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 malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya, at ang mga kapaligiran ng distribusyon ay komplikado at may iba't ibang anyo. Ang mga linyang ito ay hindi lamang ina-access ng mga propesyonal kundi pati na rin madalas ng mga hindi espesyalista, na lubhang nagdudulot ng pagtaas ng panganib ng mga pagkakamali. Ang hindi wastong disenyo o instalasyon ay maaaring madaling magresulta sa electroksisyon (lalo na ang hindi direktang kontak), pinsala sa wiring, o kahit na sunog dahil sa kuryente.
Ang sistema ng grounding ay isang mahalagang bahagi ng mga network ng mababang voltaje - isang teknikal na komplikadong at kritikal sa seguridad na elemento ng inhenyeriya. Ang uri ng sistema ng grounding ay malapit na nauugnay sa epektividad ng proteksyon laban sa grounding fault.
Sa kasalukuyan, ang mga sistemang mababang voltaje sa data centers sa buong Tsina ay pangunahing gumagamit ng TN-S configuration ng grounding. Ang mga sistema na ito ay may maraming mga aparato ng distribusyon ng mababang voltaje at malawak na cabling, na kinakatawan ng malaking kapital na investimento. Anumang pagkakamali, kung hindi agad na ito na-address, maaaring magresulta sa seryosong pinsala sa tao at malaking pinsala sa ari-arian, kaya nangangailangan ito ng napakataas na reliabilidad mula sa sistema ng distribusyon.
Upang magbigay ng mas komprehensibong at sistemang paliwanag tungkol sa proteksyon laban sa grounding fault sa mga sistema ng mababang voltaje, ang sumusunod na seksyon ay nagbibigay ng paghahambing ng iba't ibang konfigurasyon ng grounding at ang kanilang katugong paraan ng proteksyon laban sa fault.
Pangkalahatang Pamantayan para sa Proteksyon Laban sa Earth Fault
- Ang sistema ng proteksyon laban sa earth fault ay dapat na disenyan upang mabisa na maprevent ang hindi direktang electroksisyon sa tao, pati na rin ang mga aksidente tulad ng sunog dahil sa kuryente 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 sabay-sabay na hawakan ay dapat na konektado sa parehong sistema ng grounding upang matiyak ang potential equalization.
- Kung ang proteksyon laban sa earth fault ng isang electrical installation ay hindi makakapagtugon sa pamantayan para sa automatic disconnection ng fault circuit sa tiyak na oras, dapat na ipatupad ang supplementary equipotential bonding sa lokal na lugar upang bawasan ang touch voltage at palakasin ang seguridad.
Proteksyon Laban sa Earth Fault sa TN Systems
Sa mga TN systems, ang mga operasyonal na katangian ng proteksyon laban sa earth fault para sa mga distribution circuits ay dapat na tugunan ang sumusunod na kondisyon:
Zs × Ia ≤ Uo
Kung saan:
- Zs — Total impedance ng earth fault loop (Ω);
- Ia — Kuryente na kinakailangan upang makapag-disconnect ng fault circuit ng protective device sa tiyak na 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 lumilipad sa pamamagitan ng L3 phase conductor, ang metal enclosure ng equipment, at ang PE protective conductor, na bumubuo ng saradong loop. Ang Zs ay kinakatawan ang total impedance ng phase-to-protective conductor loop, at ang Uo ay 220V.
Mga Pamantayan 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 kinakailangan para sa proteksyon laban sa earth fault upang makapag-disconnect ng fault circuit ay dapat na sumunod sa sumusunod na pamantayan:
- 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 nasunod ang nabanggit na pamantayan sa oras ng disconnection, maaaring gamitin ang overcurrent protection bilang proteksyon laban sa earth fault din;
b. Kapag hindi nasunod ng overcurrent protection ang mga pamantayan, ngunit ang zero-sequence current protection ay maaaring gawin, dapat na gamitin ang zero-sequence current protection. Ang setting value ng proteksyon ay dapat na mas mataas sa pinakamataas na unbalanced current sa normal na operasyon;
c. Kapag wala sa mga nabanggit na paraan ang maaaring sumunod sa mga pamantayan, dapat na gamitin ang residual current operated protection (RCD, o "leakage current protection").
Proteksyon Laban sa Earth Fault sa TT Systems
Ang mga operasyonal na katangian ng proteksyon laban sa earth fault sa TT system distribution circuits ay dapat na tugunan ang sumusunod na kondisyon:
RA × Ia ≤ 50 V
Kung saan:
- RA — Ang suma ng earth electrode resistance ng exposed conductive parts at ang neutral (N) conductor earth resistance (Ω);
- Ia — Ang kuryente na kinakailangan 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 lumilipad sa pamamagitan ng L3 conductor, ang metal enclosure ng equipment, ang earth electrode resistance ng equipment, ang earth, at bumabalik sa source sa pamamagitan ng neutral point grounding resistance, na bumubuo ng fault loop. Ang halaga ng 50 V ay kinakatawan ang safety limit para sa touch voltage, na nagbibigay ng sigurado na ang voltage na maaaring mapaglabanan ng tao sa panahon ng fault ay hindi nakakapinsala.
Paggamit ng Mga Paraan ng Proteksyon Laban sa Earth Fault sa TT Systems:
- Kapag ginamit ang overcurrent protective devices, ang kuryente Ia ay dapat na halaga na matitiyak ang disconnection ng fault circuit sa loob ng 5 segundo;
- Kapag ginamit ang instantaneous-trip overcurrent protective devices, ang Ia ay dapat na minimum na kuryente na matitiyak ang instantaneous operation;
- Kapag ginamit ang residual current operated protective devices (RCDs, o "leakage current protection"), ang Ia ay dapat na 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—tinutukoy bilang Iac, Ibc, Ica—at ang vector sum ng tatlong-phase earth capacitance currents ay zero. Kaya, ang neutral point voltage ay maaaring ituring na 0V.
Kapag nagkaroon ng unang earth fault, ang voltage-to-earth sa healthy (non-faulted) phases ay tumataas ng factor ng √3. Ito ay nagpapahiwatig na ang IT systems ay nagpapatupad ng mas mataas na insulation level requirements sa electrical equipment kumpara sa TN at TT systems. Gayunpaman, dahil ang kuryente sa unang earth fault ay napakaliit (pangunahing capacitive current), ang sistema ay maaaring magpatuloy sa operasyon. Ngunit, dapat na mayroon isang insulation monitoring device na i-install upang magbigay ng alarm kapag natuklasan ang unang fault, na nagbibigay ng kakayahan sa operation at maintenance personnel na matukoy at i-rectify ang fault agad.
- Kapag individually grounded ang mga exposed conductive parts, ang disconnection ng fault circuit sa ikalawang fault sa ibang phase ay dapat na sumunod sa mga pamantayan ng proteksyon laban sa earth fault ng TT system;
- Kapag connected ang mga exposed conductive parts sa common earthing system, ang disconnection ng fault circuit sa ikalawang fault sa ibang phase ay dapat na sumunod sa mga pamantayan ng proteksyon laban sa earth fault ng TN system;
- Ang IT system ay hindi dapat may neutral conductor (N line) na derived.
Sa kabuuan, ang iba't ibang power supply earthing systems ay may iba't ibang karakteristik ng earth fault. Kailangan lang ng buong pag-unawa sa pag-uugali ng fault ng bawat sistema upang maisip ang angkop at kompatibleng scheme ng proteksyon laban sa earth fault, na nagpapahigpit ng ligtas at maasahang operasyon ng mga sistema ng power supply at utilization.
