Quina és la diferència entre un transformador de puesta a tierra i una bobina supressora d'arc?

Visió general dels transformadors de puesta a tierra
Un transformador de puesta a tierra, sovint anomenat simplement "transformador de puesta a tierra" o "unitat de puesta a tierra", es pot classificar en immersos en oli i de tipus sec segons el medi d'aislament, i en trifàsic i monofàsic segons el nombre de fases. La funció principal d'un transformador de puesta a tierra és proporcionar un punt neutre artificial per a sistemes elèctrics que no disposen d'un punt neutre natural (p. ex., sistemes connectats en delta). Aquest punt neutre artificial permet utilitzar una bobina de Peterson (bobina d'extinció d'arc) o un mètode de puesta a tierra de baixa resistència, reduint la corrent de terra capacitiva durant les faults de terra en línia única i millorant la fiabilitat del sistema de distribució.

Visió general de les bobines d'extinció d'arc (Bobines de Peterson)
Com el nom indica, una bobina d'extinció d'arc està dissenyada per extingir els arcs. És una bobina inductiva amb nucli ferromagnètic connectada entre el punt neutre d'un transformador (o generador) i la terra, formant un sistema de puesta a tierra amb bobina d'extinció d'arc. Aquesta configuració representa un tipus de sistema de puesta a tierra de corrent petita. En condicions normals d'operació, no hi ha corrent que passi a través de la bobina. Tanmateix, quan la xarxa és impactada per un raig o experimenta una fault de terra en una sola fase, la tensió al punt neutre augmenta a la tensió de fase. En aquest moment, la corrent inductiva de la bobina d'extinció d'arc contraresta la corrent de fault capacitiva, compensant-la efectivament. La corrent residual resultant es fa molt petita—insuficient per mantenir l'arc—permetent que s'extingui de manera natural. Això elimina ràpidament la fault de terra sense desencadenar sobretensions perilloses.

El paper clau de la bobina d'extinció d'arc és proporcionar corrent inductiva que compense la corrent capacitiva al punt de fault durant una fault de terra en una sola fase, reduint la corrent total de fault a menys de 10 A. Això ajuda a prevenir la re-ignició de l'arc després del cruce zero de la corrent, assolint l'extinció de l'arc, reduint la probabilitat de sobretensions d'alta magnitud i prevenint l'escalada de la fault. Quan està ben ajustada, la bobina d'extinció d'arc no només minimitza la probabilitat de sobretensions causades per arcs, sinó que també suprimeix la seva amplitud i redueix el dany tèrmic al punt de fault i l'augment de tensió en la xarxa de puesta a tierra.

L'ajustament adequat significa que la corrent inductiva (IL) coincideix o es aproxima molt a la corrent capacitiva (IC). En la pràctica enginyera, el grau de detuning es expressa mitjançant el factor de detuning V:

• Quan V=0, es diu compensació completa (condició resonant).

• Quan V>0, és subcompensació.

• Quan V<0, és sobrecompensació.

Idealment, per a una extinció d'arc òptima, el valor absolut de V hauria de ser tan petit com possible—preferiblement zero (compensació completa). Tanmateix, en operacions normals de la xarxa, un petit detuning (especialment la compensació completa) pot provocar sobretensions de ressonància en sèrie. Per exemple, en un sistema de potència de mines de carbó de 6 kV, la tensió de desplaçament del punt neutre en compensació completa pot ser 10 a 25 vegades més alta que en un sistema sense puesta a tierra—conegut com a sobretensió de ressonància en sèrie. Addicionalment, les operacions de commutació (p. ex., l'energització de motors grans o el tancament asincrònic de circuit breakers) també poden induir sobretensions perilloses. Per tant, quan no hi ha cap fault de terra, operar la bobina d'extinció d'arc prop de la ressonància representa un risc més que un benefici de seguretat. En la pràctica, les bobines d'extinció d'arc que operen en o prop de la compensació completa solen estar equipades amb un resistor d'amortització per suprimir les sobretensions de ressonància, i l'experiència de camp ha demostrat que aquest enfocament és altament efectiu.

Diferència entre transformadors de puesta a tierra i bobines d'extinció d'arc
Els sistemes de distribució trifàsica de 10 kV a la Xina solen tenir el punt neutre sense puesta a tierra. Per prevenir que les corrents capacitives intermitents durant les faults de terra en una sola fase provoquin arcs sostenuts i oscil·lacions de tensió—que podrien escalcar-se en incidents majors—es fa servir un transformador de puesta a tierra per crear un punt neutre artificial. El transformador de puesta a tierra sol utilitzar una connexió de bobines zigzag (Z-tipe). El seu punt neutre es connecta a una bobina d'extinció d'arc, que llavors es pone a tierra. Durant una fault de terra en una sola fase, la corrent inductiva de la bobina d'extinció d'arc cancel·la la corrent capacitiva del sistema, permetent que el sistema continuï funcionant fins a 2 hores mentre el personal de manteniment localitza i elimina la fault.

Així, el transformador de puesta a tierra i la bobina d'extinció d'arc són dos dispositius diferents: la bobina d'extinció d'arc és essencialment un gran inductor, connectat entre el punt neutre proporcionat pel transformador de puesta a tierra i la terra. Treballen junts com un sistema coordinat—però serveixen fonamentalment funcions diferents.