Ano ang mga pagkakaiba sa pagitan ng isang grounding transformer at isang conventional transformer?

Ano ang Grounding Transformer?

Ang grounding transformer, na maaring tawagin bilang "grounding transformer," ay maaaring paghiwalayin sa mga oil-immersed at dry-type batay sa laman ng puno; at sa three-phase at single-phase grounding transformers batay sa bilang ng mga phase.

Paghahambing ng Grounding Transformers at Conventional Transformers

Ang layunin ng grounding transformer ay lumikha ng isang artipisyal na neutral point para sa koneksyon ng arc suppression coil o resistor kapag ang sistema ay nakakonekta sa delta (Δ) o wye (Y) configuration nang walang accessible neutral point. Ang mga transformer na ito ay gumagamit ng zigzag (o "Z-type") winding connections. Ang pangunahing pagkakaiba mula sa conventional transformers ay ang bawat phase winding ay nahahati sa dalawang grupo na inihulma sa kabaligtarang direksyon sa iisang magnetic core limb. Ang disenyo na ito ay nagpapahintulot sa zero-sequence magnetic flux na lumampas sa pamamagitan ng core limbs, samantalang sa conventional transformers, ang zero-sequence flux ay lumilipad sa leakage paths. 

Kaya, ang zero-sequence impedance ng Z-type grounding transformer ay napakababa (sa paligid ng 10 Ω), habang ang conventional transformer ay mas mataas. Ayon sa teknikal na regulasyon, kapag ginamit ang conventional transformer upang magkonekta ng arc suppression coil, ang kapasidad ng coil ay hindi dapat lumampas sa 20% ng rated capacity ng transformer. Sa kabilang dako, ang Z-type transformer ay maaaring dalhin ang arc suppression coil sa 90%–100% ng sariling kapasidad nito. Bukod dito, ang grounding transformers ay maaaring magbigay ng secondary loads at magsilbi bilang station service transformers, na siyang nagpapahusay sa investment costs.

Pamamaraan ng Paggana ng Grounding Transformers

Ang grounding transformer ay artipisyal na lumilikha ng isang neutral point kasama ang grounding resistor, na karaniwang may napakababang resistance (karaniwang kinakailangan na mas mababa sa 5 ohms). Bukod dito, dahil sa mga electromagnetic characteristics nito, ang grounding transformer ay nagpapakita ng mataas na impedance sa positive- at negative-sequence currents, na pinapayagan lamang ang maliit na excitation current na lumampas sa mga winding. Sa bawat core limb, ang dalawang bahagi ng winding ay inihulma sa kabaligtarang direksyon. Kapag ang equal zero-sequence currents ay lumampas sa mga winding sa iisang limb, sila ay nagpapakita ng mababang impedance, na nagreresulta sa minimal voltage drop. 

Kapag may ground fault, ang mga winding ay nagdadala ng positive-, negative-, at zero-sequence currents. Ang winding ay nagpapakita ng mataas na impedance sa positive- at negative-sequence currents, ngunit mababang impedance sa zero-sequence current dahil, sa loob ng iisang phase, ang dalawang winding ay konektado sa serye ng kabaligtarang polarity—ang kanilang induced electromotive forces ay pantay-pantay sa magnitude ngunit kabaligtaran sa direksyon, kaya nagcacancel out ang isa't isa.

Maraming grounding transformers ang ginagamit lamang upang magbigay ng isang low-resistance neutral point at hindi nagbibigay ng anumang secondary load; kaya, marami ang idinisenyo nang walang secondary winding. Sa normal na operasyon ng grid, ang grounding transformer ay gumagana nang halos walang-load state. Gayunpaman, kapag may fault, ito ay nagdadala ng fault current ng maikling panahon lamang. Sa isang low-resistance grounded system, kapag may single-phase ground fault, ang highly sensitive zero-sequence protection ay mabilis na naiidentipiko at pansamantalang ini-isolate ang faulty feeder. 

