Inzicht in neutrale aarding van transformatoren

• De veiligheid, betrouwbaarheid en economie van het elektriciteitsnet;
• Selectie van isolatie niveaus voor systeemapparatuur;
• Overvoltage niveaus;
• Relais beschermingsschema's;
• Elektromagnetische interferentie met communicatielijnen.

• Systeem met Hoge Grondfoutstromen: Bij het optreden van een eenfasige grondfout is de resulterende grondfoutstroom zeer groot. Voorbeelden zijn systemen met een spanning van 110 kV en hoger, evenals 380/220 V driefase vierdraden systemen. Ook bekend als effectief aangesloten systemen.
• Systeem met Lage Grondfoutstromen: Tijdens een eenfasige grondfout ontstaat er geen volledige kortsluitlus, zodat de foutstroom veel kleiner is dan de normale belastingsstroom. Ook bekend als niet-effectief aangesloten systemen.

• Vast aangesloten neutrale
• Neutrale aangesloten via een weerstand

• Niet aangesloten neutrale
• Neutrale aangesloten via een boogonderdrukkingsspoel (Petersen spoel)

• Bij een eenfasige grondfout moet de defecte apparatuur onmiddellijk uitgeschakeld worden, waardoor de energietoevoer wordt onderbroken en de betrouwbaarheid afneemt.
• De grote kortsluitstroom veroorzaakt aanzienlijke elektrodynamische en thermische spanningen, wat potentiële schade kan vergroten.
• Sterke magnetische velden van hoge foutstromen veroorzaken elektromagnetische interferentie met nabijgelegen communicatie- en seiningscircuits.
• Tijdens een eenfasige fout daalt de spanning van de gefaald fase tot nul, terwijl de spanningen van de niet-gefaalde fasen bijna normaal blijven. Daardoor kan de isolatie van de apparatuur alleen voor fasespanning worden ontworpen—wat de kosten verlaagt, vooral bij hogere spanningniveaus.

• Hoge-weerstands aarding
• Middelmatige-weerstands aarding
• Lage-weerstands aarding

• Stelt automatische foutopruiming in staat en vereenvoudigt bedrijf en onderhoud.
• Isoleert grondfouten snel, resulteert in lage overvoltages, elimineert resonante overvoltages en maakt het gebruik van kabels en apparatuur met lagere isolatiegraad mogelijk.
• Vermindert isolatieveroudering, verlengt de levensduur van apparatuur en verbetert de betrouwbaarheid.
• Grondfoutstromen (honderden amperes of meer) zorgen voor hoge gevoeligheid en selectiviteit van relaisbescherming—geen complexe foutlijnselectie nodig.
• Vermindert brandrisico.
• Maakt het gebruik mogelijk van gapless ZnO-surge arresters met hoge energie-absorptie en lage restspanning voor overvoltage bescherming.
• Dempt 5e harmonische componenten in booggrondovervoltages, voorkomt escalatie naar fasetotfase fouten.

• Hoge-weerstands aarding: Geschikt voor distributienetten met capaciteitsgrondstroom <10 A, grote generatoren waarbij de eenfasige grondstroom de toegestane grenzen overschrijdt maar <10 A blijft. Weerstandswaarden liggen meestal in het bereik van honderden tot duizenden ohms.
• Middelmatige- en lage-weerstands aarding: Geen strikte grens, maar in het algemeen:
• Middelmatige weerstand: Neutrale foutstroom tussen 10 A en 100 A
• Lage weerstand: Neutrale foutstroom >100 A

Deze worden gebruikt in stedelijke distributienetwerken gedomineerd door kabels, hulpstroomsystemen van energiecentrales, en grote industriële installaties—waar capacitaire stromen hoog zijn en tijdelijke grondfouten zeldzaam voorkomen.

• Enkelefasige grondfoutstroom <10 A; de boog dooft zelf uit en de isolatie kan automatisch herstellen.
• Het systeem behoudt zijn symmetrie; het systeem kan tijdelijk met een fout blijven werken om tijd te winnen voor het lokaliseren van de fout.
• Minimale communicatie storing.
• Eenvoudig en economisch.
• Als de capacitaire stroom echter >10 A is, kunnen hoge-magnitude onderbroken boog grondsluitingsoverspanningen optreden. Deze overspanningen zijn langdurig, beïnvloeden het hele netwerk en vormen een ernstig gevaar voor apparatuur met zwakke isolatie, vooral roterende machines. Dergelijke overspanningen hebben herhaaldelijk meerdere grondfouten, apparatuurbeschadigingen en grote storingen veroorzaakt.
  Resonante overspanningen leiden vaak tot doorbranden van zekeringen in spanningstransformatoren (VTs), VT-verbranding of zelfs schade aan hoofdapparatuur.

• De inductieve stroom van de boogsuppressie spoel compenseert de capacitaire grondstroom van het systeem, waardoor de foutstroom wordt teruggebracht tot <10 A - wat de zelfextinctie van de boog mogelijk maakt.
• De isolatie op de foutlocatie kan automatisch herstellen.
• Vermindert de kans op onderbroken boog grondsluitingsoverspanningen.
• Behoudt de systeemsymmetrie bij enkelefasige fouten, waardoor tijdelijk verder werken mogelijk is voor het lokaliseren van de fout.
• Het vermindert echter alleen de kans - niet elimineert - op boog grondsluitingsoverspanning, en vermindert niet de grootte ervan. De overspanningsfactor blijft hoog, wat aanzienlijke isolatiespanning veroorzaakt - vooral gevaarlijk voor compacte schakelinstallaties en kabelsystemen, die isolatie-inbraak of fasen-tegen-fase kortsluiting kunnen ervaren, wat kan leiden tot catastrofale apparatuurfouten.

• De 110 kV of 220 kV hoogspanningszijde van windparken gebruikt doorgaans neutraal gronden via een disconnector (isolator).
• De 35 kV verzamelstroomsysteem zijde gebruikt meestal boogsuppressie spoel of weerstand gronden.
  • Als het verzamelstroomsysteem alle-kabel lijnen gebruikt, is de capacitaire stroom relatief groot; daarom wordt weerstand gronden aanbevolen.