Mga Paraan ng Neutral Grounding para sa Mga Sistemang Pwersa ng Konbisyunal na Bilis ng Tren
Ang mga sistema ng enerhiya ng tren pangunahing binubuo ng mga linya ng automatic block signaling, through-feeder power lines, mga substation at distribution station ng tren, at mga linya ng pumasok na suplay ng kuryente. Ito ay nagbibigay ng kuryente sa mga mahalagang operasyon ng tren—kabilang ang signaling, komunikasyon, rolling stock systems, pag-aasikaso ng pasahero sa estasyon, at mga pasilidad para sa pagmamanento. Bilang isang integral na bahagi ng pambansang grid ng kuryente, ang mga sistema ng enerhiya ng tren ay ipinapakita ang mga natatanging katangian ng parehong electrical power engineering at railway infrastructure.
Ang pagpapatibay ng pag-aaral sa mga pamamaraan ng neutral grounding para sa mga sistema ng enerhiya ng regular-speed tren—at ang komprehensibong pag-consider ng mga pamamaraan na ito sa disenyo, konstruksyon, at operasyon—ay napakahalaga para sa pagpapataas ng kaligtasan at reliabilidad ng suplay ng kuryente ng tren.
1. Buod ng Mga Pamamaraan ng Neutral Grounding sa Mga Sistema ng Enerhiya ng Tren
Ang pamamaraan ng neutral grounding sa mga sistema ng enerhiya ng tren ay karaniwang tumutukoy sa configuration ng grounding ng mga transformer—isang uri ng functional (working) grounding na malapit na nauugnay sa antas ng voltage, single-phase ground-fault current, antas ng overvoltage, at mga relay protection schemes. Ito ay isang komplikadong teknikal na isyu na maaaring ma-classify nang malawak bilang:
Non-solidly grounded systems: kasama ang ungrounded, arc-suppression coil (Petersen coil) grounded, at high-resistance grounded systems;
Solidly grounded systems: kasama ang direct grounding at low-resistance grounding.
Ang kuryente na ibinibigay mula sa pambansang grid ng kuryente patungo sa mga tren ay pangkalahatang gumagamit ng ungrounded neutral configuration. Ang mga feeder circuits mula sa mga substation at distribution station ng tren ay karaniwang direktang kinukuha mula sa secondary busbar (na matatagpuan pagkatapos ng incoming power bus pero bago ang voltage regulator), kaya gumagamit din ng ungrounded neutral system. Para sa mga through-feeder lines, ang pamamaraan ng grounding ng voltage-regulating transformer maaaring pumili batay sa aktwal na pangangailangan.
Kumpara sa mga sistema ng enerhiya ng high-speed tren—na karaniwang gumagamit ng low-resistance grounding—ang mga sistema ng regular-speed tren ay pangunahing gumagamit ng ungrounded neutral configurations. Habang ang pamamaraang ito ay nagbibigay ng ilang mga benepisyo, ang nagbabagong pamantayan ng kaligtasan at patuloy na teknikal na upgrade ay nangangailangan ng muli na pag-evaluate ng mga strategy ng grounding sa kontekstong operasyonal ngayon.
2. Mga Benepisyo at Limitasyon ng Ungrounded Neutral Systems
Ayon sa Railway Power Design Code (TB 10008–2015), ang configuration ng mga through-feeder lines ay dapat matukoy batay sa reliabilidad ng suplay ng kuryente at kondisyong espesipiko ng proyekto, gamit ang overhead-cable hybrid lines o fully underground cable lines.
Dahil sa limitasyon ng budget at teknikal na feasibility, ang karamihan sa mga operational na regular-speed tren through-feeder lines ngayon ay pangunahing umasa sa overhead conductors o overhead-dominant hybrid configurations. Bilang resulta, ang kanilang mga scheme ng neutral grounding ay karaniwang gumagamit ng insulated-neutral (ungrounded) o small-current grounding systems. Ayon sa Article 69 ng Railway Power Management Rules, ang mga single-phase ground faults sa mga sistema na ito ay dapat agad na tugunan, na ang pinahihintulutan na oras ng fault operation ay hindi karaniwang lumampas sa 2 oras.
