Zrozumienie ziemskiego uziemienia transformatora

• Bezpieczeństwo, niezawodność i ekonomię sieci energetycznej;
• Wybór poziomów izolacji dla urządzeń systemowych;
• Poziomy przepięć;
• Schematy ochrony relacyjnej;
• Interferencje elektromagnetyczne z liniami komunikacyjnymi.

• System o wysokim prądzie uszkodzenia do ziemi: W przypadku pojedynczego uszkodzenia fazy do ziemi, powstający prąd uszkodzenia do ziemi jest bardzo duży. Przykładami są systemy o napięciu 110 kV i wyżej, jak również trójfazowe czteroprzewodowe systemy 380/220 V. Są one również znane jako efektywnie zazemione systemy.
• System o niskim prądzie uszkodzenia do ziemi: W czasie pojedynczego uszkodzenia fazy do ziemi, nie tworzy się pełny obwód zwarcia, więc prąd uszkodzenia jest znacznie mniejszy niż normalny prąd obciążenia. Są one również znane jako nieefektywnie zazemione systemy.

• Punkt neutralny sztywno zazemiony
• Punkt neutralny zazemiony przez rezystor

• Punkt neutralny niezazemiony
• Punkt neutralny zazemiony przez cewkę zanikową (cewkę Petersena)

• Pojedyncze uszkodzenie fazy do ziemi wymaga natychmiastowego wyłączenia uszkodzonego urządzenia, co przerywa dostawę energii i zmniejsza niezawodność.
• Duży prąd zwarcia generuje znaczące naprężenia elektrodynamiczne i termiczne, potencjalnie rozszerzając uszkodzenia.
• Silne pola magnetyczne z dużych prądów uszkodzenia powodują interferencje elektromagnetyczne w pobliskich obwodach komunikacyjnych i sygnalizacyjnych.
• Podczas pojedynczego uszkodzenia fazy, napięcie uszkodzonej fazy spada do zera, podczas gdy napięcia nieuszkodzonych faz pozostają bliskie normalnego napięcia fazowego. Stąd, izolację urządzeń można zaprojektować tylko dla napięcia fazowego, co redukuje koszty, szczególnie korzystne na wyższych poziomach napięcia.

• Zazemienie przez rezystor o wyskim oporze
• Zazemienie przez rezystor o średnim oporze
• Zazemienie przez rezystor o niskim oporze

• Umożliwia automatyczne usuwanie uszkodzeń i upraszcza operację/wzmacnianie.
• Szybko izoluje uszkodzenia do ziemi, co powoduje niskie przepięcia, eliminuje przepięcia rezonansowe i pozwala na użycie kabli i urządzeń o niższej klasy izolacji.
• Zmniejsza starzenie izolacji, przedłuża żywotność urządzeń i poprawia niezawodność.
• Prądy uszkodzenia do ziemi (setki amper lub więcej) zapewniają wysoką wrażliwość i selektywność ochrony relacyjnej - nie ma potrzeby skomplikowanego wybierania linii uszkodzenia.
• Zmniejsza ryzyko pożaru.
• Umożliwia użycie bezprzestankowych zasobników przeciwprzepięciowych ZnO o wysokiej pojemności absorpcyjnej i niskim napięciu residualnym do ochrony przed przepięciami.
• Tłumi składowe piątej harmonicznej w przepięciach przy zazemieniu przez łuk, zapobiegając eskalacji do uszkodzeń między fazami.

• Zazemienie przez rezystor o wysokim oporze: Odpowiednie dla sieci dystrybucyjnych, gdzie prąd pojemnościowy do ziemi <10 A, duże generatory, gdzie prąd jednofazowy do ziemi przekracza dopuszczalne granice, ale nadal <10 A. Wartości oporu zwykle wahają się od setek do tysięcy omów.
• Zazemienie przez rezystor o średnim i niskim oporze: Nie ma ścisłej granicy, ale ogólnie:
• Średni opór: Prąd uszkodzenia punktu neutralnego między 10 A a 100 A
• Niski opór: Prąd uszkodzenia punktu neutralnego >100 A

Są one stosowane w miejskich sieciach dystrybucyjnych zdominowanych przez kabele, systemach pomocniczych elektrowni, oraz w dużych zakładach przemysłowych—gdzie prądy pojemnościowe są wysokie, a przejściowe uszkodzenia uziemienia są rzadkie.

• Prąd przewodzenia jednofazowego do ziemii <10 A; łuk samoczynnie gasnie, a izolacja może się automatycznie odnowić.
• Symetria systemu jest zachowana; system może działać tymczasowo z uszkodzeniem, co pozwala na lokalizację awarii.
• Minimalne zakłócenia komunikacji.
• Proste i ekonomiczne.
• Jednakże, jeśli prąd pojemnościowy >10 A, możliwe są wysokie przejściowe napięcia spowodowane okresowym łukiem przewodzenia do ziemii. Te przejściowe napięcia są długotrwałe, wpływają na cały sieć i stanowią poważne zagrożenia dla sprzętu z słabą izolacją - szczególnie dla maszyn obrotowych. Takie przejściowe napięcia wielokrotnie powodowały wielopunktowe uszkodzenia do ziemii, spalanie sprzętu i duże awarie.
  Rezonansowe przejściowe napięcia często prowadzą do przepalania bezpieczników w transformatorach napięciowych (VT), spalania VT lub nawet uszkodzenia głównego sprzętu.

• Indukcyjny prąd z cewki tłumiącej łuk kompensuje pojemnościowy prąd do ziemii w systemie, redukując prąd uszkodzenia do <10 A - umożliwiając samoczynne zgaśnięcie łuku.
• Izolacja w punkcie uszkodzenia może się automatycznie odnowić.
• Zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia okresowych przejściowych napięć spowodowanych łukiem przewodzenia do ziemii.
• Zachowuje symetrię systemu podczas uszkodzeń jednofazowych, umożliwiając tymczasowe działanie systemu w celu lokalizacji uszkodzenia.
• Jednakże, zmniejsza tylko prawdopodobieństwo - nie eliminuje - przejściowych napięć spowodowanych łukiem przewodzenia do ziemii, i nie zmniejsza ich wartości. Wielokrotność przejściowego napięcia pozostaje wysoka, co stanowi znaczne obciążenie izolacji - szczególnie niebezpieczne dla zwartych urządzeń rozdzielczych i systemów kablowych, które mogą ulec przepaleniu izolacji lub przewodzeniu między fazami, prowadząc do katastroficznej awarii sprzętu.

• Wysokoprądowa strona 110 kV lub 220 kV farm wiatrowych zazwyczaj używa zazemienia neutralu poprzez rozłącznik (izolator).
• Strona systemu zbierającego 35 kV zwykle stosuje cewkę tłumiącą łuk lub rezystorowe zazemienie.
  • Jeśli system zbierający używa linii kablowych, prąd pojemnościowy jest stosunkowo duży; dlatego rekomendowane jest rezystorowe zazemienie.