۵ دلیل استفاده از مقاومت NGR در نوترال ترانسفورماتور NGR
NGR چیست و چرا در مسیر نوترال ترانسفورماتور استفاده می‌شود؟
در سیستم‌های قدرت، یکی از مهم‌ترین موضوعات در طراحی و بهره‌برداری، نحوه اتصال نوترال ترانسفورماتور به زمین است. اتصال مستقیم نوترال به زمین می‌تواند در هنگام وقوع خطای زمین، جریان بسیار زیادی ایجاد کند. از طرف دیگر، اگر سیستم به‌صورت کاملاً ایزوله از زمین کار کند، تشخیص برخی خطاهای زمین دشوار خواهد شد.
اینجاست که NGR یا Neutral Grounding Resistor وارد مدار می‌شود،NGR که به آن مقاومت زمین نوترال نیز گفته می‌شود، در مسیر بین نوترال ترانسفورماتور و زمین قرار می‌گیرد و وظیفه اصلی آن محدود کردن جریان خطای زمین تا یک مقدار مشخص و قابل‌کنترل است.مقدار جریان NGR می‌تواند بسته به طراحی سیستم متفاوت باشد؛ برای مثال ممکن است جریان خطای زمین به 100، 200 یا حتی 600 آمپر محدود شود.
برای مطالعه مقاله مزایا و معایب انواع سیستم زمین نوترال ترانسفورماتور قدرت کلیک کنید.
اما چرا استفاده از NGR در سیستم قدرت اهمیت دارد؟
در ادامه ۵ دلیل اصلی را بررسی می‌کنیم.
۵ دلیل استفاده از مقاومت NGR در نوترال ترانسفورماتور NGR
در یک سیستم دارای NGR، نوترال ترانسفورماتور به‌صورت مستقیم به زمین متصل نمی‌شود، بلکه ابتدا از طریق یک مقاومت با مقدار مشخص به زمین وصل می‌شود.
به‌صورت ساده:
نوترال ترانسفورماتور ← NGR ← زمین
در شرایط عادی، جریان بسیار کمی از مسیر NGR عبور می‌کند اما هنگامی که خطای فاز به زمین رخ دهد، جریان خطا از مسیر زمین و NGR عبور کرده و مقاومت NGR مقدار آن را محدود می‌کند،به همین دلیل NGR را می‌توان یکی از تجهیزات مهم در سیستم زمین‌کردن نوترال ترانسفورماتور دانست.
۱. محدود کردن جریان خطای زمین
مهم‌ترین وظیفه NGR، محدود کردن جریان خطای زمین است،فرض کنید یکی از فازهای سیستم به زمین اتصال پیدا کند. اگر نوترال ترانسفورماتور مستقیماً زمین شده باشد، بسته به امپدانس شبکه ممکن است جریان بسیار بزرگی در مسیر خطا برقرار شود،این جریان می‌تواند چندین کیلوآمپر باشد.با قرار دادن NGR در مسیر نوترال، مقاومت مشخصی به مسیر جریان خطا اضافه می‌شود و جریان تا مقدار طراحی‌شده محدود خواهد شد.برای مثال، یک سیستم ممکن است طوری طراحی شود که جریان خطای زمین به:
100 آمپر
200 آمپر
600 آمپر
محدود شودو البته مقدار مناسب NGR به مشخصات شبکه، سطح ولتاژ، نوع سیستم زمین، تجهیزات و فلسفه حفاظتی بستگی دارد و نمی‌توان یک مقدار ثابت را برای همه سیستم‌ها در نظر گرفت.
۲. کاهش آسیب به ترانسفورماتور و تجهیزات قدرت
خطای زمین با جریان بالا می‌تواند انرژی بسیار زیادی در محل خطا ایجاد کند.این انرژی می‌تواند باعث آسیب به:
سیم‌پیچ ترانسفورماتور
کابل‌ها
شینه‌ها
تجهیزات کلیدزنی
ژنراتورها
موتورها
شودو هرچه جریان خطا بیشتر باشد، نیروهای حرارتی و الکترومغناطیسی ناشی از خطا نیز می‌توانند شدیدتر شوند.NGR با محدود کردن جریان خطای زمین، شدت انرژی خطا را کاهش می‌دهد و در نتیجه می‌تواند میزان آسیب واردشده به تجهیزات را کاهش دهد.بنابراین یکی از اهداف اصلی استفاده از NGR، افزایش قابلیت تحمل سیستم در برابر خطاهای زمین و کاهش خسارت ناشی از آن‌هاست.
۳. کمک به عملکرد رله‌های حفاظت خطای زمین
یکی از نکات مهم در سیستم‌های دارای NGR این است که NGR فقط برای محدود کردن جریان استفاده نمی‌شود ، وجود یک مسیر مشخص برای جریان خطای زمین باعث می‌شود رله‌های حفاظتی بتوانند این خطا را تشخیص دهند و بسته به طراحی سیستم و روش اندازه‌گیری، حفاظت‌هایی مانند:
50N — حفاظت اضافه‌جریان لحظه‌ای زمین
51N — حفاظت اضافه‌جریان زمانی زمین
59N — حفاظت اضافه‌ولتاژ نوترال
64G — حفاظت خطای زمین
می‌توانند در تشخیص خطای زمین نقش داشته باشند.البته نوع حفاظت و روش تشخیص خطا به ساختار شبکه، نحوه زمین‌کردن نوترال و تنظیمات سیستم حفاظتی بستگی دارد.بنابراین NGR را می‌توان بخشی از یک فلسفه حفاظتی کامل برای تشخیص و حذف خطای زمین دانست.