Ang data ng operasyon mula sa isang tiyak na segmento ng railway bureau sa pagitan ng Enero at Oktubre 2023 ay naitala 152 power trips, kung saan 15 ay equipment-related failures (2 na dahil sa internal responsibility, 13 sa external factors). Narito, ang mga panganib ng kapaligiran—lalo na ang paglaganap ng halaman—ay ang pangunahing banta sa estabilidad ng overhead line. Sa isang insidente, ang mga sanggol ng puno ay pumasok sa clearance zone, nagresulta sa partial phase-to-ground connection sa side conductor. Ang fault ay natuklasan at naresolba sa loob ng 2-oras na window, na hindi nag-apekto sa operasyon ng tren at nag-iwas ng cascading failures. Ito ay nagpapakita na, sa mayroong teknikal na kondisyon, ang mga ungrounded neutral systems ay nagbibigay ng praktikal na benepisyo.
Gayunpaman, ang mga cable lines ay nagbibigay ng iba't ibang hamon. Kumpara sa mga overhead lines, ang mga power cables ay may mas mababang insulation margins at limitadong tolerance sa overvoltage. Sa panahon ng single-phase ground fault sa ungrounded system, ang mga healthy-phase voltages ay tumaas sa itaas ng normal phase-to-ground levels—potentially reaching line-to-line voltage—na nagdudulot ng mas mataas na panganib ng multi-point insulation breakdown sa non-fault phases. Bukod dito, ang capacitive ground-fault currents sa mga cable systems ay relatibong malaki, na nagdudulot ng mabilis na degradation ng insulation sa fault point at mataas na posibilidad ng pag-evolve sa phase-to-phase short circuits.
Dahil ang mga cable ay karaniwang inilalapat sa pamamaraang buried, conduit, o tray, ang lokasyon ng fault ay mahirap matukoy. Kasama ang mga limitasyon sa cable jointing techniques, repair logistics, at railway operational windows, ang mga fault na ito ay madalas hindi maresolba nang mabilis. Sa praktika, ang mga failure ng cable ay pangunahing dahil sa permanenteng insulation breakdown—ang mga organic insulation materials ay hindi maaaring mag-self-recover. Sa ungrounded system, ang kakulangan ng immediate tripping ay nagpapahintulot ng prolonged fault currents, nagdudulot ng seryosong damage sa insulation, nagpapalawak ng fault zone, at potensyal na nag-trigger ng secondary issues tulad ng power screen alarms o kahit "red-band" signal failures na nag-disrupt sa serbisyo ng tren—minsan ay nagreresulta sa mahabang outages at significant safety o public relations risks.
3. Pagpili ng Mga Pamamaraan ng Neutral Grounding para sa Mga Sistema ng Enerhiya ng Regular-Speed Tren
Ang pagpili ng angkop na pamamaraan ng neutral grounding ay napakahalaga para sa matatag na operasyon ng sistema ng enerhiya ng tren. Ang core challenge ay nasa balansehin:
Ang minimization ng hindi kinakailangang tripping dulot ng external disturbances,
Ang pagtiyak ng walang hihintay na suplay ng kuryente sa mga critical loads,
Ang pag-enable ng epektibong fault protection,
Ang kontrol sa pag-propagate ng fault, at
Ang pag-maintain ng electrical at insulation integrity ng mga healthy equipment sa panahon ng fault.
Ayon sa Railway Power Design Code (TB 10008–2015), para sa 10(20) kV through-feeder lines na ibinibigay sa pamamaraan ng voltage regulators, ang sumusunod na guidelines sa grounding ay dapat sundin:
Kung ang iisang-phase na ground-fault capacitive current ≤ 10 A, dapat gamitin ang ungrounded system.
Kung ang current ≤ 150 A, maaaring piliin ang low-resistance grounding o arc-suppression coil grounding; kung > 150 A, inirerekomenda ang low-resistance grounding.
Ang mga linyang buong cable-based ay dapat gamitin ang low-resistance grounding.
Para sa low-resistance grounding, dapat pumili ng grounding resistor na magbibigay ng iisang-phase na ground current na 200–400 A, kasama ang instantaneous tripping kapag natukoy ang fault.
