tās pašas diskusijas, bet neuz pretestības datu lapas: noteikšanas shēma — ko relejs dara ar redzēto strāvu un vai tas rada brīdinājumu vai izslēgšanu — un, zemas pretestības zemēšanai, vai koordinācijas pētījums joprojām ir spēkā, kad strāva ir ierobežota.

 

Kā Ryan Electric atbalsta zemēšanas projektēšanu pielāgotajos pasūtījumos

Zemēšanas projekts sākas pie transformatora, jo tinumu konfigurācija nosaka, vai vispār eksistē neitrālais vads. Pie pielāgotam trīsfāžu transformatoram ar zvaigznes veida sekundāro tinumu mēs izvedam neitrālo vadu caur izolētu izvadu, kura izturība ir paredzēta zemējuma avārijas slodzei, ko norāda aprēķini, un mēs nodrošinām tinumu konfigurāciju un vektorgrupas datus, kas nepieciešami zemēšanas un koordinācijas aprēķiniem. Tur, kur klienta shēma paredz pretestības vai zigzaga zemēšanu, mēs apstiprinām neitrālā vada izkārtojumu jau piedāvājuma stadijā, nevis rūpnīcas pieņemšanas testa laikā. Tas ir piecpadsmit minūšu saruna iepriekš un pārstrādes pasūtījums, ja to izlaiž.

Mēs ražojam 120 000 kvadrātmetru lielā objektā ar vairāk nekā 180 ražošanas un testēšanas iekārtu komplektiem un 37 patentiem, kā arī esam ieguvuši UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS un CE sertifikāciju. Kopš 2023. gada Ryan Electric darbojas kā Eaton oficiālais kopuzņēmuma partneris. Katrā vienībā iekļautais rutīnas testa ziņojums satur tinumu pretestības un attiecības datus, kas nepieciešami uzstādīšanas komandai, lai apstiprinātu neitrālā un zemējuma savienojumu uz vietas.

 

Nosūtiet zemēšanas shēmu kopā ar transformatora RFQ

Nosūtiet mums vienas līnijas diagrammu, zemēšanas metodi, neitrālās strāvas vērtību un ilgumu, kuru projektējat, kā arī transformatora jaudu. Mūsu inženieru komanda atbildēs ar transformatora neitrālā zemējuma risinājumu, kas atbilst izpildītajai studijai — ieskaitot neitrālo izvadi — tādējādi uzstādīšanas inženieris apstiprina projektu, nevis to atklāj. Pareiza pamata sagatavošana piedāvājuma stadijā nav saistīta ar izmaksām. Tās atklāšana pēc pirmās zemējuma avārijas izraisa ekspluatācijas pārtraukumu.

 

Par autoru: Šo rakstu sagatavoja inženieru komanda uzņēmumā Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), kas ražo liektus rezinā, eļļā iegremdētus un uz pamatnes montējamus transformatorus un kopš 2007. gada kalpo komunālajiem pakalpojumiem, datu centriem, atjaunojamās enerģijas ģenerācijai un rūpnieciskajiem klientiem. Komanda ikdienā strādā ar IEEE C57 un IEC 60076 prasībām un atbalsta izstrādātājus un EPC uzņēmumus specifikāciju izstrādē, rūpnīcas testēšanā un objekta nodošanā ekspluatācijā.