朝のシフトミーティング中、中規模の食品加工工場のメンテナンスエンジニアが故障ログを持って入室します：過去4ヶ月間に3回の計画外停止が発生し、包装ラインに2つの損傷したモーター巻線があり、技術者が危険にさらされる可能性があったコンプレッサールームからのアークフラッシュ事故報告があります。この工場はデルタ型で接地されていないMVシステムを持ち、これまでのところそのシステムに疑問を持つ者はいませんでした。これは、 接地トランス がオプションのアクセサリーではなくなり、迷惑な故障と危険な生産停止イベントの違いになるという典型的な状況です。.
この記事では、接地トランスの定義と機能原理が示され、接地されていないまたはコーナーデルタシステムが機器の破損を引き起こす理由、そして損傷を修復する方法が説明されています。また、ジグザグおよびワイデルタ方式を考慮し、他の接地方法と比較しています。購入のための接地基準もリストされています。デルタ接続サービスを利用している場合は、その費用を支払い、単相故障に悩まされているなら、契約書にサインする前にこの記事をお読みください。.
簡単な回答： A 接地トランス は、接地されていないシステムに中立点を作成するために使用される三相トランスであり、システムを効果的に接地できるようにします。2つの標準設計は ジグザグ（ZN）トランス とワイデルタ接地トランスです。典型的な定格は、小規模な産業用途で100 kVAから、大規模な公共事業用変電所で2,000 kVAを超える範囲です。これらの定格は、中立用途のための連続定格と、故障回路のための短時間定格（10秒、30秒、1分）と見なされます。100-300 kVAユニットのコストは$2,000から$6,000の間で、500-1,000 kVAユニットは$6,000から$15,000の間で、大型の1,500-3,000 kVA設置は$15,000-$40,000の間で、価格は電圧クラス、インピーダンス、ブランドによって異なります。適切に接地することで、ライン対接地故障電流の制御が可能になり、特定のリレー要素が選択的に動作し、接地されていない設定の場合に通常の相電圧の4-5倍の電圧サージからシステムを保護します。.
接地トランスとは何ですか？
接地トランスは、他に中立点がない電力システムに中立点を作成するために特別に設計された三相トランスの一種です。トランスの巻線がデルタ構成で接続されているシステムや、発電機内のデルタ接続巻線では、接地用の中立点を持つことはできません。接地トランスは、接地インピーダンス（中立接地抵抗器（NGR）として知られる低抵抗抵抗器、リアクタ、など）を介して地面に接続できるように、必要な中立接地を提供します。また、固く接地されたシステムの場合は、直接接地方式を介して接続できます。.
接地トランスの制限を理解することは非常に重要です。これは通常の負荷電流を運ぶことはありません。通常の運転中、巻線内の電流は実質的にゼロです。これは、ライン対接地故障から生じる不平衡なゼロシーケンス電流を運び、システムの中性ポテンシャルを確立する目的だけに使用されます。これが、接地トランスが連続運転（熱定格 - kVA）および短時間故障定格（ある定格電流での10秒または30秒）に対して定格されている理由です。.
あなたの施設が接地されていない理由
多くの産業環境では、低い設置コストと単相故障に耐える能力から、接地のないデルタシステムが使用されています。しかし、これは誤解を招くもので、接地されていないデルタシステムにおける単一のライン対接地故障後の戻り経路がないため、システムはシャットダウンせず、他の2つの電圧が通常のレベルからライン対ラインレベルに上昇し続けます。最初の故障をクリアする前に別の相で故障が発生すると、二重のライン対接地故障が発生し、故障電流は通常の中圧電力システムのサイズで10-25 kAに達します。.
この種のシステムの最も深刻な間接的影響は、過渡現象によるものです。実際、接地されていないシステムにおける再発生する接地故障の存在は、通常のライン対接地電圧を4-5倍超える電圧レベルを引き起こす可能性があるため、ケーブル絶縁の効果が破壊され、トランスの巻線は深刻なストレスを受け、モーターの絶縁は予定よりも数年早く損傷します。電力システムのエンジニアや保険会社は、これらの故障の理解の一部として、さまざまなユーザーに効率的な接地を推奨しています。.
接地トランスの動作原理
接地トランスは、バランスの取れた三相条件下で動作する電流がゼロに合計されるときに適用され、トランス内で最小限の励磁電流のみを消費します。故障が発生したときにトランスの特別な機能が明らかになります。ゼロシーケンス電流は、各相がライン対接地故障のような故障を受けるたびに接地に戻す必要があります。接地トランスは、戻り流れの経路を提供することができます。.