Ang grounding transformer ay aktibo lamang sa maikling panahon sa pagitan ng pagkakaroon ng fault at ang operasyon ng zero-sequence protection ng feeder. Sa panahong ito, ang zero-sequence current ay lumalampas sa pamamagitan ng neutral grounding resistor at ang grounding transformer, sumusunod sa formula: IR = U / R₁, kung saan ang U ay ang system phase voltage at ang R₁ ay ang neutral grounding resistance.

Mga Bunga Kung Hindi Maaaring Maugnay ang Grounding Arc

• Ang intermittent extinction at reignition ng single-phase ground arc ay lumilikha ng arc-ground overvoltages na may amplitudes na umabot hanggang 4U (kung saan ang U ay ang peak phase voltage) o kahit pa mas mataas, na tumatagal ng mahabang panahon. Ito ay nagpapahamak sa insulation ng electrical equipment, na maaaring magresulta sa breakdowns sa mga weak insulation points at nagdudulot ng malaking pagkawala.

• Ang patuloy na arcing ay ionizes ang paligid na hangin, na nagbabawas ng mga insulating properties nito at nagpapataas ng posibilidad ng phase-to-phase short circuits.

• Maaaring mangyari ang ferroresonant overvoltages, na madaling nagdudulot ng pinsala sa mga voltage transformers at surge arresters—na maaaring humantong sa explosion ng arrester. Ang mga bunga na ito ay nangangalait sa integrity ng insulation ng grid equipment at nagpapahamak sa safe operation ng buong power system.

Ano ang Positive-, Negative-, at Zero-Sequence Currents?

• Negative-sequence current: Ang Phase A ay lagging ang Phase B ng 120°, ang Phase B ay lagging ang Phase C ng 120°, at ang Phase C ay lagging ang Phase A ng 120°.

• Positive-sequence current: Ang Phase A ay leading ang Phase B ng 120°, ang Phase B ay leading ang Phase C ng 120°, at ang Phase C ay leading ang Phase A ng 120°.

• Zero-sequence current: Ang lahat ng tatlong phases (A, B, C) ay in phase—walang phase ang leading o lagging sa isa't isa.

Sa panahon ng three-phase short-circuit faults at normal operation, ang sistema ay naglalaman lamang ng positive-sequence components.
Sa panahon ng single-phase ground faults, ang sistema ay naglalaman ng positive-, negative-, at zero-sequence components.
Sa panahon ng two-phase short-circuit faults, ang sistema ay naglalaman ng positive- at negative-sequence components.
Sa panahon ng two-phase-to-ground short-circuit faults, ang sistema ay naglalaman ng positive-, negative-, at zero-sequence components.

Mga Katangian ng Paggana ng Grounding Transformers

Ang grounding transformer ay gumagana sa walang-load na kondisyon sa normal na operasyon ng grid at kumakalat ng maikling panahong overload sa mga pagkakamali. Sa kabuuan, ang tungkulin ng grounding transformer ay lumikha ng isang neutral point nang artipisyal para sa koneksyon ng grounding resistor. Sa panahon ng ground fault, ito ay nagpapakita ng mataas na impeksiyansiya sa positive- at negative-sequence currents ngunit mababang impeksiyansiya sa zero-sequence current, tiyak na pagpapatakbo ng ground-fault protection.

Neutral Grounding via Arc Suppression Coil Systems

Kapag may transient single-phase ground fault ang grid dahil sa mahinang insulasyon ng kagamitan, eksternal na pinsala, pagkakamali ng operator, internal overvoltage, o anumang iba pang sanhi, ang ground fault current ay dumaan sa arc suppression coil bilang inductive current, na kabaligtaran sa direksyon ng capacitive current. Ito ay maaaring bawasan ang current sa punto ng pagkakamali sa napakaliit na halaga o maging zero, samantalang pinapatay ang arc at inalis ang mga kasamang panganib. Ang pagkakamali ay awtomatikong natutugunan nang hindi nag-trigger ng relay protection o circuit breaker tripping, na malaking nagpapabuti sa reliabilidad ng power supply.

Tatlong Compensation Operating Modes

May tatlong iba't ibang compensation operating modes: under-compensation, full compensation, at over-compensation.