Sa katunayan, ang High-Speed Railway Design Code (TB 10621–2014) nagpapahintulot ng mga ungrounded neutral systems kung ang ground-fault capacitive current ≤ 30 A, kasama ang kompensasyon na ibinibigay sa pamamagitan ng neutral-grounded reactor.
Batay sa mga kalkulasyon mula sa standard na railway power engineering handbooks, ang pinakamataas na pinahihintulutang haba ng cable para sa karaniwang aluminum-core cables (70 mm² at 95 mm² na cross-sections) na tumutugon sa iisang-phase na ground-fault capacitive currents ng 10 A, 30 A, 60 A, 100 A, at 150 A ay sumarili sa Table 1. Ang mga halagang ito ay maaaring gabayan sa pagpili ng angkop na paraan ng grounding batay sa aktwal na haba ng cable.
Seryal No. Pangungusap ng kapasitibong kuryente ng iisang phase ng tatlong-core na cable (A) Kataas-taasang kapasitibong kuryente ng tatlong-core na 70 mm² cross-section cable (A/km) Tugma ang haba ng cable (km) Kataas-taasang kapasitibong kuryente ng tatlong-core na 95 mm² cross-section cable (A/km) Tugma ang haba ng cable (km) 1 10 0.9 11.11 1.0 10.00 2 30 0.9 33.33 1.0 30.00 3 60 0.9 66.67 1.0 60.00 4 100 0.9 111.11 1.0 100.00 5 150 0.9 166.67 1.0 150.00 Ang pag-ground sa pamamagitan ng neutral point ay nagbibigay-daan para sa mabilis na pag-alis ng kasalanan. Ang zero-sequence protection ay maaaring gumana sa loob ng 0.2–2.0 segundo upang i-isolate ang kasalanan, na nagsasabog sa probabilidad ng mga sekundaryong permanenteng electrical incidents at protektado ang reliabilidad at buhay ng serbisyo ng power equipment.
4. Paghahambing ng Karaniwang Mga Pamamaraan ng Neutral Grounding
4.1 Ungrounded Neutral System
Ang ungrounded neutral method ay nagbibigay ng benepisyo ng patuloy na suplay ng kuryente sa loob ng 1–2 oras sa panahon ng single-phase ground faults sa mga linya na pangunahing binubuo ng overhead conductors. Gayunpaman, sa mga linya na pangunahing binubuo ng cable, ang pamamaraang ito ay may tendensiyang magdulot ng paglaki ng kasalanan.
4.2 Neutral Grounding via Arc-Suppression Coil
Kumpara sa ungrounded neutral system, ang pamamaraang ito ay gumagamit ng inductive current ng arc-suppression coil upang kompensahin ang capacitive current, na nagbabawas ng ground-fault current sa isang antas na maaaring self-extinguish, na sa gayon ay nagpapaliit ng overvoltages na dulot ng arc. Ito din ay nagbibigay ng 1–2 oras ng patuloy na operasyon sa panahon ng single-phase ground faults at nagpapahinto sa single-phase faults na maging phase-to-phase faults. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nagpapataas ng mga requirement sa ground-fault protection, hindi makakilala ang faulty line, prone sa resonance, at hindi maaaring mabisa na idiskarga ang residual charges sa linya.
4.3 Neutral Grounding via Low Resistance
Sa mga linya na pangunahing binubuo ng cable, ang low-resistance grounding method ay mabisang kontrolin ang arc-ground overvoltages sa panahon ng single-phase ground faults, suppresin ang system resonant overvoltages, nagbibigay ng magandang current-limiting at voltage-reducing epekto, at nagbibigay ng relatibong mataas na zero-sequence overcurrent protection performance, na nagpapadali sa oportunong pag-eliminate ng kasalanan. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay may limitasyon, lalo na sa mga seksyon ng overhead line: ang pagtaas ng frequency ng tripping ay nakakaapekto sa operasyon ng power system, nagpapahina ng capability ng power supply, at nagpapataas ng hirap ng maintenance ng equipment sa ilang bahagi.