ジグザグトランスについては、各脚に対して逆の方法で適用された2つの等しい巻線で構成されています。これは、2つの半分が互いに打ち消し合い、相対相フラックスがゼロになり、結合がゼロになることを意味します。トランスはバランスの取れた負荷の下では受動的ですが、ゼロシーケンス電流の存在はネット磁気駆動力を生み出し、トランスを非常に低い経路として機能させます。.
ジグザグ対ワイ-デルタ接地トランス
| 特徴 | ジグザグ（ZN）接地トランス | ワイ-デルタ接地トランス |
|---|---|---|
| 巻線配置 | 六つの等しい巻線、各脚に二つ、対向する半分 | 三つのワイ接続巻線と閉じたデルタ三次巻線 |
| 主な目的 | 接地用の中性を作成する | 中性点を作成し、オプションで補助負荷を供給する |
| ゼロシーケンスインピーダンス | 低く、よく制御された（5-10%の典型） | 三次側を介して調整可能；やや高め |
| 通常の負荷運転 | 無負荷運転のみ | ΔまたはYを介して小さな補助負荷を運ぶことができる |
| コスト | kVAあたりのコストが低い | やや高め |
| 典型的な用途 | 工業用デルタシステム、発電機の中性点 | 補助供給が必要な電力会社の変電所 |
ほとんどの施設はこのジグザグパターンを使用するべきです。Y-Δ機器の追加コストは、照明、バッテリーチャージャー、軽負荷機器などの補助負荷のために安定した単相供給が必要な場合にのみ正当化されます。.
接地方法の比較
| 方法 | 接地故障電流 | 過電圧保護 | リレー選択性 | 相対コスト |
|---|---|---|---|---|
| 非接地（接地基準なし） | 静電容量のみ、しかし二重故障リスクあり | 不良；4-5倍の位相電圧までの過渡 | 不良 | 最低 |
| 固定接地（Y） | 最高（10 kAを超える可能性あり） | 優れた | 良好だが高エネルギー | 低い |
| NGRを介した抵抗接地 | 制御された、例えば100-400 A | 良好、過渡なし | 検出に優れています | 中程度 |
| リアクタンス接地 | 中程度、設計された | 良好 | 良好 | 中程度 |
| 接地トランス（ジグザグ） | デルタシステム上で上記のいずれかを可能にします | 適切なクランプを復元します | 選択的リレーを可能にします | $2,000-$40,000 |
ここでの重要な点は、故障電流の値を決定するのは接地トランスではなく、中性接地抵抗器またはリアクタが中性端子を地面に接続することです。多くの産業用設置では、故障電流が信頼性のある故障検出とクリアランスを確保するのに十分であり、同時に大きなアークフラッシュエネルギーに関連する問題を引き起こさない200 Aの制限を持つジグザグトランスを通じて抵抗接地を使用しています。.
主要仕様および定格
| パラメータ | 典型的な値 | 注記 |
|---|---|---|
| 定格連続 | 100-3,000 kVA | 不均衡負荷とシステムの業務によって設定されます |
| 故障電流定格 | 10秒/30秒で400-1,200 A | リレークリアリング時間と一致する必要があります |
| 電圧クラス | 480 Vから35 kV | システムのライン間電圧と一致させます |
| ゼロシーケンスインピーダンス | 10秒ベースでの5-10%が典型的 | 中性がどのように確立されるかを制御します |
| 絶縁クラス | クラスB / F / H（乾燥）、IECに従った油浸 | 電力トランスと同じ論理 |
| 規格 | IEC 60076-1、IEEE C57.12.00、IEEE C57.32 | さらにIEEE 142（接地慣行） |
仕様を書く際には、稼働サイクルを正確に指定してください。1,000 Aの電流で10秒間定格されたジグザグトランスは、同じ電流で1分間定格されたものとはまったく異なり、メーカーは異なる価格を設定します。故障時間定格は、トランスが定格容量を超えて故障電流を運ぶことを求められないように、保護システムの最大クリアリング時間と互換性がある必要があります。.
接地トランスが設置される場所
- デルタ接続システムを特徴とする製造工場：食品生産、化学、セメント、鉱業プラントで、リーディングトランスの巻線がデルタであり、中性線がない場合。.
発電機の中性接地：抵抗接地と地絡検出を成功させるためにデルタ接続された巻線を持つディーゼルおよび天然ガス発電機。.
海洋およびオフショア設置：従来は接地されていないシステムが使用されていましたが、現代の慣行では基準の存在が必要です。.
ユーティリティトランス変電所：三線分配フィーダーのための中性点を提供し、ステーションの補助負荷を提供します（ワイ-デルタ接続）。.
