Compreendendo o Aterramento do Neutro do Transformador

• A segurança, confiabilidade e economia da rede elétrica;
• A seleção dos níveis de isolamento para os equipamentos do sistema;
• Os níveis de sobretensão;
• Os esquemas de proteção por relé;
• A interferência eletromagnética com linhas de comunicação.

• Sistema de Alta Corrente de Falha ao Solo: Quando ocorre uma falha de fase única ao solo, a corrente de falha resultante é muito grande. Exemplos incluem sistemas classificados como 110 kV e acima, bem como sistemas trifásicos de quatro fios 380/220 V. Também conhecidos como sistemas efetivamente aterrados.
• Sistema de Baixa Corrente de Falha ao Solo: Durante uma falha de fase única ao solo, não se forma um curto-circuito completo, portanto, a corrente de falha é muito menor do que a corrente de carga normal. Também conhecidos como sistemas não efetivamente aterrados.

• Neutro aterrado solidamente
• Neutro aterrado através de um resistor

• Neutro não aterrado
• Neutro aterrado através de um bobinador de extinção de arco (bobinador Petersen)

• Uma falha de fase única requer o desligamento imediato do equipamento defeituoso, interrompendo o fornecimento de energia e reduzindo a confiabilidade.
• A corrente de curto-circuito elevada gera estresse eletrodinâmico e térmico significativo, potencialmente expandindo o dano.
• Campos magnéticos fortes de correntes de falha elevadas causam interferência eletromagnética em circuitos de comunicação e sinalização próximos.
• Durante uma falha de fase única, a tensão da fase com falha cai para zero, enquanto as tensões das fases sem falha permanecem próximas à tensão de fase normal. Assim, o isolamento do equipamento pode ser projetado apenas para a tensão de fase, reduzindo o custo, especialmente benéfico em níveis de tensão mais altos.

• Aterramento de alta resistência
• Aterramento de resistência média
• Aterramento de baixa resistência

• Permite a limpeza automática de falhas e simplifica a operação/manutenção.
• Isola rapidamente as falhas ao solo, resultando em sobretensões baixas, eliminação de sobretensões ressonantes e permitindo o uso de cabos e equipamentos de isolamento inferior.
• Reduz o envelhecimento do isolamento, prolonga a vida útil do equipamento e melhora a confiabilidade.
• Correntes de falha ao solo (centenas de amperes ou mais) garantem alta sensibilidade e seletividade da proteção por relé, sem necessidade de seleção complexa de linha de falha.
• Reduz o risco de incêndio.
• Permite o uso de descarregadores de surtos de ZnO sem lacuna com alta absorção de energia e baixa tensão residual para proteção contra sobretensões.
• Suprime componentes de 5ª harmônica em sobretensões de aterramento por arco, prevenindo a escalada para falhas entre fases.

• Aterramento de alta resistência: Adequado para redes de distribuição com corrente de terra capacitiva <10 A, grandes geradores onde a corrente de terra de fase única excede os limites permitidos, mas permanece <10 A. Os valores de resistência geralmente variam de centenas a milhares de ohms.
• Aterramento de resistência média e baixa: Sem fronteira estrita, mas geralmente:
• Resistência média: Corrente de falha do neutro entre 10 A e 100 A
• Resistência baixa: Corrente de falha do neutro >100 A

Estes são utilizados em redes de distribuição urbana dominadas por cabos, sistemas auxiliares de usinas de energia, e grandes plantas industriais—onde as correntes capacitivas são altas e falhas de terra transitórias são raras.

• Corrente de falta de fase única <10 A; o arco se extingue automaticamente e a isolação pode se recuperar automaticamente.
• A simetria do sistema é mantida; o sistema pode operar temporariamente com uma falta para permitir tempo para localização da falha.
• Interferência mínima de comunicação.
• Simples e econômico.
• No entanto, se a corrente capacitiva >10 A, sobretensões intermitentes de arco de alta magnitude podem ocorrer. Essas sobretensões são de longa duração, afetam toda a rede e representam ameaças sérias para equipamentos com isolamento fraco, especialmente máquinas rotativas. Tais sobretensões já causaram repetidamente falhas de terra em múltiplos pontos, queima de equipamentos e grandes interrupções de energia.
  Sobretensões ressonantes frequentemente levam à queima de fusíveis em transformadores de tensão (VTs), queima de VTs ou até danos ao equipamento principal.

• A corrente indutiva do bobinado de supressão de arco compensa a corrente de terra capacitiva do sistema, reduzindo a corrente de falha para <10 A—permitindo a extinção automática do arco.
• A isolação no ponto de falha pode se recuperar automaticamente.
• Reduz a probabilidade de sobretensões intermitentes de arco de terra.
• Mantém a simetria do sistema durante faltas de fase única, permitindo a operação temporária para localização da falha.
• No entanto, ele apenas reduz a probabilidade—não elimina—a sobretensão de arco de terra, e não reduz sua magnitude. O multiplicador de sobretensão permanece alto, causando estresse significativo na isolação—especialmente perigoso para quadros de baixa tensão compactos e sistemas de cabos, que podem sofrer ruptura de isolamento ou curto-circuito entre fases, levando a falhas catastróficas de equipamentos.

• O lado de alta tensão de 110 kV ou 220 kV dos parques eólicos geralmente usa aterramento neutro através de um disjuntor (isolador).
• O lado do sistema coletor de 35 kV geralmente emprega aterramento por bobinado de supressão de arco ou resistência.
  • Se o sistema coletor usar linhas totalmente em cabo, a corrente capacitiva é relativamente grande; portanto, recomenda-se o aterramento por resistência.