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

Ano ang Grounding Transformer?

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

Pagkakaiba 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 naka-configure sa delta (Δ) o wye (Y) configuration nang walang accessible na 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 inilapat sa magkasalungat na direksyon sa parehong magnetic core limb. Ang disenyo na ito ay nagpapahintulot sa zero-sequence magnetic flux na lumampas sa pamamagitan ng core limbs, habang 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), samantalang ang conventional transformer ay mas mataas. Ayon sa teknikal na regulasyon, kapag ginamit ang conventional transformer upang i-connect ang arc suppression coil, ang capacity ng coil ay hindi dapat lampa sa 20% ng rated capacity ng transformer. Sa kabilang banda, ang Z-type transformer ay maaaring magdala ng arc suppression coil sa 90%–100% ng sariling capacity nito. Bukod dito, ang mga grounding transformers ay maaaring magbigay ng secondary loads at magsilbing station service transformers, na siyang nagpapahusay sa investment costs.

Pangunahing Prinsipyong Pagganap 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 pumapayag lamang ng maliliit na excitation current na lumampas sa mga winding. Sa bawat core limb, ang dalawang bahagi ng winding ay inilapat sa magkasalungat na direksyon. Kapag equal na zero-sequence currents ang lumampas sa mga winding sa parehong limb, sila ay nagpapakita ng mababang impedance, na nagreresulta sa minimal na 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 parehong phase, ang dalawang winding ay konektado sa serye ng magkasalungat na polarity—ang kanilang induced electromotive forces ay pantay-pantay sa laki ngunit magkasalungat 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 disenyo nang walang secondary winding. Sa normal na operasyon ng grid, ang grounding transformer ay gumagana nang halos walang load. 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 nakakakilala at pansamantalang inihiwalay ang faulty feeder. 

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

Mga Konsekwensiya Kung Hindi Maaaring Ma-reliable na I-extinguish ang Grounding Arc

• Ang intermittent extinction at reignition ng single-phase ground arc ay naglilikha ng arc-ground overvoltages na may amplitudes na umabot sa 4U (kung saan ang U ay ang peak phase voltage) o kahit pa mas mataas, na tumatagal ng mahabang panahon. Ito ay nagbabanta 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 nagpapahina ng insulating properties nito at nagpapataas ng posibilidad ng phase-to-phase short circuits.

• Maaaring mag-occur ang ferroresonant overvoltages, na madaling nagdudulot ng pinsala sa voltage transformers at surge arresters—na maaari pa ring humantong sa explosion ng arrester. Ang mga konsekwensiyang ito ay nagpapahigpit sa integrity ng insulation ng grid equipment at nagbabanta sa safe operation ng buong power system.

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

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

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

Operational Characteristics ng Grounding Transformers

Ang grounding transformer ay gumagana sa walang-load na kondisyon sa normal na operasyon ng grid at kumakalat ng maikling sobrang load sa oras ng mga kamalian. Sa buod, ang tungkulin ng grounding transformer ay magsimula ng isang artipisyal na neutral point para sa koneksyon ng grounding resistor. Sa oras ng ground fault, ito ay nagpapakita ng mataas na impeksiyansa sa positive- at negative-sequence currents ngunit mababang impeksiyansa sa zero-sequence current, tiyak na pagpapatuloy ng reliable na operasyon ng ground-fault protection.

Neutral Grounding via Arc Suppression Coil Systems

Kapag may transient single-phase ground fault ang nangyari sa grid dahil sa mahinang insulation ng equipment, panlabas na pinsala, error ng operator, panloob na overvoltage, o anumang iba pang dahilan, ang ground fault current ay lumiliko sa pamamagitan ng arc suppression coil bilang inductive current, na kabaligtaran ang direksyon sa capacitive current. Ito ay maaaring bawasan ang current sa punto ng fault sa napakaliit na halaga o kahit na zero, kaya natutugunan ang arc at inalis ang mga kasamang panganib. Ang fault ay awtomatikong nalilinis nang hindi nag-trigger ng relay protection o circuit breaker tripping, malaking pagtaas ng reliabilidad ng suplay ng kuryente.

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 mababa kaysa sa capacitive current.

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

• Full compensation: Ang inductive current pagkatapos ng compensation ay kapareho 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, nagpapataas ng mapanganib na mataas 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.

Pangunahing Dahilan para sa Pag-adopt ng Over-Compensation

Sa mga under-compensated systems, madaling mangyari ang mataas na overvoltages sa oras ng mga fault. Halimbawa, kung bahagi ng mga linya ay nawasak dahil sa fault o iba pang dahilan, ang under-compensated system ay maaaring lumipat patungo sa full compensation, nagdudulot ng series resonance at nagreresulta sa napakataas na neutral displacement voltage at overvoltage. Ang malaking neutral displacement sa under-compensated systems ay dinadala rin ang banta sa integrity ng insulation—isa ring drawback na hindi maiiwasan 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). Ang ganitong resonance ay hindi nangyayari sa over-compensation.

Ang power systems ay patuloy na lumalago, at ang capacitance ng grid sa ground ay tumataas din. Sa over-compensation, ang orihinal na na-install na arc suppression coil ay maaaring manatili sa serbisyo para sa ilang panahon—kahit na sa huli ay lumipat ito patungo sa under-compensation. Ngunit, 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 lumiliko sa punto ng fault ay inductive. Pagkatapos ng extinction ng arc, ang rate ng recovery ng faulted phase voltage ay mas mabagal, kaya mas kaunti ang posibilidad ng re-ignition ng arc.

Sa under-compensation, ang pagbawas ng frequency ng sistema ay pansaminang nagpapataas ng degree ng over-compensation, na walang isyu sa normal na operasyon. Sa kabilang banda, ang under-compensation kasama ng pagbawas ng frequency ay maaaring dalhin ang sistema malapit sa full compensation, nagdudulot ng pagtaas ng neutral displacement voltage.

Buod

Ang grounding transformer ay gumagampan din bilang station service transformer, nag-step down ng 35 kV voltage hanggang 380 V low voltage upang mag-supply ng kuryente para sa battery charging, SVG fan power, maintenance lighting, at general station auxiliary loads.

Sa modernong power grids, ang mga cable ay malawakang nagsasalitla sa halip ng overhead lines. Dahil ang single-phase capacitive ground-fault current ng cable lines ay mas malaki kaysa sa overhead lines, ang neutral grounding via arc suppression coils ay kadalasang hindi matutugunan ang fault arc at suppress ang 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 gumagana upang trip breakers. Kapag nangyari ang single-phase ground fault, ang faulty feeder ay mabilis na inililayo.