Comprensione del collegamento a terra del neutro del trasformatore

• La sicurezza, affidabilità ed economia della rete elettrica;
• La scelta dei livelli di isolamento per le apparecchiature del sistema;
• I livelli di sovratensione;
• Gli schemi di protezione differenziale;
• L'interferenza elettromagnetica con le linee di comunicazione.

• Sistema ad alta corrente di cortocircuito a terra: Quando si verifica un guasto monofase a terra, la corrente di cortocircuito risultante è molto elevata. Esempi includono sistemi valutati 110 kV e superiori, nonché sistemi trifase quadripolare da 380/220 V. Conosciuti anche come sistemi efficacemente messi a terra.
• Sistema a bassa corrente di cortocircuito a terra: Durante un guasto monofase a terra, non si forma un anello di cortocircuito completo, quindi la corrente di guasto è molto inferiore alla corrente di carico normale. Conosciuti anche come sistemi non efficacemente messi a terra.

• Punto neutro solidamente messo a terra
• Punto neutro messo a terra attraverso un resistore

• Punto neutro non messo a terra
• Punto neutro messo a terra attraverso una bobina di soppressione dell'arco (bobina di Petersen)

• Un guasto monofase a terra richiede l'immediato spegnimento dell'apparecchiatura difettosa, interrompendo l'approvvigionamento e riducendo l'affidabilità.
• La corrente di cortocircuito elevata genera significative sollecitazioni elettrodinamiche e termiche, potenzialmente amplificando i danni.
• I forti campi magnetici dovuti alle alte correnti di guasto causano interferenze elettromagnetiche sulle vicine linee di comunicazione e segnalazione.
• Durante un guasto monofase, la tensione della fase in guasto si riduce a zero, mentre le tensioni delle fasi non in guasto rimangono vicine alla tensione di fase normale. Pertanto, l'isolamento delle apparecchiature può essere progettato solo per la tensione di fase, riducendo i costi, specialmente vantaggioso a livelli di tensione più elevati.

• Messa a terra ad alta resistenza
• Messa a terra a resistenza media
• Messa a terra a bassa resistenza

• Consente l'eliminazione automatica del guasto e semplifica l'operazione e la manutenzione.
• Isola rapidamente i guasti a terra, risultando in basse sovratensioni, eliminazione delle sovratensioni risonanti e permettendo l'uso di cavi e apparecchiature con isolamento di grado inferiore.
• Riduce l'invecchiamento dell'isolamento, allunga la vita delle apparecchiature e migliora l'affidabilità.
• Le correnti di guasto a terra (centinaia di amperes o più) assicurano alta sensibilità e selettività della protezione differenziale, senza la necessità di complesse selezioni di linea di guasto.
• Riduce il rischio di incendio.
• Permette l'uso di parafulmini ZnO senza gap con alta capacità di assorbimento di energia e bassa tensione residua per la protezione contro le sovratensioni.
• Supprime i componenti armonici di quinta nella sovratensione di messa a terra ad arco, prevenendo l'escalation a guasti bifase.

• Messa a terra ad alta resistenza: Adatta per reti di distribuzione con corrente di terra capacitiva <10 A, grandi generatori dove la corrente di terra monofase supera i limiti consentiti ma rimane <10 A. I valori di resistenza variano tipicamente da centinaia a migliaia di ohm.
• Messa a terra a resistenza media e bassa: Non esiste un confine rigoroso, ma in generale:
• Resistenza media: Corrente di guasto al punto neutro tra 10 A e 100 A
• Resistenza bassa: Corrente di guasto al punto neutro >100 A

Questi sono utilizzati nelle reti di distribuzione urbane dominate da cavi, sistemi ausiliari delle centrali elettriche, e grandi impianti industriali—dove le correnti capacitive sono elevate e i guasti a terra transitori sono rari.

• Corrente di cortocircuito monofase a terra <10 A; l'arco si estingue automaticamente e l'isolamento può riprendersi automaticamente.
• La simmetria del sistema viene mantenuta; il sistema può operare temporaneamente con un guasto per consentire il tempo necessario per localizzare il guasto.
• Interferenza minima sulle comunicazioni.
• Semplice ed economico.
• Tuttavia, se la corrente capacitiva >10 A, potrebbero verificarsi sovratensioni intermittenti ad arco di alta intensità. Queste sovratensioni sono di lunga durata, interessano l'intera rete e rappresentano una seria minaccia per i dispositivi con isolamento debole, in particolare le macchine rotanti. Tali sovratensioni hanno causato ripetutamente guasti a terra multipli, bruciature di apparecchiature e interruzioni di servizio importanti.
  Le sovratensioni risonanti spesso portano all'esplosione dei fusibili nei trasformatori di tensione (VT), alla bruciatura dei VT o anche al danno di apparecchiature principali.

• La corrente induttiva dalla bobina di soppressione dell'arco compensa la corrente di terra capacitiva del sistema, riducendo la corrente di guasto a <10 A, permettendo l'estinzione automatica dell'arco.
• L'isolamento nel punto del guasto può riprendersi automaticamente.
• Riduce la probabilità di sovratensioni intermittenti ad arco di terra.
• Mantiene la simmetria del sistema durante i guasti monofase, consentendo l'operazione temporanea per la localizzazione del guasto.
• Tuttavia, riduce solo la probabilità, ma non elimina, la sovratensione ad arco di terra, e non riduce la sua intensità. Il moltiplicatore di sovratensione rimane elevato, causando un notevole stress sull'isolamento, in particolare pericoloso per gli impianti compatti e i sistemi cavi, che possono subire guasti di isolamento o cortocircuiti tra fasi, portando a fallimenti catastrofici dell'equipaggiamento.

• Il lato ad alta tensione 110 kV o 220 kV dei parchi eolici utilizza tipicamente il collegamento a terra del neutro tramite un disgiuntore (separatore).
• Il lato del sistema di raccolta 35 kV utilizza solitamente il collegamento a terra tramite bobina di soppressione dell'arco o resistenza.
  • Se il sistema di raccolta utilizza linee completamente in cavo, la corrente capacitiva è relativamente grande; pertanto, si consiglia il collegamento a terra tramite resistenza.