Mga Paraan sa Paghahanda sa Neutral Grounding para sa mga Sistemang Pang-enerhiya ng Konbensyonal na Tren

Ang mga sistema sa kuryente sa tren usa ka mahimong gisangpotan sa mga linya sa awtomatikong blok nga siguro, mga linya sa kuryente nga naga-feeding, mga substation ug distribution station sa tren, ug mga linya sa pag-supply sa kuryente. Sila naghatag og kuryente alang sa mga importante nga operasyon sa tren—kasama ang pagsiguro, komunikasyon, mga sistema sa rolling stock, handling sa pasahero sa estasyon, ug mga pasilidad sa maintenance. Isip usa ka integral nga bahin sa nasodnong grid sa kuryente, ang mga sistema sa kuryente sa tren nagpakita og distinct nga karakteristikas sa electrical power engineering ug railway infrastructure.

Pagpalig-on sa pagtuon sa mga metodo sa neutral grounding alang sa mga sistema sa kuryente sa tren nga may regular nga bilis—ug ang pag-consider niini sa panahon sa disenyo, konstruksyon, ug operasyon—napuno nga importansya aron mapataas ang seguridad ug reliability sa supply sa kuryente sa tren.

1. Overview sa Mga Metodo sa Neutral Grounding sa Sistema sa Kuryente sa Tren

Ang metodo sa neutral grounding sa sistema sa kuryente sa tren kasagaran nagrefer sa configuration sa grounding sa mga transformers—usa ka form sa functional (working) grounding nga malapit nga gibag-o sa lebel sa voltage, single-phase ground-fault current, lebel sa overvoltage, ug mga relay protection schemes. Kini usa ka complex nga teknikal nga isyu nga mahimong ibulok sa:

• Non-solidly grounded systems: kasama ang ungrounded, arc-suppression coil (Petersen coil) grounded, ug high-resistance grounded systems;

• Solidly grounded systems: kasama ang direct grounding ug low-resistance grounding.

Ang kuryente nga gihatag gikan sa nasodnong grid sa tren kasagaran gigamit ang ungrounded neutral configuration. Ang mga feeder circuits gikan sa mga substation ug distribution station sa tren kasagaran gitap gikan sa secondary busbar (naka-locate human sa incoming power bus pero bago pa ang voltage regulator), samantalang gigamit usab ang ungrounded neutral system. Para sa through-feeder lines, ang metodo sa grounding sa voltage-regulating transformer mahimong masukdan batas sa aktwal nga pangangailangan.

Kunbag-o sa mga sistema sa kuryente sa high-speed tren nga kasagaran gigamit ang low-resistance grounding, ang mga sistema sa conventional-speed tren kasagaran gigamit ang ungrounded neutral configurations. Bisag naa kiniy mga advantage, ang nag-evolve nga safety standards ug ongoing nga teknikal nga upgrades nagkinahanglan og re-evaluation sa mga strategy sa grounding sa konteksto sa operasyon sa karon.

2. Advantages ug Limitations sa Ungrounded Neutral Systems

Sumala sa Railway Power Design Code (TB 10008–2015), ang configuration sa through-feeder lines dili dapat matutukod batas sa reliability sa supply sa kuryente ug kondisyon sa proyekto, gamiton ang overhead-cable hybrid lines o fully underground cable lines.

Tungod sa budget constraints ug teknikal nga feasibility, ang daghang operational nga conventional-speed tren through-feeder lines kasagaran nagdepende sa overhead conductors o overhead-dominant hybrid configurations. Samantalang ang ilang mga sistema sa neutral grounding kasagaran gigamit ang insulated-neutral (ungrounded) o small-current grounding systems. Sumala sa Article 69 sa Railway Power Management Rules, ang single-phase ground faults sa mga sistema kini dili dapat matubagon agad, ang pinahimutangan nga oras sa fault operation dili dapat mogawas sa 2 oras.

Operational data gikan sa specific nga segment sa tren bureau tali January ug October 2023 nag-record og 152 power trips, diin 15 kay equipment-related failures (2 atributable sa internal responsibility, 13 sa external factors). Notably, ang environmental hazards—espesyalmente ang vegetation encroachment—ang primary nga threat sa stability sa overhead line. Sa usa ka insidente, ang mga sanga sa kahoy migayop sa clearance zone, nakaprodukta og partial phase-to-ground connection sa side conductor. Ang fault nailhan ug natubagon sa 2-hour window, nagpreventa og impact sa operasyon sa tren ug nag-avoid sa cascading failures. Kini nagpakita nga, sumala sa existing nga teknikal nga conditions, ang ungrounded neutral systems maghatag og practical benefits.

