advanced application guidelines for ground fault … · advanced application guidelines for ground...

25
Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Presented at the 28th Annual Western Protective Relay Conference Spokane, Washington October 23–25, 2001

Upload: vuongtuyen

Post on 20-Sep-2018

243 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection

George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.

Presented at the 28th Annual Western Protective Relay Conference

Spokane, Washington October 23–25, 2001

Page 2: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

��

������������������ ������������ ���������������������

������������ ������������������ �������� ������ ������������������������ !�� ��������"���

#$��� �����%��

�����������

�&��'��$��& &���()*�������!��� &&��� ������$���������+������$���+ $����������������$����&��� �����'���� ��&������������"���� ��& &�����������$������+��$�����������&������������������� ������& ������������! ����$&����������'���� ������$�����

��������$��������������& &�����& ������������ �����&��� �������$��������$�������������+��������,�

�� ������-.��&��� ���� ������� ������-#�������&&������ %�������$���. !����

#��!���� �� ���+����$���+ $�����������������$������� �������������'���� ������������-���&��� �������������������� ���� !���������������-���&��� �������������������� ���'���$�������������'�������������-&�������&&���� &&��� ������� &&��� ������+����$������� �������� !����� ������������ ���'���$�������������'�������� !����

�����& &����++������������� ����������������� ��������������+����� &&��&�� ������$���+ $���&�������������������������� !�'�� &&��� ���������� ��������$����$���������+��������������$���+ $�����������������������"��������� ���������++������������ ��������������������������� ���������+��������&����!���&��!���� �� ��

�������������������������������

�������� & ����������$��������'�� ������$���'���� �� �����+� ��� ����������������������� ����+��� �������� ����������!���+�����+�����������&��� ����� �������$����������� ������' ���$�������!����� ����$����$��������� ��& &�����"����������$����������������&��� �����������&��� ���&���� �� ��� ��������������&�������������������

���������/�������� & �����0���+������� �/! ��0��+��$���&�������'��$ ��� & ������� ���������������� �������-& � ����� �� ���������1������&���������������& &�������$���/�������� & �����0����&� ����+�����������$�!�������/�������� & ������! ��0������� & ������� ��� ������ ����&�������'���2$�&����� ���&����� ������$�������� �� �����&� �+������ ��������$� ����+�������$���

����������� & ����'���� �� �����3��������-������������������ ������������������$���'���� �� �����3��� ���3��4�3��� ��$!� �������� �$� ��+��2$������� ����������$����+���������+ $�������� & ����������������������� �����$������&����������&��!�����5�'���� ��6� �������� ����&��!�����5�$!���������$������� ���6�

����������� & ���������&�����������&���+�!�& ���&�������������&��'����� � ���� $����!���'��'��� ������$������+��������-+ $����$��������'����������!�& ���&����������� ��!�� ����&������������� ���� &������� ��������' ��������5�78�6�������&�� ������+� ������������ &�&���$��������-+��2$������� ���������9���� ������$��������� ��������������� � ���� ���- �� �����+������� ���

Page 3: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

:�

����� ��+���������++����'��������� �������������-+��2$������� ���������!$��������� �����'������$����� ������������$!� ��������� ����������78��& � ���������� & ������! �������� ������� ����������' �$�������&�������$&�������� ����$����+�'��� �����'���&��� ����������� & ������! ����$����� �+ $���������++����������&���$��� �������$���� ��� '�+���� ����������+���!$������������ ��������� �$� ��+��2$������$!� ��������� ���������78�!�& ���&���������������&�� ���� �� ���� &��� ��������������������������������������������78�� ��������$��������78�&������������� & ������+�����'��'��� ������������� ���� &�&��'���������� ��&�����������+������78��"���������!�& ���������������� & �������������������������� ���� &��������������

��������������

�$����+��������������������-���&��� ���������&��������������� �$���+��$�����������&��!����� ����� ������������� ���� ������������ ��+$������������������������ ������������ ����'���� ��� �����&��� ������$��������'� !�������+�������������� �����& �����������������������2$ ������&��� ����1������� ����� ������� ���� �������!��������������� ��� '�����!�� ��������&��'���� ��2$ ������$����� � ���������&�� ��������������������� ������������� �����!��� ��� �����+����������� �����+ $����

�������������� �!���� "#� �"�

1���$����&��� ������ �����������������&���������������������+����+�������+��� !��� &&���������$��-���� ������� ���! ���������� ��-�� ���+ $�����&�� �����&��������������������� ���� ���� � ������������� ��;-3��� �� ���������������������������� &&�� ���+���������-���&��� ������ ����������������!�� $����+�����/��&�� �����&�� �0�&���$����!�������$!� ��������� ������������������ !�'���1���$� �������������&�� �����&�� ��� ��!���� ����� � ������+������$������� ����+$����������&����������������� ������$��������� ����� ����&���� ������������������1�$������� ��+������������������� ��+�������

����+��������� � ������������!���������&�� �����&�� ��&�����������<������ �������++������+�!�& ���&���������� �����������������=����� & ��� ����' �$����'����� ������1��$�������&���������&� ����+� �������-���&��� ������ ���������������������������������� ����>�?���� &&��� ����+ $��� �������������!$���+������� ���������������

�� ��

����

��

Y�W�

=V� �6RXUFH�,PSHGDQFH=F� �6HULHV�&DSDFLWRU�,PSHGDQFH

=O� �5HSOLFD�/LQH�,PSHGDQFH�

�#$����%� ����� ����������������� �������

�������$���������!� �����!�����'�����2$ �����5�6�+�������+ $����$�������5�6� ����$!��2$���������'����+�������!$��'��� ���'!$�5�6��

������ ��@�5�6@.�

@����5�6

;@�5�66�@���5@8'5�6 � 5�6�

Page 4: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

A�

����+���������' �$��������$���,���$���,� ������� B?��C�?�BD�C�:C�� �

���,� ������� ED�:�C�?�B?)C�:C�� �

. & �����,� ��� F?G�AAC� �

8��� ��,� '����:65HE658 �� �

����-&� ���+ $����$��������5�6��������������1��$���:�

� ����� ����� ���� ����� ����� ��� ���� ���� ���� ����±��

±�����

±����

����

�����

��

)DXOW�&XUUHQW

7LPH��VHFRQGV�

I��W�

I��W�

��#$����&� ��������������� ���

"��1��$���:��+�5�6��������H?�I�����&�������+�����-&� ���+ $����$������ ���+:5�6�5����!����������6���������:)D�I��� �$� ��+��2$������� �������

����-&� ���'��� ����'!$�5�6��������������1��$���A�

� ����� ����� ���� ����� ����� ��� ���� ���� ���� ����±���

±��

��

���%XV�9ROWDJH

I��W�

I��W�

7LPH��VHFRQGV� ��#$����'� ����� ��������� ���

"��1��$���A��+�5�6��������H?�I�����&������ ���+:5�6�5����!����������6���������:)D�I��� �$� ��+��2$������� �������

Page 5: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

)�

������������&����������'��+������� && �������&�� ���������!������-&� ������$��-���� ������� ���1����������������� ������$�����+����5�6� ���'!$�5�6� ���� �&�����H�������&�����������+$��-������������$���'������� ��+��������������'���������� �&����' �$������&� �����������$������&� ����� �����������&��� ����!�� ������(5C?�G�C�6�J�C�*K"?��������&� ����$������� ������� && �������&�� �������� ��$� ����5������"?�>��JAK5"�L�"M�L�".6�

