Paliwanag sa Pagkonekta ng Neutral na Bahagi ng Transformer sa Lupa: Paghahambing ng Solid, Resistance, at Zig-Zag na Pagkonekta sa Lupa

Ang iskedyul ng switchgear ay nagsasaad ng high-resistance grounding na may 5 A kasama ang resistor na may 10 segundo. Ang kontratista ay nag-install nang eksaktong gayon. Walang sinuman ang sumukat sa system charging current, na sa shielded na 5 kV cable, surge arresters, at drive input filters sa planta ay umabot nang humigit-kumulang sa 6.8 A. Sa unang phase-to-ground fault, dinala ng resistor ang buong capacitive current, at hindi ito nakita ng sensing relay bilang pagtaas—kaya’t tumakbo ang planta nang dalawang araw na may grounded phase. Sa ikalawang fault, na naganap sa ibang phase, naging phase-to-phase arc flash ang dating nuisance. Lahat ay itinayo ayon sa drawing. Gayunpaman, mali pa rin ang grounding scheme.

Pagkonekta ng neutral na bahagi ng transformer sa lupa ang desisyong pangdisenyo na nagtatakda kung gaano kalaki ang daloy ng kasalukuyan kapag nabigo ang pagkakahiwalay, kung ang proteksyon ay magpapakawala o magbibigay lamang ng alarm, at kung gaano kalaki ang daloy ng kasalukuyang ito na kailangang tiisin ng transformer, ng mga kable, at ng switchgear. Ginagawa ito nang isang beses lamang sa yugto ng disenyo, at karaniwang nakapaloob sa iisang linya ng isang teknikal na tseklist.

Ang apat na paraan ay sakop ang halos lahat ng industriyal, utility, at data center na sistema: solid grounding, low-resistance grounding, high-resistance grounding, at grounding sa pamamagitan ng zig-zag o wye-delta grounding transformer. Ang bawat isa ay sumasagot sa iba't ibang katanungan, at ang tamang sagot ay nakasalalay sa kung ano ang gusto mong gawin ng sistema sa unang ground fault.

 

Ano ang Tinatadhana ng Transformer Neutral Grounding

Ang ground fault ay nagkukumpleto ng circuit sa pagitan ng isang phase conductor at ng lupa. Ang kasalukuyang dumadaloy ay itinatakda ng impedance ng return path, at ang return path na iyon ay nililikha ng koneksyon sa pagitan ng system neutral at ng grounding electrode system. Palitan ang koneksyon at babaguhin mo ang fault current, ang bilis ng deteksyon, at ang dami ng pinsala na dulot ng fault habang tinatanggal ito.

May dalawang sanggunian na karapat-dapat banggitin sa specification. IEEE Std 3003.1-2019 ay sumasaklaw sa system grounding para sa industrial at commercial power systems at ang modernong kapalit ng Green Book family; IEEE Std C62.92.1-2016 ay sumasaklaw sa neutral grounding para sa utility systems na may rating na higit sa 1,000 V. Parehong itinayo sa paligid ng parehong trade-off: ang ground-fault current ay kailangang sapat na mataas upang madaanan nang maaasahan ang deteksyon, at sapat na mababa upang hindi sirain ang kagamitan.

Ang sumusunod na talahanayan ay pinaikli ang apat na pamamaraan.

Paraan	Karakteristikong fault current	Pilosopiya ng deteksyon	Kung Saan Ito Angkop
Matatag na pagkonekta sa lupa	Hanggang sa bolted three-phase value	Agad na sobrang kasalukuyan, nagpapakawala	480 V at mas mababa, pangkalahatang distribusyon ng mababang boltahe
Mababang resistensya (LRG)	100 A - 1,000 A, karaniwang 200 A - 400 A	Mga relay ng sobrang kasalukuyan, selektibong koordinasyon	Distribusyon ng katamtamang boltahe sa industriya na nangangailangan ng selektibong pagpapakawala
Mataas na resistensya (HRG)	5 A - 25 A	Sensitibong relay, una ang babala	Mga halaman na puno ng mga drive, patuloy na proseso, sentro ng datos
Zig-zag na transformador para sa pag-ground	Itinakda ng disenyo ng resistor o transformador	Sensitibong relay	Delta na sistema, walang ma-access na neutral

 

Solid Grounding: Pinakamababang gastos at pinakamataas na fault current

Sa isang solidly grounded system, ang neutral ay direktang konektado sa grounding electrode system. Wala kung ano mang limitasyon sa daloy ng kasalukuyan, kaya ang phase-to-ground fault ay maaaring malapitan ang halaga ng bolted three-phase sa puntong iyon—mga sampung kiloamps sa isang 2,000 kVA na yunit sa 480 V. Hindi ito depekto sa disenyo; ito ang layunin. Ang fault ay malaki, lahat ng protective device ay nakikita ito, at natatanggal ito sa loob ng ilang cycles.

