В чем разница между заземляющим трансформатором и дугогасительной катушкой?

Обзор заземляющих трансформаторов
Заземляющий трансформатор, часто называемый просто "заземляющим устройством", может быть классифицирован на масляные и сухие в зависимости от изоляционного материала, а также на трехфазные и однофазные в зависимости от числа фаз. Основная функция заземляющего трансформатора заключается в обеспечении искусственной нейтральной точки для систем электроснабжения, у которых трансформаторы или генераторы не имеют естественной нейтрали (например, системы с треугольным соединением). Эта искусственная нейтраль позволяет использовать либо петерсоновскую катушку (катушку подавления дуг), либо метод заземления с малым сопротивлением, что снижает емкостной ток однофазного замыкания на землю и повышает надежность распределительной системы.

Обзор катушек подавления дуг (Петерсоновских катушек)
Как следует из названия, катушка подавления дуг предназначена для подавления дуг. Это железо-сердечниковая индуктивная катушка, подключенная между нейтральной точкой трансформатора (или генератора) и землей, образуя систему заземления с катушкой подавления дуг. Такая конфигурация представляет собой один из типов системы заземления с малым током. В нормальных условиях работы через катушку не протекает ток. Однако, когда сеть поражается молнией или происходит однофазное замыкание на землю с дугой, напряжение нейтральной точки повышается до фазного напряжения. В этот момент индуктивный ток, создаваемый катушкой подавления дуг, компенсирует емкостный ток короткого замыкания, эффективно его компенсируя. Результирующий остаточный ток становится очень малым — недостаточным для поддержания дуги, — что позволяет ей самопроизвольно погаснуть. Это быстро устраняет замыкание на землю без вызова опасных перенапряжений.

Основная роль катушки подавления дуг заключается в подаче индуктивного тока, который компенсирует емкостный ток в точке неисправности при однофазном замыкании на землю, снижая общий ток неисправности до менее 10 А. Это помогает предотвратить повторное возникновение дуги после перехода тока через ноль, достигая ее погашения, уменьшает вероятность высоких перенапряжений и предотвращает эскалацию неисправности. При правильной настройке катушка подавления дуг не только минимизирует вероятность перенапряжений, вызванных дугой, но и подавляет их амплитуду, уменьшая тепловые повреждения в точке неисправности и повышение напряжения на заземляющей сети.

Правильная настройка означает, что индуктивный ток (IL) соответствует или близок к емкостному току (IC). В инженерной практике степень детюнинга выражается коэффициентом детюнинга V:

• Когда V=0, это называется полной компенсацией (резонансное состояние).

• Когда V>0, это недокомпенсация.

• Когда V<0, это перекомпенсация.

Идеально, для оптимального подавления дуг, абсолютное значение V должно быть как можно меньше — предпочтительно нулевым (полная компенсация). Однако, при нормальной работе сети, небольшой детюнинг (особенно полная компенсация) может привести к резонансным перенапряжениям. Например, в 6-киловольтовой системе электроснабжения шахты, напряжение смещения нейтральной точки при полной компенсации может быть в 10-25 раз выше, чем в системе без заземления — это известно как резонансное перенапряжение. Кроме того, операции переключения (например, включение больших двигателей или некорректное закрытие выключателей) также могут вызывать опасные перенапряжения. Поэтому, при отсутствии замыкания на землю, работа катушки подавления дуг близко к резонансу представляет собой риск, а не безопасность. На практике, катушки подавления дуг, работающие в режиме или близко к полной компенсации, обычно оснащаются демпфирующим резистором для подавления резонансных перенапряжений, и опыт показал, что этот подход является высокоэффективным.

Различия между заземляющими трансформаторами и катушками подавления дуг
В Китае в трехфазных системах электроснабжения 10 кВ нейтральная точка обычно не заземлена. Чтобы предотвратить периодические емкостные токи при однофазных замыканиях на землю, которые могут вызвать устойчивое горение дуги и колебания напряжения, что может привести к серьезным инцидентам, используется заземляющий трансформатор для создания искусственной нейтральной точки. Заземляющий трансформатор обычно использует зигзагообразное (Z-образное) соединение обмоток. Его нейтральная точка подключена к катушке подавления дуг, которая затем заземляется. При однофазном замыкании на землю индуктивный ток, создаваемый катушкой подавления дуг, компенсирует емкостный ток системы, позволяя системе продолжать работу до 2 часов, пока технический персонал находит и устраняет неисправность.

Таким образом, заземляющий трансформатор и катушка подавления дуг — это два различных устройства: катушка подавления дуг является по сути большим индуктором, подключенным между нейтральной точкой, предоставляемой заземляющим трансформатором, и землей. Они работают вместе как согласованная система, но выполняют фундаментально разные функции.