1��$���)������������&�� �������&�� ����� $����!������� �$� ��+��2$������� ����������������1��$���:� ���1��$���A��<������ �������� ����� +��������+ $������ &&�����������&�� ���� � �������������� ���� ���& ���������$���������� ��-�� �����&�� ������ � ������������������� ���������� ���������&�� ��������$����$���������� ����� ���� ��-�� ���' �$�� +���� &&����� �����D���������������������� ��& ���������$���������������+�����;-3��� �� ����&��������������� ��-�� ����� � ����������+��� �C������-&� ������$������� ��������+$���������������� �:D������� �������������������&�������� �!�����$�������&��'����C�������'���� ���+��� ��������!$��+ $���! �������������� ��-�� �����&�� �����"����� && ������� ��������� ������������$���!�����$�������&��'����C�������&�� �����!�� $����+������&�� �������&�� �����

�� � � � � ��

�,PSHGDQFH�6SLUDO�IRU�$*�IDXOW

,P�]�

,P�V]�

,P�PKR�

��� 5H�]���5H�V]���5H�PKR� ��#$����(� �����������

�#����#� ��� ��$�#�!�

9�������� �����������������+���������� ������ !�������+� ���������� ��+$������= ���������� �����$������� ����+$�������� ���� ��'�-��2$�������������� ��+$����������� �����-��2$�������������� ��+$������=����&�� ���5 ����� ���&�� ����+�������+ $����$� ����6�+��� �+��� ������$���+ $���5��&��� !�����6� �����������&�� ���+��� ���'��������$���+ $���5���$����6��9�������� ��������������� ��

Page 6: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

D�

���$���'��������$����&��� ������ ��������������� &&��� �������������-���&��� ������ ������������������ ���! �������&��!����!�� $����+�����&����!�������+�'��� ��� ����$��������'��� ���

�'��� �����'��� �����$���+��� ����$���+ $����� �� ��������� & �����������������&�� ����+��������'��� ����� ��+��������� ������������+ $������� & ����'��� ������� �����$���'����������'��� ���+�����'��� ���&� ��� ������ ����� ���!������&��� !������ ������$�����&��!�����

1��$���D�����������& � ������� �����������������"��� ��������� ��������� & ���������&����� ������� ���� ��������+��5 6�!$���1��� ����$���+ $��� ��1����������&�������� �������������������������� & �����������'��� ��������!��������� ��� �� ����!����������&� ���!������������� ��!����'�����������$������� ������� �����������&��������$��������������� ������+ $������������ ��� ������� �������� �� ���!��������&&���������$��-���� ������� ���������!�������������$��������������� ������+ $������������ ��� ������� �������� �� ������&�������������������� ������ ������$������$��+������������� ��'�-��������-��2$�������������� ��+$��������$������� ���������� �����& �������������

� �

5HOD\ 5HOD\

5HOD\ 5HOD\

��#$����)� !������"����

���++����'���� ����������� ��������++������+� �'��� �����'��� ����� ����$������� ������� ��������$������� &&��&�� ���&�����'�-��2$�����'��� ����8��� ������/&�� ������0�2$ ������ ������$�������&��+ $���' �$���+�8�������&��+ $������/������0�' �$���+�8�����$������� ���� ������ � ������������ �� ��$����&��&������������ ����������$�����8���� ����������������+ $���' �$������������� ������$��������� ����������� ����������� ��!����&���������������������&������������ ������+������'�� ��������������+������������������+� �$������$������ �����$������� ����+$������������������������������������ ��+ $�������� ������N������������������&����������������' �� ����������$�������� �$+ ��$������� ���������2$������� �������!����������������������'�� ������������������� ��$���&��&����&�� ������+�������������� �����& �������������������

��$��������'��� �����$���+��� ����$���+ $����������&��������-����������&��� ������������������+ $����$������������� ���������� ����� '��� ����������������� ����$������$��+��� �������� ��+ $����1�����������������1��$���D���+�����!������������������'���� ��$��������'��� ��� �����$��+��� ����$���+ $��� ��1��+�������+����$������&�� �������������� �������� �� �����+������������� & �������"+��������$���+ $��� ��1������ �!������+ $�������������� ����+ $����$��������$���������������� $���� &���!�& �������+������������� & �������I���'���� �����-������ ����+ $������������$�������+ $����$��������������������� & �������������!�& �����

.��� ������ ��'�-� �������-��2$�������������� ��+$��������� ������&�� ������+ �������&�� ���+����$��������'��� ��� ���'��� �����'��� ����������� ������+�����'��� ����� ��+���������������������/!$�-����0����/����-����0��+������������� & �������������+ ������� ��������������� ��� &&�����������������+�������������� ��+$�������� ������� ������������ ���������&��!������/.��&��� ���0�

Page 7: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

H�

��������� ��+$��������&��'��������$�������������������� ��'���$ ����/��'�0�����+$������� ���������������������������������������� ������������� ��$����(�*�

�� ���� �&�����������������+����������&��� ������� ��'�-��2$�������������� �����������������!��������+�������(�*� �����'���+���������� ����� ��������1��$���D��.��������������� ����� �����������!����������� ��������+��!$��5'��� ����� ��+��������� ���������������-������+������������� & �����6��1������ ��$�������� & ������! ��������������5$����&��� ��������6�������$����������&�� ����������������������� ��,�

6��D������5��� ��������+�$�������� ������������"� �������������+���&�� ������2$����-&�����'����������C,�����

"� ���?D

C:1C:;:C

C:1

�/

/

��

������������� �������������� ���� �+��� ���+ $����+������ ��$� ����C:�5��� ��'�-��2$�������&�� ���6����������� ��C:1�� ��� ���'�����+ $����+������ ��$� ����C:������� ������ ��C:;�

<��� ��$����� �������������� & �����������-���'�����M�� $���������� ��'��� �������$&&�����+������������-������+������������� & ������������ & ��������&�� �����$���!������������� ��& ����+�������$������&�� ����!������������� ���"+�3&������� ������ ��������$������&�� ����� �'��� �����'��� ����$������$��+���+��� ��-����������+ $�������$�����������&��&������������ ��������������&��'��������������C:1����������$���!����� ������ ��3&�������$����������&�� ����������������������� ��,�

� & ������������������+���&�� ������2$����-&�����'����������36�D������5��� ��������+�$�������� ������������"� �������������+���&�� ������2$����-&�����'����������C,�����

"� ���?D

C:1C:;

3:

635CC:1

&

�/

&&/

��

*��������� �������� "��#� ��������+��� ��� ,��#"�� ����� ��#� "�

����$������� ����+$������� &&�������� ��� ��������������������$���������� & ���������2$�����/����-��2$������$���������&��� ����0��+�����&� ����$�����������������������������������$��&�����'�-��2$�������&�� ����+����������� ����� ����$���+ $�����������������' ������+���������-��2$������$���������&��� �����+ ��������&������������&&�������

��������-��2$������$���������&��� ����������+����� ��+������,�

C�C�C?

