Qual é a diferença entre um transformador de aterramento e uma bobina de supressão de arco?

Visão Geral dos Transformadores de Aterramento
Um transformador de aterramento, comumente referido como "transformador de aterramento" ou simplesmente "unidade de aterramento," pode ser classificado em imerso em óleo e seco, com base no meio isolante, e em trifásico e monofásico, com base no número de fases. A função principal de um transformador de aterramento é fornecer um ponto neutro artificial para sistemas de energia cujos transformadores ou geradores não possuem um neutro natural (por exemplo, sistemas conectados em delta). Este neutro artificial permite o uso de uma bobina Peterson (bobina de supressão de arco) ou de um método de aterramento de baixa resistência, reduzindo assim a corrente de falta ao solo capacitiva durante falhas de fase única ao solo e aumentando a confiabilidade do sistema de distribuição.

Visão Geral das Bobinas de Supressão de Arco (Bobinas Peterson)
Como o nome sugere, a bobina de supressão de arco é projetada para extinguir arcos. É uma bobina indutiva com núcleo de ferro conectada entre o ponto neutro de um transformador (ou gerador) e a terra, formando um sistema de aterramento com bobina de supressão de arco. Esta configuração representa um tipo de sistema de aterramento de pequena corrente. Em condições normais de operação, nenhuma corrente flui através da bobina. No entanto, quando a rede é atingida por um raio ou experimenta uma falta de arco monofásica, a tensão no ponto neutro sobe para a tensão de fase. Nesse momento, a corrente indutiva da bobina de supressão de arco compensa a corrente de falta capacitiva, efetivamente neutralizando-a. A corrente residual resultante torna-se muito pequena—insuficiente para manter o arco—permitindo que ele se extinga naturalmente. Isso elimina rapidamente a falta ao solo sem desencadear sobretensões perigosas.

O papel fundamental da bobina de supressão de arco é fornecer corrente indutiva que compense a corrente capacitiva no ponto de falta durante uma falta de fase única ao solo, reduzindo a corrente total de falta para abaixo de 10 A. Isso ajuda a prevenir a reacendência do arco após a passagem pelo zero da corrente, alcançando a extinção do arco, reduzindo a probabilidade de sobretensões de grande magnitude e impedindo a escalada da falta. Quando adequadamente sintonizada, a bobina de supressão de arco não apenas minimiza a probabilidade de sobretensões induzidas por arcos, mas também suprime sua amplitude e reduz os danos térmicos no ponto de falta e o aumento de tensão na malha de aterramento.

A sintonização adequada significa que a corrente indutiva (IL) corresponde ou aproxima-se fortemente à corrente capacitiva (IC). Na prática de engenharia, o grau de dessintonia é expresso pelo fator de dessintonia V:

• Quando V=0, é chamado de compensação total (condição de ressonância).

• Quando V>0, é subcompensação.

• Quando V<0, é supercompensação.

Idealmente, para a supressão de arco ótima, o valor absoluto de V deve ser tão pequeno quanto possível—preferencialmente zero (compensação total). No entanto, na operação normal da rede, uma pequena dessintonia (especialmente a compensação total) pode levar a sobretensões de ressonância em série. Por exemplo, em um sistema de energia de mina de carvão de 6 kV, a tensão de deslocamento do ponto neutro sob compensação total pode ser 10 a 25 vezes maior do que em um sistema não aterrado—conhecida como sobretensão de ressonância em série. Além disso, as operações de comutação (por exemplo, energização de motores grandes ou fechamento assíncrono de disjuntores) também podem induzir sobretensões perigosas. Portanto, quando não existe uma falta ao solo, a operação da bobina de supressão de arco perto da ressonância apresenta um risco em vez de um benefício de segurança. Na prática, as bobinas de supressão de arco operando em ou perto da compensação total são geralmente equipadas com um resistor de amortecimento para suprimir as sobretensões de ressonância, e a experiência de campo mostrou que esta abordagem é altamente eficaz.

Diferença Entre Transformadores de Aterramento e Bobinas de Supressão de Arco
Nos sistemas de distribuição de energia trifásica de 10 kV na China, o ponto neutro é tipicamente não aterrado. Para prevenir correntes capacitivas intermitentes durante falhas de fase única ao solo que possam causar arcos sustentados e oscilações de tensão—que poderiam se agravar em incidentes maiores—usa-se um transformador de aterramento para criar um ponto neutro artificial. O transformador de aterramento geralmente utiliza uma conexão de enrolamentos em zigzag (tipo Z). Seu ponto neutro é conectado a uma bobina de supressão de arco, que então é aterrada. Durante uma falta de fase única ao solo, a corrente indutiva da bobina de supressão de arco cancela a corrente capacitiva do sistema, permitindo que o sistema continue operando por até 2 horas enquanto a equipe de manutenção localiza e corrige a falta.

Assim, o transformador de aterramento e a bobina de supressão de arco são dois dispositivos distintos: a bobina de supressão de arco é essencialmente um grande indutor, conectado entre o ponto neutro fornecido pelo transformador de aterramento e a terra. Eles trabalham juntos como um sistema coordenado—mas servem funções fundamentalmente diferentes.