480 Vデルタの建物：負荷が277 Vに等しい電化で、デルタ二次出力では達成できません。.
再生可能エネルギー施設：デルタトランスを使用したインバータを持つ農場で、接地トランスが地絡保護を提供します。トランスプレートの接続がDd0またはDyn11であり、中性が利用できず、負荷に単相機器が含まれている場合、故障ログが悪化する前に接地トランスの適切な候補となる可能性があります。.標準システム構成に基づく接地トランスのサイズ（抵抗接地中性点の場合、故障の持続時間が10秒の場合）：
| システム電圧 | サービスサイズ | 一般的なジグザグ定格（連続） | 一般的な故障定格 | 参考価格 |
|---|---|---|---|---|
| 480 V デルタ | 500-1,500 kVA | 100-150 kVA | 400 A / 10 s | $1,500-$3,500 |
| 3 kV / 6.6 kV | 1-5 MVA | 150-300 kVA | 400-600 A / 10 s | $2,500-$6,000 |
| 11 kV | 2-10 MVA | 250-500 kVA | 600-800 A / 10秒 | $4,000-$10,000 |
| 22 kV / 33 kV | 10-30 MVA | 500-1,000 kVA | 800-1,200 A / 10秒 | $8,000-$20,000 |
ブランドと価格比較
| ブランド | 起源 | 専門性 | おおよその価格範囲 |
|---|---|---|---|
| ABB | スイス/スウェーデン | 完全接地変圧器およびNGRパッケージ | $5,000-$30,000+ |
| シーメンス | ドイツ | 公共事業向けの配電および接地変圧器 | $6,000-$35,000+ |
| 日立エナジー | スイス | 変電所用の大型接地ユニット | $8,000-$40,000+ |
| シュナイダーエレクトリック | フランス | LV/MV産業システム用のジグザグ変圧器 | $4,000-$20,000 |
| GE / イートン | 米国 | 480 Vサービス用のLV接地変圧器 | $2,500-$15,000 |
| 江蘇省蘇辺電力 | 中国 | ジグザグおよびワイ-デルタ接地変圧器、IEC 60076試験済み | $1,800-$12,000 |
ABB、Siemens、Hitachi Energy、Schneider Electricなどの国際的なサプライヤーは高品質の接地変圧器を製造しており、品質と文書の基準を設定しています。しかし、彼らの価格は特注のジグザグ変圧器の高い製造コストと長い納期を反映しています。江蘇省蘇辺電力は、IEC 60076-1基準を満たすジグザグおよびワイ-デルタ変圧器を提供し、ゼロシーケンスインピーダンス、温度上昇、故障時の性能などのすべての定期試験報告書を提供します。蘇辺は世界中に変圧器を供給し、400 Vから35 kVまでのカスタム電圧クラスを提供し、通常は同様の欧州製品の価格の約40-60%で提供しています。接地機器については、試験データを提供できるメーカーから安価な変圧器を購入する方が、ジグザグ変圧器を全く購入しないよりも良いです。.
適切な接地変圧器の選び方
システムが本当に接地されていないか確認します。使用される変圧器の接続グループ（Dyn11、Dd0）を確認します。中性線が利用できないことを確認します。.
接地されていないシステムを確認した後、実施する接地の種類と予想される故障電流（抵抗接地産業システムの場合は100-400 A）を決定します。.
故障時の最悪の不均衡負荷と中性電流を考慮して、ユニットのkVA定格を計算します。標準定格は通常100-500 kVAです。.
故障定格を特定します。これには電流と時間の値（10秒間で600 A）が含まれ、インバータの最大トリップ時間に対応していることを確認します。.
電圧クラスと絶縁要件が完全に満たされていることを確認します。11 kVシステム用の変圧器は、最大BIL定格で試験される必要があります。.
補助電源が必要でない限り、ジグザグオプションを選択します。その場合はワイ-デルタを使用する必要があります。.
試験報告書を要求します。ゼロシーケンスインピーダンスおよび温度上昇試験に基づく設計を確認する試験は、IEEE C57.12.90およびIEC 60076基準に従って実施されるべきです。.
設置および保護に関する注意事項
通常の運転中、変圧器は過負荷から保護する必要があります。過負荷時にはあまり電流を通さないためです。ヒューズやブレーカーは通常、一次側に取り付けられ、通常のバランスの取れた条件下では作動しないように定格されており、内部故障や長時間の過負荷の場合に電流を遮断します。さらに、中性線は接地インピーダンス（抵抗またはリアクタ）を介して接地に接続され、この接続は故障電流に応じてバスバーまたは太いケーブルで構成されるべきです。.
温度の監視は重要です。通常の負荷トランスのケースとは異なり、ゼロシーケンス電流の性質により、コアと巻線は異なる方法で加熱されます。多くのシステムは、アラーム接点付きの温度指示器を追加し、接続を年に何度も赤外線でテストできるように必要なメンテナンス期間を設定します。接地抵抗器は、天候から保護された通気性のあるエンクロージャに配置され、抵抗器は数百度の摂氏温度で動作するように定格されているため、温度計を備えている必要があります。.