Pero, ang mga cable lines nagpakita og lain nga challenges. Kumpara sa overhead lines, ang mga power cables adunay lower nga insulation margins ug limited nga overvoltage tolerance. Sa panahon sa single-phase ground fault sa ungrounded system, ang healthy-phase voltages mogawas sa normal nga phase-to-ground levels—potentially mogawas sa line-to-line voltage—nag-increase sa risk sa multi-point insulation breakdown sa non-fault phases. Moreover, ang capacitive ground-fault currents sa cable systems relatyibong large, nag-lead sa rapid nga degradation sa insulation sa fault point ug high likelihood sa pag-evolve sa phase-to-phase short circuits.

Tungod kay ang mga cables kasagaran giatiman pinaagi sa buried, conduit, o tray methods, ang location sa fault dili easy. Gilaom sa constraints sa cable jointing techniques, repair logistics, ug railway operational windows, ang mga faults kasagaran dili ma-resolve quick. Sa practice, ang mga cable failures kasagaran due to permanent insulation breakdown—organic insulation materials dili makakapabilin. Sa ungrounded system, ang lack sa immediate tripping allows prolonged fault currents, causing severe insulation damage, expanding the fault zone, ug potentially triggering secondary issues such as power screen alarms o even "red-band" signal failures that disrupt train services—sometimes resulting in prolonged outages and significant safety or public relations risks.

3. Selection sa Mga Metodo sa Neutral Grounding alang sa Conventional-Speed Railway Power Systems

Ang pagpili sa appropriate nga metodo sa neutral grounding critical para sa stable nga operasyon sa kuryente sa tren. Ang core challenge nahimutang sa balancing:

• Minimizing unnecessary tripping caused by external disturbances,

• Ensuring uninterrupted power to critical loads,

• Enabling effective fault protection,

• Controlling fault propagation, and

• Maintaining electrical and insulation integrity of healthy equipment during faults.

Sumala sa Railway Power Design Code (TB 10008–2015), para sa 10(20) kV through-feeder lines supplied via voltage regulators, ang sumusunod nga guidelines sa grounding ang applicable:

• Konse kini ang kapasitibong kuryente sa ground fault sa single-phase ≤ 10 A, ang sistema nga walay ground dapat gamiton.

• Kon ang kuryente ≤ 150 A, mahimo gamiton ang low-resistance grounding o arc-suppression coil grounding; kon > 150 A, inirekomenda ang low-resistance grounding.

• Ang mga linya nga gikan sa cable dapat gamiton ang low-resistance grounding.

• Para sa low-resistance grounding, ang resistor sa ground dapat pilasan aron maghatag og single-phase ground current nga 200–400 A, ug instant tripping kon na-detekta ang fault.

Sa kabalaka, ang High-Speed Railway Design Code (TB 10621–2014) nagpermit sa mga sistema nga walay ground sa neutral kon ang capacitive current sa ground fault ≤ 30 A, ngadto sa kompensasyon pinaagi sa neutral-grounded reactor.

Batasan sa mga pagkalkula gikan sa standard railway power engineering handbooks, ang maximum allowable length sa cable para sa common aluminum-core cables (70 mm² ug 95 mm² cross-sections) na kasagaran sa single-phase ground-fault capacitive currents nga 10 A, 30 A, 60 A, 100 A, ug 150 A gi-summarize sa Table 1. Kini nga mga values makapahimulos sa pagpili sa maayo nga metodo sa grounding batasan sa aktwal nga length sa cable.

Ang pag-ground sa neutral point naghahatag og paagi aron mapabilis ang pag-eliminate sa fault. Ang zero-sequence protection mahimo nga mopagana sa 0.2–2.0 segundos aron maputli ang fault, nagbawas sa probabilidad sa secondary permanent electrical incidents ug nagprotekta sa reliability ug service life sa power equipment.

4. Pagkumpara sa Common Neutral Grounding Methods

4.1 Ungrounded Neutral System

Ang ungrounded neutral method naghahatag og advantage sa continuous power supply sa 1–2 oras sa panahon sa single-phase ground faults sa mga line na adunay overhead conductors. Apan, sa mga cable-dominated lines, kini nga paraan mas mao nga mogahin sa fault escalation.