Ang bill ay dumadating sa ibang lugar. Ang pagpapalakas ng bus, ang mga rating ng breaker na naghaharang, at ang kalkulasyon ng incident-energy sa pag-aaral ng arc-flash ay lahat ay nakabase sa kasalukuyang daloy. Ang solid grounding ay nananatiling praktikal na opsyon para sa karamihan ng 480 V na sistema, dahil ang phase-to-ground voltage ay nananatiling 277 V at ang mga tungkulin ng insulation at surge arrester ay nananatiling katamtaman. Ang punto kung saan ito ay nawawala ang kahulugan ay sa medium voltage, kung saan ang parehong lohika ay nagreresulta sa mga fault current na hindi gusto ng transformer, ng mga kable, at ng switchgear.

Isa sa mga kahihinatnan ay nakapagpapangiti sa mga tao. Sa isang solidly grounded system, ang karamihan sa mga fault ay nagsisimula bilang isang solong phase-to-ground na pangyayari at natatapos bago pa man ito lumalawak. Sa isang ungrounded o high-resistance grounded system, ang unang fault ay madalas na hindi nalilinis kailanman.

 

Resistance Grounding: Mababang Resistance versus Mataas na Resistance

Ang paglalagay ng isang resistor sa pagitan ng neutral at earth ay nagpapabago ng isang kaisipan sa disenyo sa isang numero. Ang low-resistance grounding ay karaniwang naglilimita sa kasalukuyang daloy sa ilang daang amperes—karaniwan ang 200 A hanggang 400 A sa medium voltage—which ay sapat pa rin para ma-detect at ma-coordinate ng mga standard overcurrent relay. Kaya ginagamit ang LRG kung ang planta ay nais na ang nasirang feeder ay mag-trip nang piling-pili imbes na i-trip ang pangunahing sistema.

Ang high-resistance grounding ay mas malalim pa at naglilimita sa ground-fault current sa 5 A, 10 A o 25 A. Sa mga antas na ito, ang kawalan ng katiyakan ay karaniwang nagpapakita bilang isang alarm imbes na isang trip, at patuloy na gumagana ang planta habang hinahanap ng maintenance ang pinagmulan nito. Ginagamit ang pamamaraang ito sa mga industriyal na sistema na puno ng mga drive, sa mga planta na may tuloy-tuloy na proseso na hindi kayang tiisin ang isang trip, at sa medium-voltage distribution ng data centre. Hindi na kailangan ng transformer at ng mga kable na tumagal sa isang multi-kiloamp na pangyayari, at bumababa ang peligro ng arc-flash mula sa ground fault dahil sa mas mababang kasalukuyang daloy.

Ito ang bahagi na kadalasang napapalampas ng karamihan sa mga mamimili. Ang isang sistema na may mataas na resistensya at nakaground ay gumagana lamang kung ang kasalukuyang pumapasok sa resistor ay mas mataas kaysa sa kasalukuyang pagcha-charge ng sistema. Ang kasalukuyang pagcha-charge mula sa shielded cable, surge arresters, at input filters ng drive ay tunay na kasalukuyan, at sa isang ground fault, ito ay dumadaloy sa resistor at sa fault nang sabay-sabay. Kung ang kasalukuyang pumapasok sa resistor ay mas maliit kaysa sa iyon, hindi makakilala ng relay ang isang fault mula sa normal na capacitive current—na eksaktong nangyari sa halimbawa na binuksan ang artikulong ito. Ang tamang pagkakasunod-sunod ay sukatin ang capacitive current ng aktwal na instalasyon, pumili ng resistor current na mas mataas kaysa dito kasama ang margin, at lamang pagkatapos noon ay itakda ang time rating.

 

 

Zig-Zag Grounding Transformers: Isang Neutral Kung Saan Walang Neutral

Ang lahat sa itaas ay sumusupposing ng isang neutral na maaari mong ikonekta ang isang resistor. Ang isang delta-connected na source, o isang transformer kung saan ang neutral ng secondary ay hindi inilabas, ay hindi nagbibigay ng ganitong punto. Ang isang zig-zag unit ang nagso-solve nito. Ang mga winding nito ay nagpapakita ng mababang impedance sa zero-sequence current, kaya't lumilikha sila ng isang sinasadyang return path para sa ground-fault current, habang nagpapakita ng mataas na impedance sa positive- at negative-sequence current, kaya't ang unit ay halos walang dala-dalang load current sa normal na operasyon.

Ang ganitong pag-uugali ang dahilan kung bakit ang grounding transformer tinutukoy ito mula sa isang lubos na iba't ibang data sheet kaysa sa isang load transformer. Ang mga numero na dapat sumang-ayon ay ang maikling panahong neutral current at ang kaniyang tagal—10 segundo at 1 minuto ang karaniwang rating—kasama ang kakayahang magbigay ng patuloy na neutral current para sa imbalance na dulot ng normal na operasyon, na sa isang zig-zag unit ay karaniwang ilang porsyento lamang ng maikling panahong figure. Kung tukuyin mo ito batay lamang sa maikling panahong numero, maaaring mapainitin nang labis ang unit dahil sa tuloy-tuloy na imbalance. Kung tukuyin mo ito gaya ng isang load transformer, bibilhin mo ang copper na hindi mo gagamitin kailanman.

