Mga Katangian at mga Device na Paggamit sa Pagkakakilanlan ng Single-Phase Ground Fault
1. Mga Katangian ng Single-Phase Ground Fault
- Mga Signal ng Sentral na Alarm:
Tumutunog ang bell ng babala, at nag-iilaw ang indicator lamp na may label na “Ground Fault sa [X] kV Bus Section [Y].” Sa mga sistema na may Petersen coil (arc suppression coil) na nakakonekta sa neutral point, nag-iilaw din ang indicator na “Petersen Coil Operated.”
- Mga Indikasyon ng Insulation Monitoring Voltmeter:
- Bumababa ang voltage ng phase na may fault (sa kaso ng hindi kumpletong pagkonekta sa lupa) o bumababa nang tuluyan hanggang zero (sa kaso ng solid grounding).
- Tumataas ang voltage ng iba pang dalawang phase—nang higit sa normal na phase voltage sa hindi kumpletong pagkonekta sa lupa, o umuusad patungo sa line voltage sa solid grounding.
- Sa stable grounding, nananatili ang needle ng voltmeter sa isang tiyak na posisyon; kung ito ay patuloy na gumagalaw, ang fault ay intermittent (arc grounding).
- Sa mga Sistema na May Petersen Coil-Grounded:
Kung mayroon nang nakainstal na neutral displacement voltmeter, ito ay nagpapakita ng tiyak na reading habang may hindi kumpletong pagkonekta sa lupa o umaabot sa phase voltage sa solid grounding. Nag-aactivate din ang ground alarm light ng Petersen coil.
- Mga Pangyayari sa Arc Grounding:
Ang arc grounding ay nagdudulot ng overvoltages, na nagpapataas ng voltage sa mga phase na wala sa fault. Ito ay maaaring punitin ang mga high-voltage fuses ng voltage transformers (VTs) o kahit sirain ang mismong VTs.
2. Pagkakaiba ng Tunay na Ground Fault mula sa Maling Alarm
- Naburn-out na High-Voltage Fuse sa VT:
Ang naburn-out na fuse sa isang phase ng VT ay maaaring mag-trigger ng signal ng ground fault. Gayunman:
- Sa tunay na ground fault: bumababa ang voltage ng phase na may fault, tumataas ang iba pang dalawang phase, ngunit ang line voltage ay nananatiling hindi nagbabago.
- Sa naburn-out na fuse: bumababa ang voltage ng isang phase, ang iba pang dalawang phase ay hindi tumataas, at ang line voltage ay bumababa.
- Transformer na Nagcha-charge ng Isang Walang Kargang Bus:
Sa panahon ng energization, kung ang circuit breaker ay sumasara nang hindi synchronous, ang hindi balanseng capacitive coupling sa lupa ay nagdudulot ng neutral displacement at asymmetric three-phase voltages, na nag-trigger ng maling ground signal.
→ Ito ay nangyayari lamang sa panahon ng switching operations. Kung walang anumang abnormalidad ang bus at ang mga konektadong kagamitan, ang signal ay mali. Ang pag-energize ng isang feeder line o station service transformer ay karaniwang nagtatanggal ng indikasyon.
- Sistema ng Asymmetry o Hindi Tamang Petersen Coil Tuning:
Sa panahon ng pagbabago ng operational mode (halimbawa, pagbabago ng configuration), ang asymmetry o hindi tamang Petersen coil compensation ay maaaring magdulot ng maling ground signals.
→ Kinakailangan ang koordinasyon sa dispatch: ibalik sa orihinal na configuration, i-de-energize ang Petersen coil, i-adjust ang tap changer nito, pagkatapos ay i-re-energize at i-switch muli ang mode.
→ Ang ferroresonance sa panahon ng energization ng walang kargang bus ay maaari ring magdulot ng maling signals. Ang agarang pag-energize ng isang feeder line ay nagpapabagsak sa kondisyon ng resonance at naglilinis ng alarm.
3. Mga Device na Paggamit sa Pagkakakilanlan
Ang insulation monitoring system ay binubuo karaniwan ng isang three-phase five-limb voltage transformer, mga voltage relays, mga signal relays, at mga monitoring instruments.
- Estruktura: Limang magnetic limbs; isang primary winding at dalawang secondary windings, lahat ay nakabalot sa tatlong sentral na limbs.
- Wiring Configuration: Ynynd (star-primary, star-secondary with neutral, at open-delta tertiary).
Mga Kawilihan ng wiring na ito:
- Ang unang secondary winding ay sumusukat ng parehong line at phase voltages.
- Ang ikalawang secondary winding ay konektado sa open delta upang makakilala ang zero-sequence voltage.
Prinsipyo ng Operasyon:
- Sa normal na kondisyon, balanse ang tatlong phase voltage; teoretikal, wala nang voltage sa open delta.
- Sa panahon ng solid single-phase ground fault (halimbawa, Phase A), lumilitaw ang zero-sequence voltage sa sistema, na nag-iinduce ng voltage sa open delta.
- Kahit sa panahon ng non-solid (high-impedance) grounding, may voltage na iinduce sa bukas na dulo.
- Kapag ang voltage na ito ay umabot sa pickup threshold ng voltage relay, parehong gumagana ang voltage relay at signal relay, na nag-trigger ng mga audible at visual alarms.
Ginagamit ng mga operator ang mga signal na ito at mga reading ng voltmeter upang kilalanin ang pag-occur at phase ng ground fault, pagkatapos ay iulat sa dispatcher.