�"?@�"

�� � � 5:6�

" ��������&� ����$������ ��������� ��� ���"?������������-��2$������$������ ��������� ���C?������������-��2$�������&�� ���� ���C���������&�����'�-��2$�������&�� �����+�����&���������������1��� �������-� & ���������&��� ������ �������������������$��������' �$ ������+���$���$����&��� ������&�� ������C?� ���C��������&��� ������&�� �����C?�G�O3�� ���C��G�O3�P��3����������� �� �����+������������� & ���������� ����!�������������� �� ������������+�����������8��� ����� ��+��������� ������������������� ����� ���������������' �$ ��� ����+ $��� �������������!$��+�������������-���&��� ������ �������������������������1��$�����������&� �����������2$�������

Page 8: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

E�

��$����� �������������� & �������������!�& ������$���������+ $��� ����� ��$����&��� ����' �$����+�C?� ���C�� ���$�������� ��$� �������

����

������

���

�����

�����

EHBA:A"?@�"

8

�DDHDFE8

EDAAD��"?

EDA�?DA)"

ED:B?)

B?)ED�:�

��$���������'��� ����� ��+������������ �����������!$�-������+������������� & ����������������� ������&�����'�-��2$�������&�� ����+����������� ���������+ $������)�B?Q�L��AA��GF?Q�>�:E��ED�Q���������$������� ������� ������������ ��$� ���������&������' �$���+�&�����'�-��2$�������&�� �����<����� ��$����� �������� ��$� ����$��������&��� ����' �$����+�C?� ���C��

� � � �� �

����

��������

�����������

ED�:E"?@�"

8

:DB:FEF?�AAB?)

F?�AAB?)F?�AAED�:�

���������������$�������!� ������"��+ ���������&�� �������&�� ����&����������1��$���)�� ��� ��$� ����$�������>�:FE��G:DBQ���

�����+��������� && ����� �������������2$�������������� ��$� �����$�����C?�G�O3�� ���C��G�O3��+������$��-���� ����+$���������� �� �����&����������&�� ���!�+���������������� & ���������!�& ����� ������� ��$� �����$�����C?� ���C��+������$��-���� ����+$���������� �� �����&����������&�� ��� +���������������� & ���������!�& �������������������+������������ �� ��������� ��� �����' �$�����&� �����R�����&��� ���' �� !����� ����������������������+� ��������� & ���������!�& �����5���������������+������������$�������+��78S�� ���$���6��������� ����$����+�+ $����$�������M�� $��� ����$���+ $��� �� �& ����$� ����� ������ ��!�� �����������$������ �����-��&�� �������$�����&�������$&����� ��� $��������+ $�������$���+ $����$������� ����$����� ��' ���+��� ���'���+ $������ �����

1�������1��$������� �&����$�������>�:FE��G:DBQ���$���� $��� �C���������$��-���� ����+$�����������'���� ���+��� ��������!$��+ $����+������� ���������������� ���&�� ��������������������� & ����������'���+�������'����5�������6��.����2$�����������!����&� ������������� ��$� �����$���������$����&��� ����' �$����+�C?� ���C��

����# $�� ,�������#� � �#,��# �"�

�� ���������!������� ������������$���+���������-���&��� ������ ���������������&���������=�$��������++������ �������������� �����& �����P��M�+�������� �'�����+���&������ ������ ���� � ���� �������� ��5�$�����6���� ��������������������&�&$� �� ������� ��&� ������& ������� ��$!�����+��$��������++������ ������ ��!�����$��������++������ �� ������������ �����& �������������� ��� ' �� !���+���������-���&��� ������ ���������������&���������=�+����+��������� ���� �$+ ��$�����<��� ����$��������++������ ����� ��� ����$�� !����<��� ������� ���J��������� ��+$�������! ������������� �����& �������������� ����$�� !����������������������� ����' �$ �������

Page 9: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

B�

� & !�������� �������� �������+� ���'������ ������������������ ������!�����$��������++������ �� ������������ �����& ���������������������& �� ���

������2$���������$��� �������� ������ & !�����������$���!�������������$���������"������� ������������ �����& ����������������2$����������� ������ & !�������� ������$��������++������ ������������������������� ����� ' �� !�������+�+�!����&������������! ���������� ������ ����+���� ' �� !������ ���������$����+��$��������++������ ����������

����� �$������������������� &&��� ������+� �& ����$� ����� �������� ������������ �������-���&��� ���������+�������+�����������&��-� ���&���-&$��� �������������� �������&���������������$� �������$���!��������������"������&��-&$��� �������' �$ ������� �����$�����������&�����������������!����������&������&���$���� ����!������� ���������$���S������� �������������+������$!O����� �����������&$��� �������������"������&���-&$��� ����� �����$���������������� �������+��������������������������������+��� ���'��� &&��� �����

�� ���-��������� ����������� �

��� ���� ���$��������� ���+ ������������������+����$&&��������������� !���&����������+����� ������� �����������������7����+������� ������ ����'��������� �������������� ����$����+�������-&� ������&&�����+������� ��������������$�����"�� �������-&� ������&&���������������������+ $�����&� ����+������� ������������������������$&����+��������������-��-���$���+ $���������� ������&��������!���� ����������'������������������������� �����&� ��������������+ $��������� ������������&��'���!������������ !�������+�&������� ���������� ��������� !�������+������������ � �����&�������������1��� ���+ $������'��'����������� ������&� ���� ���������&� �����+���������� ����&��������������� ���� �����+�� ������+����������������+��������� ���������'��&� ������&&�����"�� ��������'��&� ������&&���������������������+ $�����&� ���� ���������$&����+����$���&� ���+ $��������������������� ����� &&������ ������ �' �� �����+��� ����������&������'��� ��������&� ��� �����������

�������������� ����+������+��������� ��������-&� ������&&���� ��������������!�� $��� $��� ���������������$��� �� ���!��$������������ !��������������-&� ����� ���������������+��������� �������-&� ������&��;���������+����$���&� ���+ $��������&���� �� ���' ����������� ��� &&��� �����

��.������"#$ �

���&�������'����� ���������� �����������������������+� �+ $�����������������������+�&����������� ����+��������������$�� ����&��$�&$������� ������+ $���� ��!������'���+��������&�������������"��������-&� ������&&���� &&��� �������������� ���$��� ������� ��������������������&� ������&� ���� �����'��'����������+ $��� �����������$������&��&������&��$�&$�������&���������� ��������&�����+�����!�� ������� ���������&��������$��� �������-&� ������&&������������$���� '��!����+ $�������������� & !������ ���+ $�����&� �������������� & !��������� ������ ����������� �������������� &&�� ���������������������2$���������

����+������������/.��!����0����/"����� ���0���������"���������&���+�������������� ����� �$�������������� ���$����+���!����+ $������������� ���&� ������������������ �&����+��������&���+��������������!�� ������'��$ ��&� ���������$��������++������ ����� �����������'��$ ��&� �����++������ ���������������������������+ $��� �������������������&� ���� �����'��'����������+ $���

����������� &&�� ������ �/��& � ���0���������"�����������������++��������������� ���$������������������+ $��� ��������������������+ $�����&� �������� �&����+��������� ������-&� ������&&������������� ��������'���������������-&� ������&&����!������ ���������+�&� ��������������������� ��� ����� ����������

