Conceptos de Puesta a Tierra de Transformadores y Cables Explicados

Compartición de Conceptos y Terminología de Transformadores

• La impedancia en modo cero de una carga es infinita, y su impedancia en modo línea también es extremadamente grande, aproximadamente 100 veces la impedancia en modo línea de la línea.

• La capacitancia a tierra de un cable es 25-50 veces la de una línea aérea.

• La frecuencia de oscilación libre de la corriente capacitiva transitoria: 300-1500Hz para líneas aéreas y 1500-3000Hz para cables.

• Requisitos de rendimiento para un transformador externo de puesta a tierra: Bajo el suministro normal de energía de la red, su valor de impedancia es extremadamente alto, y solo fluye una corriente de magnetización mínima a través de los devanados; cuando ocurre un fallo de tierra monofásico en el sistema, los devanados presentan alta impedancia a las secuencias positiva y negativa, y baja impedancia a la secuencia cero. Los modos de conexión de tales transformadores son Y0/Δ o tipo Z.

• Dado que el lado de alta tensión del transformador adopta la conexión tipo Z, cada devanado de fase consta de dos segmentos, que se encuentran respectivamente en dos columnas de núcleo de fases diferentes, y los dos segmentos del devanado están conectados con polaridades opuestas. Los flux magnéticos de secuencia cero generados por los devanados de dos fases se cancelan entre sí, resultando en una impedancia de secuencia cero extremadamente baja y una pérdida en vacío extremadamente pequeña, permitiendo la utilización al 100% de la capacidad del transformador. Cuando se conecta una bobina de supresión de arco a un transformador ordinario, su capacidad no debe exceder el 20% de la capacidad del transformador; mientras que un transformador tipo Z puede estar conectado con una bobina de supresión de arco con una capacidad del 90%-100%, lo que puede ahorrar eficazmente la inversión.

• Además de estar conectado con una bobina de supresión de arco, un transformador de puesta a tierra también puede llevar cargas secundarias y reemplazar un transformador de estación. Al llevar cargas secundarias, la capacidad primaria del transformador de puesta a tierra debe ser la suma de la capacidad de la bobina de supresión de arco y la capacidad de la carga secundaria; cuando no lleva cargas secundarias, su capacidad es igual a la de la bobina de supresión de arco.

• El propósito de agregar un resistor de amortiguamiento es limitar el voltaje de desplazamiento UN del punto neutro a menos del 15% del voltaje de fase cuando ocurre una resonancia en serie en el sistema, para mantener la operación normal del sistema y prevenir sobretensiones. Cuando ocurre un fallo de tierra monofásico en el sistema, fluye una corriente grande a través del punto neutro, y el resistor de amortiguamiento debe cortocircuitarse en ese momento.

• Al utilizar el método de selección de línea con resistencia media paralela, se requiere una caja de resistencia media paralela, que se conecta en paralelo en ambos extremos de la bobina de supresión de arco. Cuando el dispositivo confirma que ha ocurrido un fallo de tierra monofásico permanente en el sistema, se pone en funcionamiento la resistencia media para inyectar corriente activa en el sistema para la selección de línea, y la resistencia se desconecta después de un breve retraso.

• Cuanto mayor es la constante dieléctrica, más fuerte es la conductividad.

• Los transformadores trifásicos utilizados en sistemas de distribución adoptan en su mayoría el modo de conexión Dyn11, que tiene las siguientes ventajas: puede reducir la corriente armónica, mejorar la calidad del suministro, tiene una impedancia de secuencia cero pequeña, puede aumentar la corriente de cortocircuito monofásico, y es favorable para cortar fallos de tierra monofásicos; puede aprovechar al máximo la capacidad del transformador bajo la condición de carga trifásica desequilibrada, y reducir la pérdida del transformador al mismo tiempo.

• La impedancia de onda de la línea conectada al lado primario del transformador suele ser de varios cientos de ohmios, y la de la línea conectada al lado de baja tensión generalmente es de decenas a más de cien ohmios.

• La tasa de amortiguamiento de frecuencia de red de una línea aérea normal es de aproximadamente 3%-5%, que puede aumentar hasta 10% cuando la línea está húmeda; la tasa de amortiguamiento de frecuencia de red de una línea de cable es de aproximadamente 2%-4%, que puede alcanzar 10% cuando el aislamiento está envejecido.

• La capacitancia a tierra por fase de las líneas aéreas de 3-35kV es de 5000-6000pF/km. La corriente capacitiva de las líneas aéreas en líneas dobles en el mismo poste es Ic=(1.4-1.6)Id (donde Id es la corriente capacitiva de una de las líneas en las líneas dobles; el coeficiente 1.6 corresponde a las líneas de 35kV, y 1.4 corresponde a las líneas de 10kV).

• Para un sistema de puesta a tierra resonante en el punto neutro, cuando ocurre un fallo de tierra monofásico, dado que la impedancia de secuencia cero es cercana al infinito, la corriente residual no contiene corrientes armónicas de 3ra y múltiplos enteros, principalmente corrientes armónicas de 5ta y 7ma.

• Según las regulaciones, cuando se conecta una bobina de supresión de arco a un transformador ordinario, su capacidad no debe exceder el 20% de la capacidad del transformador. Un transformador tipo Z puede estar conectado con una bobina de supresión de arco con una capacidad del 90%-100%. Además de estar conectado con una bobina de supresión de arco, un transformador de puesta a tierra también puede llevar cargas secundarias y reemplazar un transformador de estación, ahorrando así costos de inversión.

• Durante la operación de un transformador de puesta a tierra, cuando pasa una corriente de secuencia cero de cierta magnitud, las corrientes que fluyen a través de los dos devanados monofásicos en la misma columna de núcleo son opuestas en dirección e iguales en magnitud, de manera que las fuerzas electromotrices generadas por la corriente de secuencia cero son exactamente opuestas y se cancelan entre sí, resultando en una impedancia de secuencia cero extremadamente pequeña. Debido a la baja impedancia de secuencia cero del transformador de puesta a tierra, cuando ocurre un fallo de tierra monofásico en la fase C, la corriente de tierra I de la fase C fluye hacia el punto neutro a través de la tierra y se divide en tres partes iguales en el transformador de puesta a tierra; ya que las corrientes trifásicas que fluyen hacia el transformador de puesta a tierra son iguales, el desplazamiento del punto neutro N permanece inalterado, y los voltajes de línea trifásicos siguen siendo simétricos.

• Las armónicas en el circuito de secuencia cero son principalmente causadas por las características no lineales del núcleo del transformador. Dado que el lado secundario de los transformadores en las redes de distribución de China adopta en su mayoría la conexión delta, generalmente no hay armónicos de 3ra y múltiplos enteros altos en el circuito de secuencia cero, por lo que la corriente de fallo a tierra básicamente no contiene estos componentes armónicos altos, principalmente componentes armónicos de 5ta y 7ma, cuya magnitud cambiará con la carga.

• Para un fallo de tierra monofásico, la red equivalente de secuencia es una conexión en serie de las redes de secuencia positiva, negativa y cero; para un fallo de tierra bifásico, la red equivalente de secuencia es una conexión en paralelo de las redes de secuencia positiva, negativa y cero; para un cortocircuito bifásico, la red equivalente de secuencia es una conexión en paralelo de las redes de secuencia positiva y negativa; para un cortocircuito trifásico, la red equivalente de secuencia solo incluye la red de secuencia positiva.