• Under-compensation: Ang inductive current pagkatapos ng compensation ay mas maliit kaysa sa capacitive current.

• Over-compensation: Ang inductive current pagkatapos ng compensation ay mas malaki kaysa sa capacitive current.

• Full compensation: Ang inductive current pagkatapos ng compensation ay katumbas ng capacitive current.

Compensation Mode Used in Neutral Grounding via Arc Suppression Coil Systems

Sa mga sistema na may neutral grounding sa pamamagitan ng arc suppression coil, dapat iwasan ang full compensation. Anuman ang laki ng system unbalance voltage, ang full compensation ay maaaring magdulot ng series resonance, na nagpapaharap ng napakataas na voltages sa arc suppression coil. Kaya, ang over-compensation o under-compensation ang ginagamit sa praktikal, at ang over-compensation ang pinaka-karaniwang gamit.

Main Reasons for Adopting Over-Compensation

Sa mga under-compensated systems, madaling mangyari ang mataas na overvoltages sa panahon ng mga pagkakamali. Halimbawa, kung bahagi ng mga linya ay idine-disconnect dahil sa pagkakamali o iba pang dahilan, ang isang under-compensated system maaaring lumipat patungo sa full compensation, nagdudulot ng series resonance at nagreresulta sa napakataas na neutral displacement voltage at overvoltage. Malaking neutral displacement sa under-compensated systems ay nagbubanta rin sa integrity ng insulasyon—isa ring hadlang na hindi maaaring maiwasan habang ginagamit ang under-compensation.

Sa normal na operasyon ng isang under-compensated system na may significant three-phase imbalance, maaaring mangyari ang napakataas na ferroresonant overvoltages. Ang phenomenon na ito ay nagmumula sa ferromagnetic resonance sa pagitan ng under-compensated arc suppression coil (kung saan ωL > 1/(3ωC₀)) at ang line capacitance (3C₀). Hindi ito nangyayari sa over-compensation.

Ang mga power systems ay patuloy na lumalaki, at ang capacitance ng grid sa ground ay tumataas din. Sa over-compensation, ang orihinal na ininstal na arc suppression coil maaaring manatili sa serbisyo para sa ilang panahon—kahit na sa huli ay lumipat ito patungo sa under-compensation. Gayunpaman, kung ang sistema ay nagsisimula sa under-compensation, anumang paglalago ay agad na nangangailangan ng karagdagang capacity ng compensation.

Sa over-compensation, ang current na dumaan sa fault point ay inductive. Pagkatapos ng pag-extinguish ng arc, ang recovery rate ng faulted phase voltage ay mas mabagal, na nagpapababa ng posibilidad ng pag-re-ignite ng arc.

Sa ilalim ng over-compensation, ang pagbaba ng frequency ng sistema ay nagpapataas lamang ng degree ng over-compensation sa pansamantalang panahon, na hindi nagiging isyu sa normal na operasyon. Sa kabilang banda, ang under-compensation kasama ang pagbaba ng frequency maaaring mapalapit ang sistema sa full compensation, na nagdudulot ng pagtaas ng neutral displacement voltage.

Buod

Ang grounding transformer ay gumagana rin bilang station service transformer, na binababa ang 35 kV voltage hanggang 380 V low voltage upang magbigay ng power para sa battery charging, SVG fan power, maintenance lighting, at general station auxiliary loads.

Sa modernong power grids, ang mga cable ay malawakang nagsasalitain ng mga overhead lines. Dahil ang single-phase capacitive ground-fault current ng mga cable lines ay mas malaki kaysa sa overhead lines, ang neutral grounding via arc suppression coils madalas hindi makapagpapatay ng fault arc at suppres ng dangerous resonant overvoltages. Kaya, ang aming substation ay gumagamit ng low-resistance neutral grounding scheme. Ang approach na ito ay katulad ng solidly grounded neutral systems at nangangailangan ng installation ng single-phase ground-fault protection na nag-o-operate upang trip breakers. Kapag may single-phase ground fault, ang faulty feeder ay mabilis na inililayo.