۴. کاهش خطر قوس زمین
یکی دیگر از مشکلات خطای زمین، ایجاد قوس الکتریکی (Arc) در محل خطاست اگر جریان خطا بسیار زیاد باشد، انرژی آزادشده در محل قوس نیز می‌تواند بسیار بالا باشد.این موضوع می‌تواند خطرات جدی برای تجهیزات و حتی پرسنل ایجاد کند.با محدود کردن جریان خطای زمین توسط NGR، انرژی موجود در مسیر خطا کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه شدت برخی خطاهای قوسی نیز می‌تواند کاهش یابد.البته NGR به‌تنهایی یک سیستم حفاظت در برابر Arc Flash نیست و برای حفاظت کامل در برابر قوس الکتریکی باید طراحی حفاظتی مناسب و تجهیزات مربوطه در نظر گرفته شود.
۵. کنترل شرایط اضافه‌ولتاژ در خطای زمین
در سیستم‌های بدون زمین یا با روش‌های خاص زمین‌کردن، وقوع خطای زمین می‌تواند باعث تغییر توزیع ولتاژ نسبت به زمین شود.در چنین شرایطی ممکن است ولتاژ فازهای سالم نسبت به زمین افزایش پیدا کند.استفاده صحیح از NGR باعث می‌شود نوترال سیستم از طریق یک امپدانس مشخص به زمین متصل باشد و شرایط سیستم نسبت به زمین قابل‌کنترل‌تر شود.به همین دلیل انتخاب صحیح مقدار مقاومت NGR اهمیت زیادی دارد.
تفاوت سیستم زمین‌شده مستقیم و سیستم دارای NGR
یکی از سؤالات مهم این است که چرا نوترال را مستقیماً زمین نکنیم؟
در زمین‌کردن مستقیم، مسیر خطای زمین امپدانس بسیار کمی دارد و بنابراین جریان خطا می‌تواند بسیار زیاد شود.اما در سیستم دارای NGR:
نوترال → NGR → زمین
مقاومت موجود در این مسیر جریان خطا را محدود می‌کند.
| ویژگی | زمین‌کردن مستقیم | زمین‌کردن با NGR |
|---|---|---|
| جریان خطای زمین | زیاد | محدودشده |
| شدت آسیب خطا | بیشتر | کمتر |
| کنترل جریان خطا | کم | بهتر |
| تشخیص خطا | امکان‌پذیر | امکان‌پذیر |
| استفاده از مقاومت نوترال | ندارد | دارد |
اگر NGR خراب شود چه اتفاقی می‌افتد؟
خرابی NGR می‌تواند به دو شکل کلی اتفاق بیفتد:
NGR مدار باز شود
در این حالت مسیر اتصال نوترال به زمین قطع می‌شود و فلسفه زمین‌کردن سیستم ممکن است از حالت طراحی‌شده خارج شود.
NGR اتصال کوتاه شود
در این حالت مقاومت محدودکننده از مسیر خارج شده و جریان خطای زمین ممکن است بسیار بیشتر از مقدار طراحی‌شده شود.
به همین دلیل مانیتورینگ و تست دوره‌ای NGR اهمیت زیادی دارد.
NGR چگونه انتخاب می‌شود؟
انتخاب NGR فقط بر اساس یک عدد مقاومت انجام نمی‌شود.پارامترهایی مانند موارد زیر باید در طراحی در نظر گرفته شوند:
- ولتاژ سیستم
- جریان خطای زمین موردنظر
- مدت زمان تحمل خطا
- سطح اتصال کوتاه
- مشخصات ترانسفورماتور
- نوع سیستم زمین
- تنظیمات رله‌های حفاظتی
بنابراین مقدار NGR باید بر اساس محاسبات سیستم قدرت و فلسفه حفاظت انتخاب شود.NGR یا Neutral Grounding Resistor یکی از تجهیزات مهم در سیستم زمین‌کردن نوترال ترانسفورماتورهای قدرت است.مهم‌ترین وظیفه آن محدود کردن جریان خطای زمین به یک مقدار مشخص و قابل‌کنترل است. این کار می‌تواند باعث کاهش آسیب به تجهیزات، فراهم‌شدن شرایط مناسب برای عملکرد حفاظت‌های خطای زمین، کاهش انرژی خطا و کنترل بهتر شرایط سیستم نسبت به زمین شود.
در نهایت باید توجه داشت که NGR به‌تنهایی یک تجهیز حفاظتی مستقل نیست؛ بلکه بخشی از سیستم زمین و فلسفه حفاظت شبکه است و مقدار مقاومت، جریان نامی و زمان تحمل آن باید متناسب با مشخصات شبکه انتخاب شود.
برای آشنایی با دوره جامع رلیاژ میتوانید روی دکمه زیر کلیک کنید!
سوالات متداول
NGR مخفف Neutral Grounding Resistor است و مقاومتی است که بین نوترال سیستم قدرت و زمین قرار می‌گیرد تا جریان خطای زمین را محدود کند.
مهم‌ترین دلیل استفاده از NGR، محدود کردن جریان خطای زمین و کاهش آسیب احتمالی به تجهیزات قدرت است.
ممکن است مقاومت محدودکننده از مدار خارج شود و جریان خطای زمین در هنگام وقوع خطا به مقدار بسیار بیشتری افزایش پیدا کند.
مسیر زمین‌شدن نوترال قطع می‌شود و شرایط شبکه از وضعیت طراحی‌شده خارج خواهد شد؛ بنابراین تشخیص این وضعیت و حفاظت مناسب برای آن اهمیت دارد.
خیر. هدف NGR حذف جریان خطا نیست؛ بلکه محدود کردن آن به یک مقدار مشخص و قابل‌کنترل است.
