Pagsusuri ng Proteksyon sa Earth Fault sa Mababang Volt na mga Sistemang Distribusyon para sa mga Data Center
Ang mga linya ng distribusyon ng mababang voltaje ay malawak na ginagamit sa iba't ibang industriya, at ang mga kapaligiran ng distribusyon ay komplikado at iba't iba. Ang mga linyang ito ay hindi lamang ina-access ng mga propesyonal kundi pati na rin nang regular ng mga hindi espesyalista, na nagpapataas ng panganib ng mga pagkakamali. Ang hindi maayos na disenyo o instalasyon ay madaling maaaring magresulta sa electric shock (lalo na ang indirect contact), pinsala sa wiring, o kahit na electrical fire.
Ang sistema ng grounding ay isang mahalagang bahagi ng mga network ng mababang voltaje - isang teknikal na komplikadong at safety-critical na elemento ng engineering. Ang uri ng sistema ng grounding ay malapit na nauugnay sa epektividad ng proteksyon laban sa grounding fault.
Kasalukuyan, ang mga sistemang mababang voltaje sa data centers sa buong Tsina pangunahing gumagamit ng TN-S grounding configuration. Ang mga sistemang ito ay may maraming mga aparato ng mababang voltaje at malawak na cabling, na kinakatawan ng malaking capital investment. Anumang pagkakamali, kung hindi agad na nasolusyunan, maaaring magresulta sa seryosong pinsala sa personal at malaking pinsala sa ari-arian, kaya nangangailangan ng napakataas na reliabilidad mula sa sistemang distribusyon.
Upang magbigay ng mas komprehensibo at sistemang paliwanag tungkol sa proteksyon laban sa grounding fault sa mga sistemang mababang voltaje, ang sumusunod na seksyon ay nagbibigay ng paghahambing ng iba't ibang mga konfigurasyon ng grounding at ang kanilang mga kaugnay na paraan ng proteksyon laban sa fault.
Pangkalahatang Kahilingan para sa Proteksyon Laban sa Earth Fault
- Ang sistema ng proteksyon laban sa earth fault ay dapat na idisenyo upang mabigyan ng epektibong pagbabantay laban sa indirect electric shock sa personal, pati na rin sa mga aksidente tulad ng electrical fires at pinsala sa wiring.
- Ang mga nakalantad na conductive parts ng electrical equipment ay dapat na maasahan na konektado sa protective conductor (PE conductor) ayon sa partikular na kondisyon ng sistema. Ang mga externally accessible conductive parts na maaaring samantalang itouch ay dapat na konektado sa parehong sistema ng grounding upang tiyakin ang potential equalization.
- Kung ang proteksyon laban sa earth fault ng isang electrical installation ay hindi makakatugon sa pangangailangan para sa automatic disconnection ng fault circuit sa itinakdang oras, ang supplementary equipotential bonding ay dapat na ipatupad sa lokal na lugar upang bawasan ang touch voltage at mapataas ang kaligtasan.
Proteksyon Laban sa Earth Fault sa TN Systems
Sa mga TN systems, ang mga katangian ng operasyon ng proteksyon laban sa earth fault para sa mga distribution circuits ay dapat na matugunan ang sumusunod na kondisyon:
Zs × Ia ≤ Uo
Kung saan:
- Zs — Total impedance ng earth fault loop (Ω);
- Ia — Current na kailangan upang i-disconnect ng protective device ang fault circuit sa itinakdang oras (A);
- Uo — Nominal voltage sa pagitan ng phase at earth (V).
Tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba, kapag nagkaroon ng ground fault sa phase L3, ang fault current (Id) ay lumiliko sa pamamagitan ng L3 phase conductor, ang metalic enclosure ng equipment, at ang PE protective conductor, na nagpapabuo ng saradong loop. Ang Zs ay kumakatawan sa total impedance ng phase-to-protective conductor loop, at ang Uo ay 220V.
Mga Kahilingan sa Oras ng Disconnection para sa Proteksyon Laban sa Earth Fault sa TN Systems
Para sa mga TN system distribution circuits na may nominal phase-to-earth voltage ng 220V, ang oras na kailangan para sa proteksyon laban sa earth fault upang i-disconnect ang fault circuit ay dapat na tugunan ang sumusunod na mga kahilingan:
- Para sa mga distribution circuits o final circuits na nagbibigay ng fixed electrical equipment, ang oras ng disconnection ay hindi dapat lumampas sa 5 segundo;
- Para sa mga circuits na nagbibigay ng hand-held o mobile equipment, o socket-outlet circuits, ang oras ng disconnection ay hindi dapat lumampas sa 0.4 segundo.