4.2 Neutral Grounding via Arc-Suppression Coil

Kumpara sa ungrounded neutral system, kini nga paraan gigamit ang inductive current sa arc-suppression coil aron mobaligya sa capacitive current, nagbawas sa ground-fault current ngadto sa lebel nga mahimong self-extinguish, sa dihang gipangandaman ang arc-induced overvoltages. Kini usab naghatag og 1–2 oras sa continuous operation sa panahon sa single-phase ground faults ug nagpreventa sa single-phase faults nga mogahin ngadto sa phase-to-phase faults. Apan, kini nga paraan naghatag og mas taas nga requirements sa ground-fault protection, dili makakita sa faulty line, prone sa resonance, ug dili makaepektibo nga mag-discharge sa residual charges sa line.

4.3 Neutral Grounding via Low Resistance

Sa mga cable-dominated lines, ang low-resistance grounding method efektibong kontrola ang arc-ground overvoltages sa panahon sa single-phase ground faults, nagbawas sa system resonant overvoltages, naghatag og maayo nga current-limiting ug voltage-reducing effects, ug naghatag og relatyibong taas nga zero-sequence overcurrent protection performance, nagpadali sa timely fault elimination. Apan, kini nga paraan adunay mga limitation, lalo na sa mga overhead line sections: ang pag-increase sa tripping frequency naggahin sa operasyon sa power system, nagbawas sa power supply capability, ug nag-increase sa difficulty sa maintenance sa equipment sa kauban.

5. Diskusyon sa Neutral Grounding Methods for Railway Power Systems

(1) Palihog ang paggamit sa automatic tracking arc-suppression coil devices. Kini nga paraan adunay advantage sa automatic nga pag-eliminate sa transient ground faults sa power system, sa dihang gihatagan sa numero sa trips. Sa panahon sa fault alarm signal, ang automatic tracking arc-suppression coil naggenera og corresponding compensating current, nagpadali sa re-compensation sa power line. Kini nagbawas sa pag-occur sa short-circuit faults sa tulo ka phases ug nag-ingon sa sistema nga stable ug safe. Samtang, tungod kay ang arc-suppression device adunay specific arc-extinguishing critical value, kon ang ground-fault current mas gamay kaysa kini nga critical value, ang recovery speed sa voltage nag-increase sa epekto sa arc-suppression device, nakatabang sa reliable nga pag-extinguish sa arc ug nagbawas sa likelihood sa arc re-ignition, sa dihang ginbawasan ang power incidents ug efektibong support sa reliable neutral grounding operation.

(2) Sa panahon sa renovation sa existing conventional-speed through-feeder ug automatic block signaling lines, kon ang cable lines—matapos ang replacement sa overhead lines—nag-adunay significant proportion, gi-recommend nga imong consider ang centralized o distributed compensation pinaagi sa box-type reactors aron mobaligya sa inductive reactive power sa normal capacitive current conditions. Sumala sa calculation results sa Table 2, ang operating capacitance values mao ang 0.22 μF/km alang sa 70 mm² aluminum-core cable ug 0.24 μF/km alang sa 95 mm² aluminum-core cable. Sa parehas, ang adaptability modifications sa distribution rooms usab isip usa ka consideration, ug ang neutral grounding methods sa mga voltage regulators sa mga distribution rooms sa duha ka gilid dapat i-adjust basehan sa calculated data.

Sa mga ekstremong kaso, konsebible nga ang sistema wala gibasehan ug ang mga single-core cables—sumala sa mga pamantaran sa high-speed railway—ang gigamit, ang single-phase ground fault wala maputli sa makatarungan nga 2-hour window. Kini nagresulta og patuloy nga thermal damage sa cable. Bukod pa, human sa na-damage ang single-core cable, ang epekto niini sa adjacent phases relatyibong dili matod, naghimo pa kini mas malisud tungod kay wala mapugos ang protective tripping, kini mahimong mag-uli sa systemic failures.

6. Conclusion

Sa mga conventional-speed railway power systems, ang pagpili sa neutral grounding method direkta nga maapektuhan ang seguridad ug estabilidad sa operasyon sa sistema. Ang sayop nga pagpili sa neutral grounding scheme mahimong madali mopaghanap sa secondary faults ug cascading incidents. Pinaagi sa pagkuha ug comparative analysis, ang komprehensibo ug rasonable nga pagpili sa neutral grounding method labi nga importante aron efektibo mabag-o ang mga fault, protektahan ang insulation sa equipment, asegurado ang reliable traction power supply, ug palig-on ang seguridad sa mga tawo ug operasyon sa tren.