Page 10: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

F�

�������� �S���$���+$���������� ���� �������-&� ������&&�����������������������������!�� ����!�� ������+������� ������ �����������������+������� �$���������������&����!������$������� ����+$�������� ������������������&�����������������������-��-���$���+ $�����I���'����������������������������� ����$��� ������-� ������ ��'�-��2$������'���$��������������� �����������������-&� ����������'��� ����$�������$�����& � ���&� ��������������������������� &&��������������-&� ������&&���� &&��� ������

�++���"��+�� ���� ��.�"��

���&���&� ������ ��� ������������������ ����$�! � ������� ��� �� ++�������������������� �������������������������&���&� ����!$�� ������������� �������$���$�������������������������&��������������������$���!��������������!�����$�����������++������+�$�! � ��������������$���!���������������5�������'���+�������'���6��$����������&��-&����&������+��������� �������-&� ������&��.���������������&�����������+�1��$���H����������&�������������$����������������$�! � ��������$������+���� ���&���&� ���������� �������������+� ���&���&� ����������$��������&&������M�

����#

����$

����%

� �

����&

��#$����/� '�����������"����

������%� (���')������ ���

������������� ������������

� ������� ������� �������

� :BF��:?Q� :BF��:?Q� DEB��:?Q�

�� :BF��G�??Q� :BF��G�??Q� DEB��G�??Q�

�� :BF���)?Q� :BF���)?Q� DEB���)?Q�

�� :BF��:?Q� :BF��:?Q� DEB��:?Q��� ?� ?� ?�

� ?� ?� ?�

���� ��������� ����

� ������ ������

�� HDA��::HAQ� HDA��EAEQ�

��� HDA��GFAAE�� HDA��G��:HAQ�

��� HDA���):HAQ� HDA���:EAEQ�

��� HDA��::HAQ� HDA��EAEQ���� ?� ?�

� � ?� ?�

Page 11: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�?�

������&� (�')���*����������%�

������������� ������������

������� ������� �������

� ?� AEH���FEQ� AEH���FEQ��� :HF��GBD�AQ� A?D��G�?DEFQ� DHD��GFH�:Q��� :D����:H::Q� A�?���)D�EQ� DDA���AHE�Q��� �HB��:�?DQ� A:F���FB:Q� )FE��:?�EQ��� �:���G�H�)DQ� ?)?���BDDQ� ?B���G�H��)Q� � ?)E��G�D:D:Q� ??E��AH?DQ� ?)���G�D:B:Q�

���� ��������� ����

� ������ ������

�� HDEH��:D:DQ� HDEE��)EHQ���� HDBF��GFE:)�� H)EH��G��:BFQ���� H)BE���)A?:Q� HDB:���:E?FQ���� HDD��:AHBQ� HD))��HA�Q���� �:����?ADDQ� �:���GEH)DQ�� � ?H������?DQ� ?H���GHBFDQ�

"+�������� ��&������ ������!� �����+�������������� ������� ������!$��� ��������'��� ������ ��$����+���-&� ��R������������� ����� ���������&������������������+��������� � �������� ��,�

���� ��������� ����

� ������ ������

�� ?� ?�

��� HDBF��GFE:)�� H)EH��G��:BFQ���� H)BE���)A?:Q� HDB:���:E?FQ���� )ADF��::BFQ� )ABB��E�?Q���� :�E���G�DEBFQ� :�FD��G�E:F?Q�� � :�BB��G�DHA)DQ� :�FA��G�E:F?Q�

�.���#"�� �������� �"�

����&� ����������� ������������� ����� ��������������&���&� ������������������$���!������'���+�������'�����$���������������� ������!�� ����&��������&����1����� �&�������������-&� �������&��������&� ������� �������������+���M� ���.� ���!�����������������$���������� ����$��� ���&� ��� ��������+���+�����&� ��-��-&� �������� ����'��� ����$����������&���&����

�������$������� ������������ ����� ��������������&���&� ������$��� ����!������'���+�������'����!�� $������� ��� '���������� ����'��� ���I���'����������������� ��������� '������-��2$������&�� ������$�������9�&����������������&���+�&�� �������'��� ���$�������������������+��������$������� ���������������������� ��������������������$��&�����&� ����� ��!�� ++�������1����� �&�����+�2$ �� �$��-&�� �������'��� ������$���� �������-&� �������&�������������&�� �������'��� ���+���

Page 12: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

���

����M-� ���.-&� ������$������� ������������� ���&� ������+��������� ����������++�����+� �!�����+$����������-&� ���8����������$������$������ �����&�� ������+����������� �������������

�������$������&� ������+�� ���� ����$����� �����+�������2$ �� �$��-&�� �������'��� ��� ������������1��$���E������&�� �������'��� ���+������������$����������� ������������� ������+����TA?��������� ������$�������� ����$���+��� ���&���M-����.-&� ����#�����'�-��2$�����&�� �������'��� ��� ����������� ��'����$� ++������!�������&���&� �����

9$��µ��

9&��µ����

9%��µ±����

9%&� ������µ±���

��������� ,#�#� " �.�"��0����

9%&� ���µ±���

9&��µ����

9$��µ��

�.�"�������

9%&� ���µ±����

9%��µ±����

9$��µ��

��#$����1� ����� ��*���' �� ��+�������' ���,����� �����

�������$������&� ������+�� ���� ����$����� �����+�������&�����'�-��2$�����'��� ��� ������������1��$���B������&�� �������'��� ���+������������$����������� �������������������$�������� ����$����!$������&� ��� ���������������� ����

#�����'�-��2$�����&�� �������'��� ������������������+����������� �������������$�������������-&� ������&&���� &&��� ������

9$��µ��

9&��µ����

9%��µ±����

��������� ,#�#� "

9�� ���µ��

�.�"��0����

9�� ������µ��

9&��µ����

9$��µ��

�.�"�������

9�� ������µ��

9%��µ±����

9$��µ��

��#$����2� ����� ��*���' �� ��' �������-����� �����

3��,�#�������� ��� ,��#"�� �������� �"�

M�� $��� 2$ ���� ��� �� ���$��� ���� ���� ��������� ��� ���� $��� � &�� ������� '��� ���� ����� ��� ���� ++������!�� ����'��� ���&� ������+���������!��� ��� ����&��'��$���������� �I���'���� ����&�� ����������� �� +��� � ��&�� �� 2$ ���� ��� �� ���$��� ���� ���� �������� ��� ����'��� +���� ����-� ��� ��� ��'�-

Page 13: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�:�

��2$������$������������$�! � �����&� ����$���������� ����!�� ���&���&� ������������ ������������������ '�� ����������& ����������&��+��� �����+�������2$ ���� ��� �����$������� ��������������1����� ���� ������������������������� �� ���2$ ���� ��� �����$������� �������������!��!��������������'���+�������'�����$����������&���&� ���&������+��������� �������-&� ������&�

