Was ist der Unterschied zwischen einem Erdungstransformator und einer Bogenunterdrückungsspule?

Übersicht über Erdungstransformatoren
Ein Erdungstransformator, oft als "Erdungstransformator" oder einfach "Erdungseinheit" bezeichnet, kann nach dem Isoliermedium in ölgefüllt und trocken sowie nach der Anzahl der Phasen in dreiphasig und einphasig unterteilt werden. Die Hauptfunktion eines Erdungstransformators besteht darin, einen künstlichen Neutralpunkt für Stromsysteme zu schaffen, deren Transformatoren oder Generatoren keinen natürlichen Neutralpunkt (z.B. Delta-Anschluss-Systeme) haben. Dieser künstliche Neutralpunkt ermöglicht die Verwendung eines Peterson-Spulen (Bogenlöschspule) oder einer Niederwiderstandserdung, wodurch der kapazitive Erdfehlerstrom bei Einleitererdungen reduziert und die Zuverlässigkeit des Verteilersystems verbessert wird.

Übersicht über Bogenlöschspulen (Peterson-Spulen)
Wie der Name schon sagt, dient eine Bogenlöschspule dazu, Bögen zu löschen. Es handelt sich um eine eisenkernige induktive Spule, die zwischen dem Neutralpunkt eines Transformatorens (oder Generators) und Erde angeschlossen ist, was ein Bogenlöschspulen-Erdsystem bildet. Diese Konfiguration stellt eine Art von Kleinstromerdsystem dar. Unter normalen Betriebsbedingungen fließt kein Strom durch die Spule. Wenn jedoch das Netz durch Blitzschlag getroffen wird oder es zu einem Einphasenbogen Erdfehler kommt, steigt die Spannung am Neutralpunkt auf Phasenspannung. In diesem Moment kompensiert der induktive Strom der Bogenlöschspule den kapazitiven Fehlerstrom effektiv. Der resultierende Reststrom wird sehr klein - nicht ausreichend, um den Bogen zu erhalten - und erlischt von selbst. Dies beseitigt den Erdfehler schnell, ohne gefährliche Überspannungen auszulösen.

Die wesentliche Rolle der Bogenlöschspule besteht darin, induktiven Strom zu liefern, der den kapazitiven Strom am Fehlerpunkt während eines Einphasenerdfehlers kompensiert, wodurch der Gesamtfehlerstrom unter 10 A reduziert wird. Dies verhindert, dass der Bogen nach dem Nullübergang des Stroms wieder entzündet wird, erreicht die Bogenlöschung, reduziert die Wahrscheinlichkeit von hohen Überspannungen und verhindert die Ausweitung des Fehlers. Wenn die Bogenlöschspule richtig eingestimmt ist, minimiert sie nicht nur die Wahrscheinlichkeit von Bogeninduzierten Überspannungen, sondern unterdrückt auch ihre Amplitude und reduziert die thermische Schädigung am Fehlerpunkt und die Spannungssteigerung im Erdnetzwerk.

Eine richtige Einstimmung bedeutet, dass der induktive Strom (IL) dem kapazitiven Strom (IC) entspricht oder ihn nahezu annähert. In der Ingenieurpraxis wird der Grad der Entstimmung durch den Entstimmungsfaktor V ausgedrückt:

• Wenn V=0, wird es als vollständige Kompensation (Resonanzbedingung) bezeichnet.

• Wenn V>0, handelt es sich um Unterkompensation.

• Wenn V<0, handelt es sich um Überkompensation.

Idealerweise sollte der absolute Wert von V zur optimalen Bogenlöschung so klein wie möglich sein - am besten null (vollständige Kompensation). Allerdings kann bei normalen Netzbetrieb eine kleine Entstimmung (insbesondere vollständige Kompensation) zu Serienresonanzüberspannungen führen. Zum Beispiel kann in einem 6 kV Kohlebergwerks-Stromsystem die Verschiebungsspannung des Neutralpunkts bei vollständiger Kompensation 10 bis 25 Mal höher sein als in einem unerdmassen System - bekannt als Serienresonanzüberspannung. Darüber hinaus können Schaltvorgänge (z.B. Einschalten großer Motoren oder nicht-synchroner Leitungsschalter) ebenfalls gefährliche Überspannungen induzieren. Daher birgt das Betreiben der Bogenlöschspule in oder nahe der vollständigen Kompensation, wenn kein Erdfehler vorliegt, eher ein Risiko als einen Sicherheitsvorteil. In der Praxis sind Bogenlöschspulen, die in oder nahe der vollständigen Kompensation betrieben werden, in der Regel mit einem Dämpfungswiderstand ausgestattet, um Resonanzüberspannungen zu unterdrücken, und die praktische Erfahrung hat gezeigt, dass dieser Ansatz sehr effektiv ist.

Unterschied zwischen Erdungstransformatoren und Bogenlöschspulen
In Chinas 10 kV dreiphasigen Stromversorgungssystemen ist der Neutralpunkt in der Regel unerdmassen. Um intermittierende kapazitive Ströme bei Einphasenerdfehlern zu verhindern, die zu andauernden Bögen und Spannungsschwankungen führen könnten, die sich zu größeren Vorfällen auswachsen könnten, wird ein Erdungstransformator verwendet, um einen künstlichen Neutralpunkt zu schaffen. Der Erdungstransformator verwendet in der Regel eine Zickzack-Wicklung (Z-Typ). Sein Neutralpunkt wird mit einer Bogenlöschspule verbunden, die dann erdmassen wird. Bei einem Einphasenerdfehler hebt der induktive Strom der Bogenlöschspule den kapazitiven Strom des Systems auf, sodass das System bis zu 2 Stunden weiterbetrieben werden kann, während Wartungspersonal den Fehler lokalisiert und beseitigt.

Daher sind der Erdungstransformator und die Bogenlöschspule zwei verschiedene Geräte: die Bogenlöschspule ist im Wesentlichen ein großer Induktor, der zwischen dem vom Erdungstransformator bereitgestellten Neutralpunkt und Erde angeschlossen ist. Sie arbeiten zusammen als ein koordiniertes System, aber sie erfüllen grundlegend verschiedene Funktionen.