よくある質問
接地トランスのコストはいくらですか？
100-300 kVAのジグザグユニットの価格は、480 Vから11 kVの範囲の電圧で、$2000から$6000の間になります。500-1,000 kVAユニットの価格は通常、$6000から$15,000の間です。1500-3000 kVAのサブステーションタイプのユニットのコストは$15,000以上になる可能性があります。価格は電圧定格、故障定格、ブランドによって異なり、中国企業が提示する価格は、同じ仕様のユニットに対して通常、欧州企業の価格よりも40-60%安くなります。.
どのサイズの接地トランスが必要ですか？
サイズの決定は故障に基づくべきです。故障電流の負荷に基づいて、接地トランスはしたがって11 kVデルタシステムの2000 kVAの産業サービスに適している必要があります。より正確には、11 kVデルタシステムの2000 kVAの産業サービスと200 Aに定格された中性接地抵抗器に対して、10秒間に250-400 kVAおよび200 Aに定格されたジグザグタイプのトランスが一般的に実行可能な機器と見なされます。エンジニアにゼロシーケンスの負荷を確認させてください。サイズが不足しているトランスは、最初の故障時に故障を引き起こす可能性があります。.
接地トランスは負荷電流を供給できますか？
効果的ではありません、ジグザグユニットでは。ジグザグトランスは、いわゆる不均衡電流がない場合、ほとんど電気負荷を受けません。単相負荷を運ぶ能力を持つ中性接続が必要な場合、一次がワイ構成で設計されたワイ-デルタ接地トランスを使用することが可能であり、これによりさまざまな目的に必要な補助負荷を供給でき、デルタ構成はゼロシーケンス導体として機能します。.
接地トランスと中性接地抵抗器（NGR）の違いは何ですか？
それらは補完的であり、代替品ではありません。接地トランスはデルタシステム上に中性点を作成します。NGRは、その中性と地面の間に接続されたインピーダンスであり、故障電流を設計値に制限します。200 AのNGRは、システムの潜在的な故障レベルに関係なく、接地故障を200 Aに制限し、機器を保護し、アークフラッシュエネルギーを制限します。.
時折の接地故障がある無接地システムを運用し続けることは安全ですか？
いいえ、これは接地哲学における最も高価な誤りです。最初の接地故障は接地されていないシステムではリセットされず、他の2つの相の電圧を線間電圧に引き上げ、絶縁体に1.73倍の印加電圧をかけます。異なる相での2回目の接地故障は、接地を介して相間短絡を引き起こし、数十キロアンペアの電流の大きさと共に4-5倍のゼロ電圧過渡を生じる可能性があります。これは、モーターやケーブル設置を損傷させる故障の正確な順序です。.
参考文献
- IEEE 142 — 産業および商業電力システムの接地に関する推奨実践 — グリーンブック；産業システムを接地する理由と方法に関する決定的なガイド。.
- IEEE C57.32 — 中性接地装置の要件、用語、および試験手順 — NGR、リアクタ、およびその試験をカバーします。.
- IEC 60076-1 — 電力変圧器、一般要件 — 接地変圧器設計のための試験および評価の基準。.
- Eaton — 接地および接地故障保護 — 低電圧施設の接地システム設計に関する実用的なガイダンス。.
- OSHA 3075 — 電気的危険の制御 — 接地要件に関する職場の電気安全コンテキスト。.
- 日立エナジー — 変圧器製品 — 接地変圧器の提供に関する参考仕様。.
結論
接地されていないデルタシステムを運用している場合、接地変圧器が無視できない購入であることは明らかであるべきです。それは、間違いなく大規模なシステム障害につながる一連の差し迫った問題に対処するために設計されたエンジニアリングソリューションです。接地変圧器が行う主なことは、システムの接地を提供し、抵抗器によって発生電流の制限を許可し、保護の選択性を確保し、すべての接続機器へのピーク電圧の影響を排除することです。.
中性があると言う前に、システムの接続グループを知っておいてください。.
純粋な接地にはジグザグ変圧器を使用し、追加の負荷が必要な場合はワイデルタ変圧器を使用してください。.
故障定格に基づいて寸法を選択し、10秒の定格をリレーのトリップ時間と比較してください。.
試験報告書にゼロシーケンスインピーダンスが指定されていることを確認してください。.
IEC 60076-1に準拠し、試験報告書と工場直販価格で製造された認定ジグザグおよびワイデルタ接地変圧器については、連絡してください。 江蘇省蘇辺電力 彼らのウェブサイトで www.subian-electric.com そして、あなたのシステム電圧、故障電流ターゲット、およびデューティサイクルを送信してください。.