�#����#� �������� �"�

����$�! � �����'��� ���� ����$�������������$�������������&������������!�������&���&� ���� ++��������&��+��� �����+�!��������-� ������ ��'�-��2$�������������� ���������������������&������ ����$����+���������� ����������������������$�! � �����'��� ����� '��������� ������++�����"�������&�� ��&� ������������ !��������� �� �������-� ������ ��'�-��2$�������������� ������������$���������&�������� ������!�� ����&��������&������&��'��������&�� �������+���������������������&��'��$���������$�! � ������$������� ���'��� ����� �� ���� ++������� �������������� ���������� '�� ���&���&� ���

�4������� ������� �"�

�����&���&� ���� ������� ���++�������&� ����'���$������+$���������I���'��������$�! � ����� ����� ��������������&���&� ��� ++���������&��+��� ���� �������������+�����-� ������ ��'�-��2$������'���$������+$���������� ��������$�! � ������$������� �����&�� ����������������������������������&���&� ��R�����'����������������������+��$� ��������$��� ���������+��$� �������&���������1��$���F������� �����'����+�$�! � ����� �����$����� �O �����������

����# ����$����%

� �

')���(�*��

��#$����5� �����������"����

������� �������������������������&���&� ��� ��� !������������������ ������&� �������&������������+��� ������ ��!��$����!������&�������'����������������+�������� �$�������������� ���������������������!��&��'������� �������&�� ������� $����!������$�! � ������$�������I���'����������� ����� �� ������� ����� ��������������&��-&� ����������&�� ������������ '���� ����+��� ����� ' �� !����������������+�����������$���!������������������&��'��������&�� ������+��������$�! � ������$��������� �� ���� $����!�� ���&���&� ��� ����������������������

�� "#�#4#�!��� "#,����#� "�

������ �������&��� ��� �� ���+��������'���������������������+��������������� ��'���������'�����+�����+ $���������������������� �������&� �����������������������1�������!�����������'���������&� �������������������������$���!��������������'���� ������+ $�����������������������"+�����+ $����������������������������'���������� ��� �����&���������������&� ������� ���������&� �������� �� ����&�������� �� ����-��'��������������-��-���$���+ $���������� ��!�� �& ����$� ��&��!��������������-������ �������$���+ $����� �����$��

�������� �� ��+��������'����������������������&������+�������� ���������$�! � �����$������������+ $�����������������������$���!������������������������&�����������������������$�! � ������$�������� $����!�� ���&���&� ������ �����������������������������$�����������'����� ���������������+ $���

Page 14: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�A�

������ ����+���������������� ���������������&�������+���������� !���������������� ��'�-� �������-��2$������ ����$����+�����'�� �������������! ��������������&�����������+�1��$���H�

������'� ����������� ������.�� ���"/�����"����"�����#�

���������� �� � ��� � �

-&� ����&������ ������ ?)?� ??E� �:�� ?H��

<���&���#� �������+ $���?D�&$�+���� :��;1>�?� � ?FB� ?FB� �)E� �)E�

<���&���#� �������+ $���?D�&$�+���� :��;1>:D� � ?):� ?):� ?HA� ?HA�

<���&���#� �������+ $���?ED�&$�+���� :��;1>�?� � ?HA� ?DH� ��A� ?F)�

<���&���#� �������+ $���?ED�&$�+���� :��;1>:D� � ?:H� ?:)� ?)B� ?)?�

�������� ��� ����$����+��������� ��+ $��������������� ��!���+� ������ ��� ����$��������'���������� ����� ��� $����!�� ���&���&� ����������& � ���������������$�! � ������+������&���&� ���� ��� $���� �������������������� �$���������+�������� ��������������������'��

��"� "#�#6# $��4������� ������� �"��

; �������������$����'���$������������ ��'�-��2$������$����������������&��'������&�� ������$����� ���&��-&� ��������������1$������������ ����������&���$&����������� �������$�������� !�������+������'���$����������������������������-������ ����+ $�����

%����� �'��� ����������������������������� ������������� �������� ��������$���������������� �����������������'�����#� ����� �'��� ����������������������������� ������������� � ��� �������$��������+ $��������� ������'�� ����+�������� ��(D*� ���� ��� $���������� �������++��$����������������� �� �!��� ���������������������������� ����!$������ ��R������+���������� �����������������������������'��� ����������������$���!�������1��������&��'��$������������������� ��'�-� �������-��2$�����'��� ���� ����$������ �������������&���������$���� ����� ��+�����.����2$���������������++��$���������������� ���������+�������'��� ��������������� �� ��������� ����������� ��������������������+������������������������$���������������� ����������������+��������$��� ������ ��'����2$������'���$����������������

����#����� ,#�#� "�

�4��4# $������"�

����������'��'����+ $������ &&���������� �+ $���!������ �������������-��-���$����!$����'��'��� �� ������� ��&� ������&� ������������ +����+ $�������� ����������+ $���� ���'��'��!�+������������� �������������-��-���$���+ $��������� ��������$����������&��-&����&������+��������� ��$�����+$��������-&� ������&������� ���'��'����+ $������$��������&�������'����� ����������$���!�� !������������������������������+ $�����&�� �������� ��������-&� ������&&�����������������+�� ����������� �� �����!�� $����+������� �����+�+ $�����&� �����+��� ����������&������������������$��� ����&��'��������&��&�����+��� ������������ ����� ���� $��-���������������������+ $�����&���������������������$����$���'����&����������&���������������' ��������$���������&����+ $�����&���������� �������������'�����+� ���'��'����+ $�����

Page 15: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�)�

���""���� ��!������"�

��������������-��$�����+ $������ &&�����������$���&���+ $�������$���������������� ������� �������� ��� ����++��������� �������1����� �&���� ��-&� ��-��-���$���+ $���� �����$���������&�������������� ������� ���������� �� �M-&� ��-��-���$���+ $������$������ �� �O ��������& � �����������������-��$�����+ $���� ��� '������� ���++������� ������-&� ������&&���� &&��� ������!$��� ��&������� �� O���&��!������� �������-&� ������&&���� &&��� �����

.���������������&�����������+�1��$����?����������� ������&��&����������

� �

5HOD\ 5HOD\

�# �#

5HOD\ 5HOD\

�% �%

�0

(0

��#$����%7� � ���� ���"�������

1�������� &&��� �������������� �� ��;������������������+��������+ $��� �� ������������-��-���$���+ $������-&� ���� ���������� �� ��;:�����������������+��������+ $��� �� ������������-��-���$���+ $������M-&� �����������$ �������������� �����&���+���������� ��� ��M$�� ��M�����+���������� �������������+ $��� �� ��M����$!�������-��-���$���+ $���!�� $����������������������-��-���$���+ $���� ��� ��������� ��������� ����������� ��&��������������������������+ $������ ����������'��� � ��+��������M$��;���� ����������������+������������������ ���� �������� ������������$�������������� ��+ $�����&� ���+�������������� ��+ $�����&� ����"�� ����&���&�����������������+ $�����&���������1��$����?�� �����$��������������������-&� ������&&����!��������� ��� ��;�� ���;:��!$�����������������-&� ������&&����!��������� ��� �� �� ��� :����������!�� $�������&������� �������+��� ������������������� ��,��������������� ������� �+ $���������������������� �+ $��������+ $�����&� ��������������$���!�� ����&�������!��������� ����� ����"�������� ����������� ��� �� �� ��� :�������� ��M��+ $�����&�����$��������� ������-&� ������&�+��� ������������-��-���$���+ $������'�� �� &&�� ������ ��!����&��������� '�������������&�� ����,�

�� ����&��������&&����� ��!����� ������������$����� ������C��������������� ��M$��;������ ���������-&� ������&&�����+��������!�� ����� ��M$�� ��&�������+ $�����&� ������������ ��� �� �� ��� :�������������������� �������������-��-���$���+ $����

�� �$���&��������� ���&���������$��� �������� ������� ��!��$��������� ������&� ���������+�� �������� ��������������&�&����������

�� ������ ��&���������$��� �������� ������ ��!��$��������� �������$���&���!�����+���+��� ������$��� ��+ $�����&� ���������������� ���������������&�������'������ ���

����+��������$�����������$������������ �� �����2$������� ������&�����������������& � �����������&�� ��������� ������+ $����������& � �������������������������$�������&��'���$&�������+����������'�����������������2$������� �������� ��������������� �������$�� ���$���� ��� ������������� ��������� ��!�������&������ �� ���++������+ $�����&�������� ������$������������!�����&������������ ��&���������$��� �������� �����&��'���������!����&��+��� ����(H*�

Page 16: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�D�

�&���&� ���������$��������++������ ���������� ��!�� !����������������������+������������ �������������-��-���$���+ $������������� ����I���'�������� ������!���������'���������-������ ����+ $����

���������-��$�����+ $���� �� ����!�� ���'��'����+ $����"��1��$����?��������+ $������ ������� �����$��!�+��������M����� ����:���������������$����������� �� �� :�� ����������� ����������� ��+ $�����&� ���������� ��� $��� ������� ��&� ��-����������&��!�������������������� ��M��+ $������$����"�������� ������������ �� ��;:�� ���'�������� ��� ������������������-&� ������&����M-&� ������������� ������$��� �������� �����������$��������� �+ ���+ $�����&�������������������� ��&��'�������������&�� �������

����� �����8��0��������0������������

#�������'����� �������2$���������+���� !���� �����++������+����������+����'���� ���������������&�� ������ � �����������+���� !���� ��������+�� �������++������+����������&�� ������ � ������������+��'���� ���������������$���� & ��� ����+���� !���������� ������ ���'���� �����������$�����$������������������-�� �������$��������� �&��-$�������� ����! �������&�� �����������������+������ !��������� ��'����������5������� ��D?���6���������& ��������'���� ���� ����������������

. !�����&�� �����' ������ ������������&������������ !���������$����������$� ���������$��� ��������������������(:*��7����+��������������-������� !����� � ���������������� ��������2$����-��&�� ������ '������ ���������&�� ���'���� ���� ����������������� '����&�� ���� ��������� ������ ��E?����������. !�����&�� ���� ������ �����&�� ����������� ��E?������������������-��2$������������&�� ����� ��' �����������&���������������-��2$������$���������$���& ����"����������+��$� ���������������-��2$�������&�� ������ �������������&������������ ����$����+���������-��2$������$������

������$���� & ����'���� �� ������ � ����������� ��������+�� �������++������+�����������+��'���� ���������"�������� !������+��$� ����������&�����'�-����� ��'�-�� �������-��2$�������$���� & ��� ���� ��� �������� �����������$� ���������$��� �� ����� '�� ������+�� �����& ������������$���� & ��� �����������$���� & ��� ����+����'���� ����������� �+$��������+���������$������������+�������$��� �����������$������& ����������� ��������$���� & ��� ����' �$��+��� �� !������&��� ����� �+$��������+�����������-����$�������������������������� ������������������

�������#� ��+������"�

������++������ ����� ���� '���� ������ ����!���� &&�����+���&�����������+�� !����������& &���+��$����������� ���� ������������ ���������� &&��� �������<�� ��'�-��2$�������������� ������������ '��!����$���� �� �� ����� ������������$��������++������ ��&����������(:*��9$���������$����� ������+���������-��2$�������&�� �����+������$�������$���� !������+��$� �����������-��2$�������������� ����������� ��������������������<�� ��'�-��2$��������������&��'����'���������+ $��������� ������'�� ��� ������������ �����$������������������ ��'�-��2$�������&�� ����� ����� !��� ���&������ !���

���$������� ����&������������������� '�� ����!���� &&��������$�������$���� !�����%��������$������� ������� �����2$����������������������� �����+�����������-��2$��������&��� �����+ ������"�� ����������������������� �����5 �����$���������&�� ����6�$����+���� !����� ��� ��� &&��� ������+����� ������� ���&����!���'������ ���� ����

Page 17: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�H�

��� ,��#"�� �������!�����#���#� �

. ��+$���������� ������$���!����'������ &&���������$������� ������� ������� !�������������-��2$�������&�� ����� ��' �����&�������$&�������� �������$���& ����"�������� �������������-��2$�������&�� ����� ���� ������������&������������ ����$����+���������-��2$������$��������

�� ���� �&��������$������� ������� !�����&�� ����+��� �& ����$� ��B??-��������&&����& &������$� ������� ����� ���� !��,�

C��>�?��A� J����DHB��C?�>��?)�� J����HB�� ��� ���;��$���7����

C?�>�?FEE� J����:EF�� ��� ��� ���� ����;��$���

C?�>�:)�)� J����B))�� � ����;��$���7����

%������2$ �����5:6����������-��2$��������&��� �����+ ������+���� �������-��2$�������&�� ���� ����������!����,�

�?�>�BH?)��GDD��� ��� ���;��$���7����

�?�>�EEBH��GA:)�� ��� ��� ���� ����;��$���

�?�>�:?)B:��:BF�� � ����;��$���7����

���������������� ��?�������������+����� !�'��� !������ ����&������-��$����������������������$������&�� ����������2$ ������ �������������$���+ $���� ���� ���� ���??�&��������+�����������������$�����������������++����������-��2$������������&�� ����� �������-��2$��������&��� �����+ ����������� && ��������$���+ $�����&�� �������� ��$� ����+���� ���� �������$���& ��� �������-��2$��������&��� �����+ ��������� ����� ��$� �������� �������������� �$��������+��� ����$�������� ����$���2$ ���� ��� �����������-��2$������$������&�� �������� ��� ����$���2$ ���� ��� ���������� ��'�-��2$������$������&�� ��������

� !���)��� !���D�� ���� !���H�������������$���������� �������������� �$�����������&��-$�����+���������������&��-$������ �$��������+�������� ����������� ������ ���������� �������������'���� �������&��-$������ �$���������� ������ ����������� ������ ���������� ������������$������ ���������+ $���� ����� �$�������� ���� ���� ���??�&��������+������������&�� �����

