Verständnis der Neutralen Erdung von Transformatoren

• Die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Stromnetzes;
• Die Auswahl der Isolationsstufen für Systemausrüstungen;
• Überspannungsniveaus;
• Relais-Schutzschemata;
• Elektromagnetische Störungen in Kommunikationsleitungen.

• Systeme mit hohem Erdfehlstrom: Bei einem Einphasen-Erdschlussfehler ist der resultierende Erdfehlstrom sehr groß. Beispiele sind Systeme mit einer Spannung von 110 kV und darüber sowie 380/220 V dreiphasige Vierleiter-Systeme. Auch bekannt als effektiv geerdete Systeme.
• Systeme mit geringem Erdfehlstrom: Bei einem Einphasen-Erdschlussfehler entsteht kein vollständiger Kurzschlusskreis, sodass der Fehlstrom viel kleiner als der normale Laststrom ist. Auch bekannt als nicht-effektiv geerdete Systeme.

• Fest geerdeter Neutralpunkt
• Neutralpunkt über einen Widerstand geerdet

• Ungerederter Neutralpunkt
• Neutralpunkt über eine Bögenlöschspule (Petersen-Spule) geerdet

• Ein Einphasen-Erdschlussfehler erfordert das sofortige Abschalten der fehlerhaften Ausrüstung, was die Energieversorgung unterbricht und die Zuverlässigkeit reduziert.
• Der große Kurzschlussstrom erzeugt signifikante elektrodynamische und thermische Belastungen, die potenziell den Schaden vergrößern.
• Starke Magnetfelder durch hohe Fehlstrome verursachen elektromagnetische Störungen in benachbarten Kommunikations- und Signalisationsleitungen.
• Während eines Einphasen-Fehlers fällt die Spannung der gefehlerten Phase auf Null, während die Spannungen der nicht gefehlerten Phasen nahe der normalen Phasenspannung bleiben. Daher kann die Isolierung der Ausrüstung nur für die Phasenspannung ausgelegt werden—was Kosten senkt, insbesondere bei höheren Spannungsebenen.

• Hochwiderstands-Erdung
• Mittelwiderstands-Erdung
• Niedrigwiderstands-Erdung

• Ermöglicht automatische Fehlersuche und vereinfacht Betrieb und Wartung.
• Isoliert schnell Erdfehler, was zu geringen Überspannungen führt, Resonanzüberspannungen beseitigt und den Einsatz von Kabeln und Ausrüstungen mit niedriger Isolierklasse ermöglicht.
• Reduziert die Alterung der Isolierung, verlängert die Lebensdauer der Ausrüstung und verbessert die Zuverlässigkeit.
• Erdfehlströme (Hunderte Ampere oder mehr) stellen eine hohe Empfindlichkeit und Selektivität des Relais-Schutzes sicher—komplexe Fehlerlinienauswahl ist nicht erforderlich.
• Verringert das Brandrisiko.
• Ermöglicht den Einsatz von lückenlosen ZnO-Überströmern mit hoher Energiedämpfung und niedriger Restspannung für Überspannungsschutz.
• Dämpft die 5. harmonische Komponente in Bögen-Erdschlussüberspannungen, um eine Eskalation zu Phasen-zu-Phasen-Fehlern zu verhindern.

• Hochwiderstands-Erdung: Geeignet für Verteilnetze mit kapazitiven Erdströmen <10 A, große Generatoren, bei denen der Einphasen-Erdschlussstrom die zulässigen Grenzen überschreitet, aber <10 A bleibt. Widerstandswerte liegen typischerweise im Bereich von hunderten bis tausenden Ohm.
• Mittel- und Niedrigwiderstands-Erdung: Keine strikte Grenze, aber im Allgemeinen:
• Mittelwiderstand: Neutralpunktfehlerstrom zwischen 10 A und 100 A
• Niedrigwiderstand: Neutralpunktfehlerstrom >100 A

Diese werden in stadtischen Verteilnetzen eingesetzt, die von Kabeln dominiert sind,Anlagenhilfsystemen von Kraftwerken und großen Industrieanlagen—wo kapazitive Ströme hoch sind und transiente Erdfehler selten auftreten.

• Einphasen-Erdschlussstrom <10 A; der Bogen erlischt von selbst und die Isolierung kann sich automatisch wiederherstellen.
• Das System bleibt symmetrisch; das System kann vorübergehend mit einem Fehler weiterlaufen, um Zeit für die Fehlerortung zu gewinnen.
• Minimaler Kommunikationsstörungen.
• Einfach und kostengünstig.
• Allerdings, wenn der kapazitive Strom >10 A ist, können hohe, intermittierende Bogen-Erdschluss-Überspannungen auftreten. Diese Überspannungen sind lang anhaltend, betreffen das gesamte Netzwerk und stellen eine ernsthafte Bedrohung für Geräte mit schwacher Isolierung dar - insbesondere für Drehmaschinen. Solche Überspannungen haben wiederholt Mehrfach-Erdschlüsse, Geräteausfälle und große Ausfälle verursacht.
  Resonanz-Überspannungen führen häufig zu geplatzten Sicherungen in Spannungswandlern (VTs), VT-Ausfällen oder sogar Schäden an Hauptgeräten.

• Der induktive Strom vom Bogenunterdrückungsring kompensiert den kapazitiven Erdschlussstrom des Systems, reduziert den Fehlerschlussstrom auf <10 A - ermöglicht das Erlöschen des Bogens.
• Die Isolierung am Fehlerpunkt kann sich automatisch wiederherstellen.
• Verringert die Wahrscheinlichkeit von intermittierenden Bogen-Erdschluss-Überspannungen.
• Erhält die Systemsymmetrie bei Einphasenfehlern, ermöglicht vorübergehendes Weiterlaufen zur Fehlerortung.
• Allerdings reduziert es nur die Wahrscheinlichkeit - nicht die Eliminierung - der Bogen-Erdschluss-Überspannung, und verringert nicht deren Größe. Der Überspannungsfaktor bleibt hoch und stellt eine erhebliche Isolationsbelastung dar - besonders gefährlich für kompakte Schaltanlagen und Kabelsysteme, die an Isolationsdurchschlag oder Phasenkurzschluss leiden können, was zu katastrophalen Geräteschäden führt.

• Die 110 kV oder 220 kV Hochspannungsseite von Windparks verwendet typischerweise Neutralgeerdung über einen Trennschalter (Isolator).
• Die 35 kV Sammelsystemseite verwendet in der Regel Bogenunterdrückungsring- oder Widerstandsgeerdung.
  • Wenn das Sammelsystem vollständig aus Kabeln besteht, ist der kapazitive Strom relativ groß; daher wird Widerstandsgeerdung empfohlen.