Porozumění neutrálnímu zazemlení transformátoru

• Bezpečnost, spolehlivost a ekonomiku elektrické sítě;
• Výběr izolačních úrovní pro zařízení systému;
• Úrovně přetlaku;
• Schémata reléové ochrany;
• Elektromagnetické rušení komunikačních linek.

• Systémy s vysokým proudem zemního zkratu: Při výskytu jednofázového zemního zkratu je výsledný proud zemního zkrutu velmi vysoký. Příkladem jsou systémy s napětím 110 kV a vyšší, stejně jako 380/220 V trojfázové čtyřdrátové systémy. Tyto systémy se také označují jako efektivně zazemněné systémy.
• Systémy s nízkým proudem zemního zkrutu: Při jednofázovém zemním zkrutu se neformuje kompletní krátkozaměrný okruh, takže proud zemního zkrutu je mnohem menší než normální proud zatížení. Tyto systémy se také označují jako neefektivně zazemněné systémy.

• Pevně zazemněný neutrální bod
• Neutrální bod zazemněný přes odpor

• Nezazemněný neutrální bod
• Neutrální bod zazemněný přes tlumič oblouku (Petersenova cívka)

• Jednofázový zemní zkrut vyžaduje okamžité odpojení vadného zařízení, což přeruší dodávku energie a sníží spolehlivost.
• Velký krátkozaměrný proud generuje významné elektrodynamické a tepelné namáhání, což může vést k rozšíření poškození.
• Silné magnetické pole z vysokých proudů zemního zkrutu způsobuje elektromagnetické rušení blízkých komunikačních a signálních linek.
• Při jednofázovém zkrutu klesne napětí na zkruté fázi na nulu, zatímco napětí na nezkrutých fázích zůstane blízko normálního fázového napětí. Tedy izolace zařízení lze navrhnout pouze pro fázové napětí, což snižuje náklady, zejména na vyšších napěťových hladinách.

• Zazemnění přes vysoký odpor
• Zazemnění přes střední odpor
• Zazemnění přes nízký odpor

• Umožňuje automatické odstranění zkrutu a zjednodušuje obsluhu a údržbu.
• Rychle izoluje zemní zkruty, což vede k nízkým přetlakům, eliminaci rezonančních přetlaků a umožňuje použití kabelů a zařízení s nižší izolační třídou.
• Sníží stárnutí izolace, prodlouží životnost zařízení a zlepší spolehlivost.
• Proud zemního zkrutu (stovky amper a více) zajišťuje vysokou citlivost a selektivitu reléové ochrany—není potřeba složitého výběru vedení s chybou.
• Sníží riziko požáru.
• Umožňuje použití bezmezerových ZnO přepažebních ochran s vysokou absorpcí energie a nízkým zbytkovým napětím pro ochranu proti přetlakům.
• Potlačuje 5. harmonické složky v přepažebních přetlacích při zemním zkrutu, což zabrání eskalaci na mezifázové zkruty.

• Zazemnění přes vysoký odpor: Je vhodné pro distribuční sítě s kapacitním zemním proudem <10 A, pro velké generátory, kde jednofázový zemní proud překračuje povolené limity, ale zůstává <10 A. Hodnoty odpornosti obvykle dosahují hodnot stovky až tisíce ohmů.
• Zazemnění přes střední a nízký odpor: Není přesná hranice, ale obecně:
• Střední odpor: Proud zemního zkrutu neutrálu mezi 10 A a 100 A
• Nízký odpor: Proud zemního zkrutu neutrálu >100 A

Jsou používány v městských distribučních sítích, kde převládají kabely, příslušenství elektráren, a v velkých průmyslových závodech—kde jsou kapacitní proudy vysoké a dočasné zemní výpadky vzácné.

• Proud jednofázové zemní poruchy <10 A; oblouk se samo-zhasíná a izolace se může automaticky obnovit.
• Zachovává se symetrie soustavy; soustava může provozně pokračovat i při poruše, aby byl poskytnut čas pro lokalizaci poruchy.
• Minimální rušení komunikace.
• Jednoduché a ekonomické řešení.
• Avšak pokud je kapacitní proud >10 A, mohou vzniknout přepětí způsobená vysokoproudými průběžně přerušovanými obloukovými zemními poruchami . Tato přepětí jsou dlouhotrvající, postihují celou síť a představují vážné nebezpečí pro zařízení s oslabenou izolací – zejména pro rotační stroje. Taková přepětí již opakovaně způsobila vícebodové zemní poruchy, poškození zařízení vypálením a rozsáhlé výpadky.
  Rezonanční přepětí často způsobují vyhoření pojistek napěťových transformátorů (NT), poškození NT vypálením nebo dokonce poškození hlavních zařízení.

• Indukční proud tlumivky na hasení oblouku kompenzuje kapacitní zemní proud soustavy, čímž se proud poruchy snižuje na hodnotu <10 A – umožňuje tedy samo-zhasínání oblouku.
• Izolace v místě poruchy se může automaticky obnovit.
• Sníží se pravděpodobnost vzniku přepětí způsobených přerušovanými obloukovými zemními poruchami.
• Během jednofázové poruchy se zachovává symetrie soustavy, což umožňuje dočasné provozní pokračování za účelem lokalizace poruchy.
• Avšak sníží pouze pravděpodobnost – nikoli však úplně eliminuje – přepětí způsobené obloukovou zemní poruchou a nepřináší žádné snížení jeho velikosti . Násobek přepětí zůstává vysoký, což představuje významnou zátěž izolace – zejména nebezpečnou pro kompaktní rozváděče a kabelové systémy , u nichž může dojít k průrazu izolace nebo mezi-fázovému zkratu, čímž vznikne katastrofální poškození zařízení.

• Na vysokonapěťové straně větrných elektráren (110 kV nebo 220 kV) se obvykle používá uzemnění středního vodiče přes oddělovací spínač (izolátor) .
• Na straně sběrného systému 35 kV se obvykle používá uzemnění přes tlumivku na hasení oblouku nebo rezistor .
  • Pokud sběrný systém využívá výhradně kabelová vedení , je kapacitní proud relativně velký; proto se doporučuje uzemnění přes rezistor .