Paggamit ng Mga Paraan ng Proteksyon Laban sa Earth Fault sa TN Systems:
a. Kapag ang nabanggit na mga kahilingan sa oras ng disconnection ay matutugunan, ang overcurrent protection ay maaaring gamitin din bilang earth fault protection;
b. Kapag ang overcurrent protection ay hindi matutugunan ang mga kahilingan, ngunit ang zero-sequence current protection ay kaya, ang zero-sequence current protection ay dapat gamitin. Ang setting value ng proteksyon ay dapat mas mataas sa pinakamalaking unbalanced current sa normal na operasyon;
c. Kapag walang anuman sa mga nabanggit na paraan ang matutugunan ang mga kahilingan, ang residual current operated protection (RCD, o "leakage current protection") ay dapat gamitin.
Proteksyon Laban sa Earth Fault sa TT Systems
Ang katangian ng operasyon ng proteksyon laban sa earth fault sa TT system distribution circuits ay dapat na matugunan ang sumusunod na kondisyon:
RA × Ia ≤ 50 V
Kung saan:
- RA — Ang kabuuang earth electrode resistance ng exposed conductive parts at ang neutral (N) conductor earth resistance (Ω);
- Ia — Ang current na kailangan upang matiyak ang reliable disconnection ng fault circuit ng protective device (A).
Tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba, kapag nagkaroon ng ground fault sa phase L3, ang fault current (Id) ay lumiliko sa pamamagitan ng L3 conductor, ang metalic enclosure ng equipment, ang resistance ng grounding electrode ng equipment, ang earth, at bumabalik sa source sa pamamagitan ng neutral point grounding resistance, na nagpapabuo ng fault loop. Ang halaga ng 50 V ay kumakatawan sa safety limit para sa touch voltage, na nag-aasure na ang voltage na maaaring ma-expose ang tao sa panahon ng fault ay hindi nagpapahamak.
Paggamit ng Proteksyon Laban sa Earth Fault para sa TT Systems:
- Kapag ang overcurrent protective devices ay ginagamit, ang current Ia ay dapat ang halaga na matitiyak ang disconnection ng fault circuit sa loob ng 5 segundo;
- Kapag ang instantaneous-trip overcurrent protective devices ay ginagamit, Ia ay dapat ang minimum na current na kailangan upang matiyak ang instantaneous operation;
- Kapag ang residual current operated protective devices (RCDs, o "leakage current protection") ay ginagamit, Ia ay dapat ang kanilang rated residual operating current In.
Proteksyon Laban sa Earth Fault sa IT Systems
Sa normal na operasyon, ang leakage current sa bawat phase ng isang IT system ay binubuo ng capacitive current to earth—na tinatakan bilang Iac, Ibc, Ica—at ang vector sum ng mga three-phase earth capacitance currents ay zero. Kaya, ang neutral point voltage ay maaaring ituring na 0V.
Kapag ang unang earth fault ay nangyari, ang voltage-to-earth sa healthy (non-faulted) phases ay tumataas ng factor ng √3. Ito ay nagpapahiwatig na ang IT systems ay nagbibigay ng mas mataas na insulation level requirements sa electrical equipment kumpara sa TN at TT systems. Gayunpaman, dahil ang current sa unang earth fault ay napakaliit (primarily capacitive current), ang sistema ay maaari pa ring magpatuloy sa operasyon. Ngunit, kailangan ng isang insulation monitoring device upang magbigay ng alarm sa deteksiyon ng unang fault, na nagbibigay-daan sa operation at maintenance personnel na mabilis na lokasyon at i-rectify ang fault.
- Kapag ang mga exposed conductive parts ay individual na grounded, ang disconnection ng fault circuit sa ikalawang fault sa ibang phase ay dapat na tugunan ang mga kahilingan ng proteksyon laban sa earth fault ng TT system;
- Kapag ang mga exposed conductive parts ay konektado sa common earthing system, ang disconnection ng fault circuit sa ikalawang fault sa ibang phase ay dapat na tugunan ang mga kahilingan ng proteksyon laban sa earth fault ng TN system;
- Ang IT system ay hindi dapat may neutral conductor (N line) na derived.
Sa huling pagtatasa, ang iba't ibang power supply earthing systems ay nagpapakita ng iba't ibang earth fault characteristics. Tanging sa pamamagitan ng buong pag-unawa sa fault behavior ng bawat sistema, maaari lamang magdisenyo ng angkop at compatible na earth fault protection scheme, na nag-aasure ng ligtas at maasahang operasyon ng power supply at utilization systems.
