Jaka jest różnica między transformatorem ziemnym a cewką tłumiącą?

Przegląd transformatorów do ziemienia
Transformator do ziemienia, często nazywany „transformatorem do ziemienia” lub po prostu „jednostką do ziemienia”, można podzielić na olejowe i suchotłocznego w zależności od izolacyjnej substancji, oraz trójfazowe i jednofazowe w zależności od liczby faz. Głównym zadaniem transformatora do ziemienia jest zapewnienie sztucznego punktu neutralnego dla systemów energetycznych, których transformatory lub generatory nie mają naturalnego punktu neutralnego (np. systemy trójkątnie połączone). Ten sztuczny punkt neutralny umożliwia użycie cewki Petersona (cewki tłumiącej) lub metody ziemienia niskiego oporu, co zmniejsza pojemną prąd ziemny przy pojedynczych przekładkach między faza a ziemią i zwiększa niezawodność systemu dystrybucji.

Przegląd cewek tłumiących (cewek Petersona)
Jak sama nazwa wskazuje, cewka tłumiąca jest zaprojektowana do gaszenia łuków elektrycznych. Jest to indukcyjna cewka z rdzeniem żelaznym podłączona między punkt neutralny transformatora (lub generatora) a ziemię, tworząc system ziemienia z cewką tłumiącą. Ta konfiguracja reprezentuje jeden typ małoprądowego systemu ziemienia. W normalnych warunkach pracy przez cewkę nie przepływa prąd. Jednak, gdy sieć jest trafiona piorunem lub występuje pojedyncze przekłamanie z łukiem elektrycznym, napięcie w punkcie neutralnym wzrasta do napięcia fazowego. W tym momencie indukcyjny prąd z cewki tłumiącej kompensuje pojemną prąd ziemny, efektywnie go zrekompensowując. Wynikający resztowy prąd staje się bardzo mały—niewystarczający do utrzymania łuku—co pozwala mu samoczynnie zgasnąć. To szybko eliminuje uszkodzenie ziemne bez wywoływania groźnych nadnapięć.

Kluczową rolą cewki tłumiącej jest dostarczenie indukcyjnego prądu, który kompensuje pojemny prąd w miejscu uszkodzenia podczas pojedynczego ziemnego uszkodzenia, obniżając całkowity prąd uszkodzenia poniżej 10 A. To pomaga zapobiec ponownemu zapłonowi łuku po przejściu prądu przez zero, osiąga gaszenie łuku, zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia dużych nadnapięć i zapobiega eskalacji uszkodzenia. Gdy cewka tłumiąca jest odpowiednio strojona, nie tylko minimalizuje prawdopodobieństwo wystąpienia nadnapięć spowodowanych łukiem, ale także tłumione ich amplitudę i zmniejsza termiczne uszkodzenia w miejscu uszkodzenia oraz wzrost napięcia na siatce ziemienia.

Odpowiednie strojenie oznacza, że indukcyjny prąd (IL) odpowiada lub blisko odpowiada pojemnemu prądowi (IC). W praktyce inżynieryjnej stopień detuningu wyraża się współczynnikiem detuningu V:

• Gdy V=0, mówimy o pełnej kompensacji (warunek rezonansu).

• Gdy V>0, jest to niedokompensacja.

• Gdy V<0, jest to nadmierna kompensacja.

Idealnie, dla optymalnego tłumienia łuku, wartość bezwzględna V powinna być jak najmniejsza—preferowalnie zero (pełna kompensacja). Jednak w normalnym działaniu sieci małe detuniny (szczególnie pełna kompensacja) mogą prowadzić do nadnapięć rezonansowych w szeregu. Na przykład, w systemie energetycznym kopalni węgla o napięciu 6 kV, napięcie przesunięcia punktu neutralnego podczas pełnej kompensacji może być 10 do 25 razy wyższe niż w systemie nieziemionym—znanym jako nadnapięcie rezonansowe w szeregu. Ponadto, operacje przełączania (np. uruchamianie dużych silników lub zamknięcie automatu asynchronicznego) mogą również wywoływać niebezpieczne nadnapięcia. Dlatego, gdy nie występuje uszkodzenie ziemne, działanie cewki tłumiącej w pobliżu rezonansu stanowi ryzyko, a nie korzyść bezpieczeństwa. W praktyce, cewki tłumiące działające w lub w pobliżu pełnej kompensacji są zwykle wyposażone w rezystor tłumienia, aby supresować nadnapięcia rezonansowe, a doświadczenia polowe pokazały, że ten podejście jest bardzo skuteczne.

Różnice między transformatorami do ziemienia a cewkami tłumiącymi
W chińskich systemach dystrybucji energii trójfazowej 10 kV, punkt neutralny jest zazwyczaj nieziemiony. Aby zapobiec okresowym pojemnym prądom podczas pojedynczych ziemnych uszkodzeń, które mogłyby powodować trwałe łuki i oscylacje napięcia—co mogłoby prowadzić do poważnych incydentów—używany jest transformator do ziemienia, aby stworzyć sztuczny punkt neutralny. Transformator do ziemienia zazwyczaj używa połączenia zygzakowego (typ Z). Jego punkt neutralny jest podłączony do cewki tłumiącej, która następnie jest ziemiona. Podczas pojedynczego ziemnego uszkodzenia, indukcyjny prąd z cewki tłumiącej kompensuje pojemny prąd systemu, pozwalając systemowi kontynuować pracę przez maksymalnie 2 godziny, podczas gdy personel techniczny lokalizuje i usuwa uszkodzenie.

Zatem, transformator do ziemienia i cewka tłumiąca to dwa różne urządzenia: cewka tłumiąca to właściwie duży induktor, podłączony między punkt neutralny zapewniony przez transformator do ziemienia a ziemię. Działają one razem jako zintegrowany system—ale pełnią fundamentalnie różne funkcje.