Razumijevanje neutralnog zemljanja transformatora

• Sigurnost, pouzdanost i ekonomiju mreže struje;
• Odabir razina izolacije za opremu sustava;
• Razine prekomjernih napona;
• Sheme relejne zaštite;
• Elektromagnetski smetnji na komunikacijskim linijama.

• Sustav s visokom strujom krivice na zemlju: Kada dođe do jednofazne krivice na zemlju, rezultirajuća struja krivice na zemlju je vrlo velika. Primjeri uključuju sustave snage 110 kV i više, kao i 380/220 V trofazne četverowirene sustave. Poznati su i kao efektivno zemljeni sustavi.
• Sustav s niskom strujom krivice na zemlju: Tijekom jednofazne krivice na zemlju, ne formira se potpuna krugova krivice, tako da je struja krivice puno manja od normalne radne struje. Poznati su i kao neefektivno zemljeni sustavi.

• Čvrsto zemljena neutralna točka
• Neutralna točka zemljena preko otpornika

• Nezemljena neutralna točka
• Neutralna točka zemljena preko arčnog supresora (Petersenov koil)

• Jednofazna krivica na zemlju zahtijeva odmah isključivanje oštećene opreme, prekid snabdijevanja strujom i smanjenje pouzdanosti.
• Velika struja krivice generira značajne elektrodinamičke i termalne stresove, što može proširiti oštećenje.
• Snažna magnetna polja od velikih struja krivice uzrokuju elektromagnetske smetnje bliznjim komunikacijskim i signalnim krugovima.
• Tijekom jednofazne krivice, napon faze s krivicom pada na nulu, dok ostale faze zadržavaju napon blizu normalnog faznog napona. Stoga se izolacija opreme može dizajnirati samo za fazni napon—što smanjuje troškove, posebno korisno na višim naponim razine.

• Zemljena preko visokog otpornika
• Zemljena preko srednjeg otpornika
• Zemljena preko niskog otpornika

• Omogućuje automatsko očišćivanje krivice i pojednostavljuje operaciju i održavanje.
• Brzo izolira krivice na zemlju, rezultirajući niskim prekomjernim naponima, eliminacijom rezonantnih prekomjernih napona i omogućavanjem upotrebe kabela i opreme s nižom razinom izolacije.
• Smanjuje starenje izolacije, produžava životnu dobu opreme i poboljšava pouzdanost.
• Struja krivice (stotine ampera ili više) osigurava visoku osjetljivost i selektivnost relejne zaštite—bez potrebe za složenim odabirom krive linije.
• Smanjuje rizik od požara.
• Omogućuje upotrebu bezrazmaka ZnO prekidaca prekomjernih napona s visokom apsorpcijom energije i niskim ostatnim naponom za zaštitu od prekomjernih napona.
• Smanjuje peti harmonički sastavnik u prekomjernim naponima kod arčnog zemljenja, sprečavajući eskalaciju na međufazne krivice.

• Zemljena preko visokog otpornika: Pogodna za distribucijske mreže s kapacitivnom strujom na zemlju <10 A, velike generatore gdje jednofazna struja na zemlju prelazi dopušteni granicu, ali ostaje <10 A. Vrijednosti otpora obično se kreću od stotina do tisuća ohma.
• Zemljena preko srednjeg i niskog otpornika: Nema stroge granice, ali općenito:
• Srednji otpor: Struja krivice na neutralnoj točki između 10 A i 100 A
• Niski otpor: Struja krivice na neutralnoj točki >100 A

Ovi se koriste u urbanim distribucijskim mrežama dominiranim kabelima, pomoćnim sustavima elektranama, i velikim industrijskim objektima—gdje su kapacitivne struje visoke, a privremeni zemljani grešci rijetki.

• Struja jednofaznog zemljanskog kvara <10 A; luk sam se ugasi, a izolacija se može automatski oporaviti.
• Simetrija sustava se održava; sustav može privremeno raditi s kvarom kako bi se omogućilo vreme za lokaciju kvara.
• Minimalna interferencija u komunikaciji.
• Jednostavan i ekonomičan.
• No, ako je kapacitivna struja >10 A, visokointenzitetni prekidni lukovi zemljanja mogu uzrokovati prekomjerne napone. Ovi prekomerni naponi su dugotrajni, utječu na cijelu mrežu i predstavljaju ozbiljnu prijetnju opremi s slabo izolacijom - posebno rotirajućim strojevima. Takvi prekomerni naponi su više puta uzrokovali višetocke zemljanske kvarove, spaljivanje opreme i velike ispadove.
  Resonantni prekomerni naponi često dovode do ispuštanja štapova u transformatorima napona (VT), spaljivanja VT-a ili čak oštećenja glavne opreme.

• Induktivna struja iz luka za potiskivanje lukova kompenzira kapacitivnu zemljansku struju sustava, smanjujući struju kvara na <10 A - omogućujući samougasku luka.
• Izolacija na točki kvara se može automatski oporaviti.
• Smanjuje vjerojatnost prekomernih napona od prekidnih lukova zemljanja.
• Održava simetriju sustava tijekom jednofaznih kvarova, omogućujući privremeno nastavak rada za lokaciju kvara.
• No, on samo smanjuje vjerojatnost - ne eliminira - prekomerne napone od lukova zemljanja, i ne smanjuje njihovu intenzitet. Multiplikator prekomernog napona ostaje visok, stvarajući značajan stres izolacije - posebno opasan za kompaktne sklopne uređaje i kabelske sustave, koji mogu patiti na povreda izolacije ili međufazne kratične spojeve, što vodi katastrofama opreme.

• Visokonaponska strana vjetroelektrana na 110 kV ili 220 kV tipično koristi nezaneseni neutral preko disjunktera (izolatora).
• Strana sustava za prikupljanje na 35 kV obično koristi luk za potiskivanje lukova ili otpornik za zemljenje.
  • Ako sustav za prikupljanje koristi samo kabelske linije, kapacitivna struja je relativno velika; stoga se preporučuje zemljenje putem otpornika.