Krótka dyskusja na temat wyboru transformatorów ziemnych w stacjach wzmacniających

Transformatory ziemne, często nazywane „transformatorami ziemnymi” lub po prostu „jednostkami ziemnymi”, działają w warunkach bezobciążeniowych podczas normalnej pracy sieci i doświadczają przeciążeń podczas awarii krótkiego zwarcia. W zależności od środka wypełniającego są one zwykle klasyfikowane na nasączane olejem i suchotne; w zależności od liczby faz mogą to być trójfazowe lub jednofazowe transformatory ziemne.

Transformator ziemny sztucznie tworzy punkt neutralny do podłączenia rezystora ziemnego. Gdy w systemie wystąpi awaria ziemna, prezentuje wysoką impedancję dla prądów sekwencyjnych dodatnich i ujemnych, ale niską impedancję dla prądu sekwencyjnego zerowego, zapewniając tym samym niezawodne działanie ochrony przed uszkodzeniami ziemnymi. Prawidłowy i racjonalny wybór transformatorów ziemnych ma duże znaczenie dla gaszenia łuków podczas krótkich zwarcia, eliminacji przepięć rezonansowych elektromagnetycznych oraz zapewnienia bezpiecznej i stabilnej pracy sieci elektrycznej.

Wybór transformatorów ziemnych powinien być kompleksowo oceniany na podstawie następujących kryteriów technicznych: typ, nominalna moc, częstotliwość, napięcie i prąd nominalne, poziom izolacji, współczynnik wzrostu temperatury oraz zdolność przeciążeniowa. Należy również starannie uwzględnić warunki środowiskowe, takie jak temperatura otoczenia, wysokość nad poziomem morza, zmienność temperatury, stopień zanieczyszczenia, intensywność trzęsień ziemi, prędkość wiatru i wilgotność.

Gdy punkt neutralny systemu może być bezpośrednio dostępny, preferowany jest jednofazowy transformator ziemny; w przeciwnym razie powinien być używany trójfazowy transformator ziemny.

Wybór mocy transformatora ziemnego

Wybór mocy transformatora ziemnego zależy głównie od jego typu, charakterystyk sprzętu podłączonego do punktu neutralnego oraz obecności obciążenia po stronie wtórnej. Zwykle do obliczeń mocy sprzętu podłączonego do punktu neutralnego (np. cewki zgaszającej) wprowadzony jest już odpowiedni margines, dlatego nie wymaga się dodatkowego obniżenia mocy ani czynnika bezpieczeństwa podczas wyboru.

W elektrowniach fotowoltaicznych strona wtórna transformatora ziemnego zazwyczaj zaopatruje obciążenia pomocnicze. Dlatego autor krótko wyjaśnia, jak określić moc transformatora ziemnego, gdy istnieje obciążenie wtórne.

W takim przypadku moc transformatora ziemnego jest głównie określana na podstawie mocy cewki zgaszającej podłączonej do punktu neutralnego oraz mocy obciążenia wtórnego. Obliczenia wykonuje się przy użyciu 2-godzinnej wartości mocy równoważnej cewce zgaszającej. Dla kluczowych obciążeń moc może być również określana na podstawie czasu ciągłej pracy. Cewka zgaszająca jest traktowana jako reaktywna moc (Qₓ), podczas gdy obciążenie wtórne jest obliczane poprzez rozdzielenie mocy czynnej (Pf) i reaktywnej (Qf). Wzór obliczeniowy wygląda następująco:

Gdy stosuje się ochronę przed uszkodzeniami ziemnymi opartą na aktywnej składowej prądu sekwencyjnego zerowego w kierunku odwrotnym, do strony pierwotnej lub wtórnej cewki zgaszającej dodaje się rezystor ziemny o odpowiedniej wartości, aby zwiększyć czułość i dokładność selektywności ochrony ziemnej. Chociaż ten rezystor zużywa moc czynną podczas działania, jego czas użytkowania jest krótki, a spowodowane przez niego zwiększenie prądu jest małe; dlatego nie wymaga to dodatkowego zwiększenia mocy transformatora ziemnego.