Sa mga sistema na may maraming drive, ang zig-zag unit ay karaniwang pinagsasama sa isang resistor. Ang resistor ang nagtatakda ng let-through current; ang transformer naman ang nagbibigay ng neutral na kailangan ng resistor.

 

Pagpapalawak ng Resistor: Apat na Numero ang Nagdedesisyon Kung Gumagana Ba Ito

Ang neutral grounding resistor ay isang maikling panahong device na may kaunting mahahalagang rating. Ang apat na ito ang nagdedesisyon kung ang scheme ay gumagana sa aktwal na serbisyo:

• Sukatin ang capacitive current. Sukatin ito sa tunay na instalasyon, sa tunay na boltahe. Ang mga halaga sa talahanayan ay isang simula lamang, hindi ang sagot.
• Kasalukuyang dumadaan. 5 A, 10 A, o 25 A para sa mataas-na-resistensyang pag-uugnay sa lupa; 200 A hanggang 400 A para sa mababang-resistensyang pag-uugnay sa lupa. Sa parehong kaso, dapat ito ay mas mataas kaysa sa nasukat na kapasitibong kasalukuyan, kasama ang margin.
• Rating ng oras. Ang sampung segundo at isang minuto ay karaniwan. Ang isang 400 A, 10-segundong resistor sa isang 13.8 kV na sistema ay nagpapalabas ng humigit-kumulang 3.2 MW habang dinala nito ang kawalan ng kaginhawahan—humigit-kumulang 32 MJ ng enerhiya sa loob ng sampung segundo. Ang isang kawalan ng kaginhawahan na iniwan sa sistema ay sirain ito.
• Rating ng boltahe at insulasyon. Sa panahon ng ground fault, ang resistor ay pinapanatili ang buong linya-ng-sistema hanggang sa neutral na boltahe, nang tuloy-tuloy, sa buong tagal ng pangyayari.

May dalawa pang bagay na dapat isama sa parehong usapan ngunit hindi sa datasheet ng resistor: ang paraan ng pagkakakita—kung ano ang ginagawa ng relay sa kasalukuyang nakikita nito, at kung ito ba ay magpapaalarma o magtutrip—at, para sa mababang-resistensyang pag-uugnay sa lupa, kung ang pag-aaral ng koordinasyon ay nananatiling wasto kapag ang kasalukuyan ay limitado.

 

Paano Sinusuportahan ng Ryan Electric ang Disenyo ng Grounding sa mga Pasadyang Order

Ang disenyo ng grounding ay nagsisimula sa transformer, dahil ang konpigurasyon ng winding ang nagdedesisyon kung may umiiral na neutral o hindi. Sa isang pasadyang tatluhang-phase na transformer na may secondary na wye, inilalabas namin ang neutral gamit ang insulated bushing na may rating para sa ground-fault duty na tinutukoy ng pag-aaral, at ibinibigay namin ang data ng winding configuration at vector group na kailangan ng mga pag-aaral sa grounding at coordination. Kapag ang plano ng customer ay nangangailangan ng resistance o zig-zag grounding, kinokonperma namin ang kaayusan ng neutral sa yugto ng quotation imbes na sa factory acceptance test. Ito ay isang limampung-minutong usapan sa simula at isang order para sa pag-uulit kung ito ay napalampas.

Gumagawa kami sa isang pasilidad na may sukat na 120,000 metro kuwadrado na may higit sa 180 na hanay ng kagamitan para sa produksyon at pagsusuri, at 37 na patent. Mayroon din kaming sertipikasyon mula sa UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS, at CE. Simula noong 2023, ang Ryan Electric ay nagsisilbing opisyal na kasamang negosyo ng Eaton. Ang ulat ng karaniwang pagsusuri na kasama sa bawat yunit ay naglalaman ng datos tungkol sa resistensya ng panali at ratio—mga impormasyong kailangan ng koponan para sa commissioning upang patunayan ang mga koneksyon sa neutral at grounding sa lugar.

 

Ipadala ang Scheme ng Grounding Kasama ang RFQ para sa Transformer

Ipadala sa amin ang one-line diagram, ang paraan ng grounding, ang kasalukuyang neutral at ang tagal nito na inaasahan sa disenyo, at ang rating ng transformer. Ang aming inhinyerong koponan ay magbabalik sa inyo ng isang pagkakalagay para sa neutral grounding ng transformer na sumasalamin sa inyong pag-aaral—kasama na ang neutral bushing—upang ang inhinyero para sa commissioning ay makapagtatag ng isang disenyo, hindi kailangang hanapin ito. Ang tamang paghahanda sa yugto ng pagkuwenta ay walang gastos. Ngunit ang paghahanap nito pagkatapos ng unang ground fault ay magdudulot ng outage.

 

Tungkol sa May-Akda: Isinulat ang artikulong ito ng engineering team ng Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), isang tagagawa ng cast resin, oil-immersed, at pad-mounted transformers para sa utility, data centre, renewable generation, at industrial na mga customer simula noong 2007. Ang team ay gumagawa araw-araw batay sa mga kinakailangan ng IEEE C57 at IEC 60076, at sumusuporta sa mga developer at EPC contractor sa pamamagitan ng specification, factory testing, at site commissioning.