5. Paghahambing ng Mga Pamamaraan ng Neutral Grounding para sa Railway Power Systems
(1) Palakasin ang paggamit ng automatic tracking arc-suppression coil devices. Ang pamamaraang ito ay may benepisyo ng automatikong pag-eliminate ng transient ground faults sa power system, na sa gayon ay nagpapababa ng bilang ng mga trip. Kapag isinabatas ang fault alarm signal, ang automatic tracking arc-suppression coil ay lumilikha ng corresponding compensating current, na nagbibigay-daan sa re-compensation ng power line. Ito ay nagpapababa ng pag-occur ng short-circuit faults sa gitna ng tatlong phases at nagse-secure ng sistema at kaligtasan. Sa parehong oras, dahil ang arc-suppression device ay may tiyak na critical value ng arc-extinguishing, kung ang ground-fault current ay mas maliit kaysa sa critical value, ang speed ng voltage recovery ay tumataas sa ilalim ng aksyon ng arc-suppression device, na tumutulong sa reliable na pag-eliminate ng arc at nagpapababa ng posibilidad ng re-ignition ng arc, na sa gayon ay nagpapababa ng mga power incident at mabisang sumuporta sa reliable na neutral grounding operation.
(2) Sa panahon ng renovation ng umiiral na conventional-speed through-feeder at automatic block signaling lines, kung ang cable lines—pagkatapos palitan ang overhead lines—ay bumubuo ng malaking proporsyon, inirerekomenda na isaalang-alang ang centralized o distributed compensation gamit ang box-type reactors upang kompensahin ang inductive reactive power sa normal na kapasidad ng capacitive current. Ayon sa mga resulta ng computation sa Table 2, ang operating capacitance values ay 0.22 μF/km para sa 70 mm² aluminum-core cable at 0.24 μF/km para sa 95 mm² aluminum-core cable. Kasama rito, dapat isaalang-alang ang mga adaptability modification sa distribution rooms, at ang mga pamamaraan ng neutral grounding ng voltage regulators sa distribution rooms sa parehong gilid ay dapat i-adjust ayon sa nakalkulang data.
Serial No. Steady-state capacitive current of three-core cable (A) Average steady-state capacitive current of 70 mm² three-core cable (A/km) Corresponding cable length (km) Average steady-state capacitive current of 95 mm² three-core cable (A/km) Corresponding cable length (km) Capacitive reactive power of cable line (kvar) Inductive reactive power required to compensate 75% of steady-state (kvar) 1 3 0.4 7.5 0.44 6.82 51.96 38.97 2 5 0.4 12.5 0.44 11.36 86.6 64.95 3 10 0.4 25 0.44 22.73 173.2 129.9 4 15 0.4 37.5 0.44 34.09 259.3 194.85 5 30 0.4 75 0.44 68.18 519.6 389.7 Sa mga ekstremong kaso, kung ang sistema ay hindi naka-ground at ginagamit ang mga single-core cables na sumasaklaw sa mga pamantayan ng high-speed railway, ang isang single-phase ground fault ay hindi matatanggal sa pinahihintulutang 2-oras na window. Ito ang nagdudulot ng patuloy na thermal damage sa cable. Bukod dito, pagkatapos masira ang single-core cable, ang epekto nito sa mga adjacent phases ay relatibong mahina, na lalo pang nagpapalala sa sitwasyon dahil hindi ito nagtiti-trigger ng protective tripping, na madaling magresulta sa mga systemic failures.
6. Pagtatapos
Sa mga power system ng conventional-speed railway, ang pagpili ng paraan ng neutral grounding ay direktang nakakaapekto sa kaligtasan at estabilidad ng operasyon ng sistema. Ang hindi angkop na pagpili ng scheme ng neutral grounding ay madaling magresulta sa secondary faults at cascading incidents. Sa pamamagitan ng pagkalkula at comparative analysis, ang komprehensibong at rasyonal na pagpili ng paraan ng neutral grounding ay may malaking kahalagahan upang mabigyan ng epektibong solusyon ang mga fault, maprotektahan ang insulation ng equipment, matiyak ang reliable traction power supply, at mapataas ang kaligtasan ng mga tao at operasyon ng tren.