⚠️ Paalala: Ang insulation monitoring device ay ibinabahagi sa buong bus section.
Mga Dahilan ng Single-Phase Ground Fault
- Nabasag na conductor na nahulog sa lupa o nakapatong sa crossarm;
- Mahinang pagkakabit o pagkakafix ng mga conductor sa mga insulator, na nagdudulot ng pagkahulog nila sa crossarms o sa lupa;
- Labis na hangin na nagpapalapit ng mga conductor sa mga gusali;
- Nabasag na high-voltage lead wire mula sa distribution transformer;
- Pagsira sa insulation ng 10 kV surge arresters o fuses sa transformer platforms;
- Pagsira sa insulation o pagkonekta sa lupa ng isang phase ng transformer high-voltage winding;
- Flashover o puncture ng insulator;
- Pagsira sa insulation ng mga branch-line fuses;
- Nawalang guy wire mula sa upper crossarm sa multi-circuit poles na nakakontak sa mas mababang mga conductor;
- Mga suntok ng kidlat;
- Pagkontak ng puno;
- Mga fault na may kaugnayan sa ibon;
- Mga dayuhang bagay (halimbawa, plastic sheets, sanga);
- Iba pang aksidental o di-kilalang dahilan.
Mga Panganib ng Single-Phase Ground Fault
- Pinsala sa Kagamitan ng Substation:
Matapos ang 10 kV ground fault, ang bus VT ay hindi nakakakita ng current ngunit lumilikha ng zero-sequence voltage at nadagdagan ang current sa open delta. Ang mahabang operasyon ay maaaring sirain ang VT.
Bukod dito, ferroresonant overvoltages (maraming beses ang normal na voltage) ay maaaring mangyari, punitin ang insulation at magdulot ng malalaking pinsala sa kagamitan.
- Pinsala sa Kagamitan ng Distribution:
Ang intermittent arc grounding at ang mga overvoltages ay maaaring punitin ang insulation, na nagdudulot ng short circuits, nasunog na mga transformer, at nasirang mga arrester/fuse, na maaaring magdulot ng electrical fires.
- Banta sa Estabilidad ng Rehiyonal na Grid:
Ang matitinding ground faults ay maaaring magdulot ng instability sa lokal na power grid, na nag-trigger ng cascading failures.
- Risgo sa Tao at Hayop:
Ang mga nahulog na conductor ay nagpapalabas ng kuryente sa lupa, na lumilikha ng step voltage hazards. Ang mga pedestrian, linemen (lalo na sa panahon ng night patrols), at livestock na malapit sa lugar ng fault ay nasa panganib ng electric shock o electrocution.
- Epekto sa Pagkakatiwala sa Suplay ng Kuryente:
- Kailangan ang manu-manong pagpili ng feeder na may fault.
- Maaaring hindi kinakailangan na i-de-energize ang mga feeder na wala sa fault habang sinusuri ang problema, na nagpaputol ng suplay sa mga customer na hindi apektado.
- Ang paghahanap at pagkukumpuni ng fault ay nangangailangan ng line outage, na partikular na mahirap gawin sa panahon ng crop-growing seasons, adverse weather (hangin, ulan, snow), o sa mountainous/forested areas at sa gabi, na nagdudulot ng matagal, malawakang outages.
- Mga Nawalan ng Enerhiya sa Linya:
Ang mga ground fault ay nagdudulot ng malakiang earth leakage currents, na kumakatawan sa direktang nawalang enerhiya. Ang mga regulasyon ay karaniwang naglilimita sa operasyon ng ground-fault sa hindi hihigit sa 2 oras upang maiwasan ang labis na pagkawala.
- Quantification ng Nawalan ng Kuryente:
Ang average na ground fault current ay nasa pagitan ng 6 hanggang 10 A. Sa karaniwang antas na 10 kV, ito ay nagreresulta sa humigit-kumulang 34,560 kWh na nawalang enerhiya bawat 24-oras na panahon.
Mga Paraan at Pamamaraan sa Pagharap sa Single-Phase Ground Fault
- Mga Small-Current Ground Fault Auto-Selection Devices:
I-install ang mga awtomatikong ground-fault line-selection devices sa mga substation. Ang mga ito ay gumagana kasama ang zero-sequence current transformers (ZCTs) sa bawat feeder outlet upang tumpak na kilalanin ang feeder na may fault bago ito i-isolate.
- Mga Single-Phase Ground Fault Detection Systems:
Ang mga modernong distribution systems ay nagde-deploy ng signal injectors sa simula, gitna, at dulo ng mga feeder. Fault indicators ay tumutukoy sa eksaktong lokasyon ng fault, na nagpapabilis ng tugon.
- Mga Preventive Measures:
- Gumawa ng regular na line patrols: suriin ang clearance ng mga conductor sa mga puno/gusali, mga nest ng ibon sa mga poste, ang kaligtasan ng pagkakabit ng mga conductor sa mga insulator, ang mga loose bolts sa mga insulator/crossarms/guy wires, ang mga nabasag o nasira na guy wires, at ang abnormal na sag ng mga conductor.
- Paminsan-minsan na i-test ang insulation ng mga insulator, mga branch fuses, at mga surge arresters; palitan agad ang mga nasirang yunit.
- Gumawa ng regular na test sa mga distribution transformers; kumpunihin o palitan ang mga nasirang yunit.
- I-install ang branch fuses sa rural feeders upang limitahan ang saklaw ng fault, bawasan ang lugar/damag ng outage, at bilisin ang paghahanap ng fault.
-