������(� � ��-����� ������� ������ �1������)��)������*��"�

��� ���;��$���7����5�?�>�BH?)��GDD��6�� ���������� ���������� ���� �������� ��������

��� ���;��$���7���� ��A� ��DHB�� �??� �??� �??�

��� ��� ���� ����;��$��� ��� ��E)H�� �)?� :?B� �E:�

� ����;��$��� :):� ���:?��� D?)� HEH� EB)�

������)� � ��-����� ������� ������ �1������)��)����� ��)������

��� ��� ���� ����;��$���5�?�>�EEBH��GA:)�6�� ���������� ���������� ���� �������� ��������

��� ���;��$���7���� ��D� ��AF?�� ?EH� ?)H� ?H��

��� ��� ���� ����;��$��� ��A� ��DHB�� �??� �??� �??�

� ����;��$��� :):� ���?:F�� A�B� AHD� ABF�

Page 18: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�E�

������/� � ��-����� ������� ������ �1����� ��)������*��"�

� ����;��$���7����5�?�>�:?)B:��:BB�6�� ���������� ���������� ���� �������� ��������

��� ���;��$���7���� ?DA� ��G�?E�� ?A�� ?�:� ?�F�

��� ��� ���� ����;��$��� ?D:� ��EE�� ?AE� ?:D� ?:B�

� ����;��$��� ��A� ��DHB�� �??� �??� �??�

�������$�������������� !���)��� !���D�� ���� !���H��������� ����� �������������+����� &&��&�� ��������-��2$��������&��� �����+ �������������� ��������$����������������� �������������� ����%�������������������-��2$��������&��� �����+ ������ �����$��������'����$����-�����'���� ���

������������$���� ����������� ��$����� ����� ���-! �����������+��������& ����$� ��� !���� ������!������!������������I���'�����+��������������$������� ���������������$�����������������$�����������&��'���������!����&��+��� ��������������+������������$����-� ����'���� ���

1��������� !������+��$� ����������!��������������+�����������-��2$��������&��� �����+ �����+��� ��$������ ���������� ���������������������� ������$���������<������ ���+������$���������$���& ����������������� ��������$������ ���������$������� ������������� �������&�� ����%���������� ���������� ��� ���� �������$�����$������$��������'�����'���� ���������������$����$���������$���& ��������������& ������������+�������������������-��2$��������&��� �����+ �����

����!��������������+��� ���'���� ���������$������� ��������������$���!������� �������$���������I���'����������������� ������!�� &&��&�� ���+����������� ����! ��$&�&����������������������� ��� ��� '�� �������������$������ ���+��������� ��+ $�����+��������$���& ��������������� �������$����"+������'���� �����������������$������� �&������������������$���������� �������$���������� &&��&�� ����������� �������������� �� ����&�� ��������������+��������� ��+ $������� ��������+��������$����$���������$���& ���

%��������$������� �������� !��� &&��� ��������2$������ ��+$�� � �������"+���������-��2$�������&�� ������������� ���+�����5������������-��2$�������&�� ��������������� ������������&����������$���& ������+ $���� ����$��6����������$������� ������� ���� ��!��$����������� &&��� ������I���'������������� !��� &&��� ���������������-��2$�������&�� ����� ������!�����������$��� ����������++��$������ &&������$������� ����&����������

�#����#� ����4������� ��

9�������� ���'���$��������� ���&��'���� ������ ����� ��'������� ������ ��������$��������++������ ��������� ���-! ����&�����������%�������������� ���'���$��������� ������ ���������� �����& �������������� ��&��'�������$��������-�&�������&&����(:*�

%����+���������� ���'���$�����������������2$�������$��� ����������� ������+������ !�����$���� & ��� ���������� !�����$���� & ��� ����� ����& ��������'���$���������������������� ��,���������� �����$����� ����������'����

Page 19: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�B�

1��$������������������� ��'�-��2$������$������������!$�����+��� �������� �����$���+ $����<������ ��������$���� & ��� �����$�������+������ !����$!�� ����+��������+ $����$������+����+���������� ��;���������� ������

"�6�>�"�5�G�"�&5�G�"�&6�

�����,� "�5�>�<�� ��'�-��2$�����+ $����$�������$&&�����+������$����;�

"�6�>�<�� ��'�-��2$�����+ $����$������+�����������$������������������ �� ����� �������

"�&5�>�<�� ��'�-��2$�������$����$������ ���� �����;�

"�&6�>�<�� ��'�-��2$�������$����$������ ���� �������

5 2�5

2�6

2�&6

2�&5

5HOD\ 5HOD\

6

��#$����%%� 3�������-������������������ �4 !�����������

����&���$&��+�������'������������� ���� ��������$���!������������������'������ ������+��� ����������� ���� �����;����������������$���&��&���������� �����+��������� ��+ $������������������� �����& ��������������"+�����+��� �����������&�����$&� ���� �����;������$���&�� ������+�������'������������� ���� ��������$�� ��������&&����� �����$�� ���� �����;�������+���������&���$&������������ ���� ������;� ������$���!��������� ������� �������� & ����'���$�������$&&�����!������� !���

������������� ������������� ���� ++������!������� !�����$���� & ��� �����7������������ �����������������(�*�(A*�$���� ����&�� ���-! ����������2$��+���������������+ $���������������1�����'�����+ $����5��+������1��$�����6�������2$�' �������&�� ��������$����������$���� & ��� �����+������ !���(:*������ !���� & ��� ����� ������+�������� � ���������� �����������1��$����:�

Page 20: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

�F�

)RUZDUG�)DXOWV

%&

$

5HYHUVH�)DXOWV

;�

5�

±=�

=5����=

/�

��#$����%&� 3�������-����2�������5�������

#���������$��� ���������� �$������� ��'�-��2$�������&�� ����+��� �+��� ���+ $��� ���� ��������#�����M����$��� ���������� �$������� ��'�-��2$�������&�� ����+��� ���'�����+ $���!�������� ������������$��������������������$���� & ��� �����#�����.����$��� ���������� �$������� ��'�-��2$�������&�� ����+��� ���'�����+ $��������������$���� & ��� ������

1��$����:��������� �� ����&�� ���-! ������������� ����������������� ++������!������� !�����$���� & ��� ����������� �$������&�� ����+��� ���'�����+ $�����'����������� ��� ������������ ������������/���$��0������� �$������&�� ����' �$��(�*��I���'������������������� ���������������������$���!���' �$ ����� ��+$����������$������������&�� �����

����������

�� %������ ���������$������� �������������� ���'���� �������� &&��������������-���&��� ����������!�� $����+���������+��2$������� ������������� �����$����� �+ $���������'���� ������� ������������������ & ���������!�����������+ $��� ���������� ��

:� 9�������� ����������� ������� ������������&�� �������2$ ���������$���!�������������� ������� ���'��� �����'��������� $����!���������� & �������

A� ������-&�������&&��������������2$�������$���&� ������������� ����������������$�����������������-&� ������&&�����7'���$���������������� ��!��$�������������-&�������&&�������������+�����&� �����������������������������������$&��'���������'���$���������������

)� 7'���$���������������$������������ ��������-&�������&&���� &&��� �������$���!����������������������&�� ����$����������&��-&����&��������� �O �����������

D� ������ !������+��$� ������� $�����������-��2$�������&�� ��������� ������������&������������$���������$���& ����������� ����$����+���������-��2$������$����������$������� ������� ���$�������� !�����$���� '����++����������-��2$��������&��� �����+ ������+���$����-� ����'���� ���������������

H� 9�������� �� ����������'���'���$��������������� &&��������� !���&�����������$���!��������� ������� �������� !�����$���� & ��� ����������$���&��&����&�� �����

Page 21: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

:?�

�����������

(�*� ��++�;�!����� ����� �����$��U���/9�������� ����������9������ ����' �$ �����0�:�VW���$ ����������#�������'��;�� ��.��+���������&�� ����� ����������7���!����B-:?���FF)�

(:*� ���$��8 �� ����� �����$��U���������;�!�����/%�������$��J�$!� �����. !���#����������%������<�� ��'�-��2$�����9�������� ��.��& �������������0�:HWK���$ ����������#�������'��;�� ��.��+���������&�� �������7���!����FFF���

(A*� ��7������������"""� �����;�!������/9��� ����;�� ����������9������0��FWK���$ ����������#�������'��;�� ��.��+���������&�� �������7���!����FF:�

()*� ����������� ���� �����#�����/&&��� ������$���������+������$���1 $���#����������0�:)WK���$ ����������#�������'��;�� ��.��+���������&�� �������7���!����FFE�

(D*� ��++�;�!���������$���7�������������;��$���� �� ���������#������/ ��������������������'�����+����$���9�������� �� ���9��� ����#���������0��::QG���$ ����������#�������'��;�� ��.��+���������&�� �������7���!����FFD�

(H*� N�������.�M���������/;�� �-��-;�� ��9���� �� �����.���$��� �����+��� ����#����������������������� ���.������0��:AUG���$ ����������#�������'��;�� ��.��+���������&�� �������7���!����FFH�

(E*� ���������#��� ���1 ������;����������.��&��� ������+�#��������������#M �IV�"����������� ���.���FFH�

Page 22: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

:��

������9��� � ���������������������:��������

9���' ������+�����&� ����$���������&��� �����+ ���������+������$������� ����+$�������,�

� �

5HOD\

����$������� ������� �������� ���� ��M$�� � ��� ����+ $������ &&����� ��M$��;�

C��>�&�����'�-��2$�������&�� �����+� ���� -;�

C:�>���� ��'�-��2$�������&�� �����+� ���� -;� 5C��>�C:6�

C?�>�����-��2$�������&�� �����+� ���� -;��

� �� �

� �

� �

"?@C�C�C?

"

8 C�

"?@C�C�C?

" C�8

C�C?@"?C�@" 8

C�C?@" "?

C�" 8

C && ����

C�C?@"?C�@"

C�@"?C?@"?C�@"?C�@":C�@"�

C?@"?C:@":C�@"�8

"?":"�"

���

���

��

��

���

������

���

���

������?

�?�

�� � �

�����+�����"?�@�?�"

C��

���

<������ ��W�S���� ����&�����$�!����!$��X���X�����+����$��������� ����������� �� &&����� ���� ������� �� ���� ������&��� ������+�����&� ����$������

Page 23: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

::�

������9�0� � ����� �������-���������������

��$����� �� �����$������ ���&��� �������� ���������&�����������������������"��������� ����� ����������$������$�������!����&�������$&���������� ������+������&�������$������1������&�������� ��$��������&���������������������+���������� ����>�?D�+�����������������������1��$����A�5��������>�&��-$���������������6�

5HOD\ 5HOD\

6

5

�6

�5#

�/

�/

#

�#$����%'� ����������������� �� !������"����

������������� �����&������������������+��� �������-&� ����&�������������������������1��$����)������������������� �� �����������1��$����)����'��������� ������� ���+� ����-�����&� ��-��-&� ��-��-���$���+ $���51��$����D6���

"��1��$����)����������$����� ��&�����'�-��2$������$��������'�����!�������������� ��'�-� �������-��2$��������������5����"��>�G5"��L�"�66��������� �������&��+�"��>�G5"��L�"�6����������� ������� ���!� �����+��� �&� ��-��-&� ��-��-���$���+ $������ �� �� �������������������������!�� �����&����������� ��� ��!����������+���������� ��� �����$!O�������������� �����2$������$�������������"���"��� ���"�� ��������2$�' �����+���!����������+����������

��#$����%(� �"��������� �� ������ ����� ��� �������')���*���� ����� ��

Page 24: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

:A�

��#$����%)� �"��������� �� ������ ����� ��� �')���� �')���� �0 ����������

������������� �����&��������������������1��$����D�� ��!�����$������� �& � �����������������+�������� ��'�-� �������-��2$���������������������������������&�����'�-��2$���������� �����$������&�� ��������������1��$����H��;��$������������������������� ��������� ��'�-� �������-��2$������$������� ���+�����������&&�������������������������$&&���!$��5����!$���$&&������&��+ $����� ���$�����6� ��������� ��!$��+�����������������

��#$����%/� ����������'������� ����� �6�3������������ ��-����3�7 8��

�������-&� ����&��������������$������� ��&��������������� ��� ��!����������+������������������ ��'�-� �������-��2$������$������� ���'��� ���������� ����$�����+���� ��'�-� �������-��2$������$������� ���'��� ����&���$���� ��������������!�������� ��+���� ����������������5� ����$��� ��� ����6��+�������$������"+������� ��+������������������2$������$�������&�� �����2$ �������� ����$&&��������������� �������� ��+��������� �����������2$������$�������&�� �����2$ �������� ' �� !������������� ���!������� �����

Page 25: Advanced Application Guidelines for Ground Fault … · Advanced Application Guidelines for Ground Fault Protection George E. Alexander, Joe Mooney, and William Tyska Schweitzer Engineering

:)�

0� ���-���

���� ��!"�#�$������������ �M�����������+����8��� ��' �%��'������� ��� ��������������+����9������%��'��������I����� ������������&��+������ �������������������� ����+�#������' �� ��I��� ���'���A?��� �����&���������������������� ��� &&��� ������+��� ������������������ ������ �����������'�� ��%��& �������������� �� �������� ������ ��!������'��'������������'���&����� ���������#���������������������+��������� ������!���� � ���J����� �� ���+$��������� ��&�������'����� ��������������I��O�������� �����FFF�� �������$�������������� �����'����� � ����+�������<�����%�� ���� ������. � � �

%�������"������&'�("!"'������'�������M�������������� ��������������+����� ����������� ���%��'�����������FBD��I��O������# ��+���� �� ������������.��& ���$&����� �$ ����� �� ��������#��������������������"���FBF�������+��# ��+���� �� ������������ ���� ����&������!��M����'�����#������������� ����� �� ��������#����������� ����� ����9���������$&��'������"���FF��������+��M����'�����#������������� ����� ���O����������������������������� !�� ������� �� ��&&��� ����������������������� +������ ������������� ������ ��&�����������&&��� ������������������ � �����"���FFF�����!�� ���� � �����+�����#��������������������$&��+�����;��� ���� ���9�'���&�������& ������� ������������������������� !�� ��������I����� ������������#��+������ �������������������� �����+�. ��+���� � ���� ���������

)�##����*&�+�������'��� �M����+����.� ������%��'������� ����$!��2$���������&��������S��#������������������������.�$�����I����������&������������$����������� ��� &&��� ������+�&�������'����� ���2$�&�����+���A?L��� ������������I��������� $����������- $������+��D���� �����+�������& &������� �������&������������&����������#������������������&������ �� �&���������������������N�����+�#�$��� ��#��++�����+������������������������ !�� ��������"���

&RS\ULJKW���6(/�������$OO�ULJKWV�UHVHUYHG��3ULQWHG�LQ�86$�

���������