Conceitos de Aterramento de Transformadores e Cabos Explicados
Compartilhamento de Conceitos e Terminologia de Transformadores
A impedância do modo zero de uma carga é infinita, e sua impedância do modo linha também é extremamente grande, aproximadamente 100 vezes a impedância do modo linha da linha.
A capacitância para o solo de um cabo é 25-50 vezes a de uma linha aérea.
A frequência de oscilação livre da corrente capacitiva transitória: 300-1500Hz para linhas aéreas e 1500-3000Hz para cabos.
Requisitos de desempenho para um transformador de aterramento externo: Sob alimentação normal da rede elétrica, seu valor de impedância é extremamente alto, e apenas uma pequena corrente de magnetização flui pelos enrolamentos; quando ocorre um defeito de aterramento monofásico no sistema, os enrolamentos apresentam alta impedância para as sequências positiva e negativa, e baixa impedância para a sequência zero. Os modos de conexão desses transformadores são Y0/Δ ou Z-tipo.
Como o lado de alta tensão do transformador adota a conexão Z-tipo, cada enrolamento de fase consiste em dois segmentos, que estão localizados em duas colunas de núcleo de fases diferentes, e os dois segmentos do enrolamento são conectados com polaridades opostas. As fluxos magnéticos de sequência zero gerados pelos dois enrolamentos de fase se anulam mutuamente, resultando em impedância de sequência zero extremamente baixa e perda a vazio extremamente pequena, permitindo a utilização de 100% da capacidade do transformador. Quando uma bobina de extinção de arco é conectada a um transformador comum, sua capacidade não deve exceder 20% da capacidade do transformador; enquanto um transformador Z-tipo pode ser conectado com uma bobina de extinção de arco com capacidade de 90%-100%, o que pode economizar efetivamente investimentos.
Além de ser conectado com uma bobina de extinção de arco, um transformador de aterramento também pode carregar cargas secundárias e substituir um transformador de estação. Ao carregar cargas secundárias, a capacidade primária do transformador de aterramento deve ser a soma da capacidade da bobina de extinção de arco e da capacidade da carga secundária; quando não carrega cargas secundárias, sua capacidade é igual à da bobina de extinção de arco.
O objetivo de adicionar um resistor de amortecimento é limitar a tensão de deslocamento UN do ponto neutro a menos de 15% da tensão de fase quando ocorre ressonância em série no sistema, para manter a operação normal do sistema e evitar sobretensões. Quando ocorre um defeito de aterramento monofásico no sistema, uma corrente grande flui pelo ponto neutro, e o resistor de amortecimento deve ser curto-circuitado neste momento.
Ao usar o método de seleção de linha com resistência média paralela, é necessário uma caixa de resistência média paralela, que é conectada em paralelo nas duas extremidades da bobina de extinção de arco. Quando o dispositivo confirma que ocorreu um defeito de aterramento monofásico permanente no sistema, a resistência média é colocada em operação para injetar corrente ativa no sistema para a seleção de linha, e a resistência é cortada após um curto atraso.
Quanto maior a constante dielétrica, maior a condutividade.
Transformadores trifásicos usados em sistemas de distribuição geralmente adotam o modo de conexão Dyn11, que tem as seguintes vantagens: pode reduzir a corrente harmônica, melhorar a qualidade de fornecimento, possui baixa impedância de sequência zero, pode aumentar a corrente de curto-circuito monofásico e é favorável para cortar defeitos de aterramento monofásico; pode fazer uso completo da capacidade do transformador sob condição de carga trifásica desequilibrada, e reduzir a perda do transformador ao mesmo tempo.
A impedância de onda da linha conectada ao lado primário do transformador é geralmente várias centenas de ohms, e a da linha conectada ao lado de baixa tensão é geralmente dezenas a mais de cem ohms.
A taxa de amortecimento de frequência industrial de uma linha aérea normal é de cerca de 3%-5%, que pode aumentar para 10% quando a linha está úmida; a taxa de amortecimento de frequência industrial de uma linha de cabo é de cerca de 2%-4%, que pode chegar a 10% quando o isolamento está envelhecido.
A capacitância para o solo por fase de linhas aéreas de 3-35kV é de 5000-6000pF/km. A corrente capacitiva de linhas aéreas em linhas duplas no mesmo poste é Ic=(1,4-1,6)Id (onde Id é a corrente capacitiva de uma das linhas na configuração de linhas duplas; o coeficiente 1,6 corresponde a linhas de 35kV, e 1,4 corresponde a linhas de 10kV).
Para um sistema de aterramento ressonante de ponto neutro, quando ocorre um defeito de aterramento monofásico, como a impedância de sequência zero é próxima ao infinito, a corrente residual não contém correntes harmônicas de terceira e múltiplos inteiros, principalmente correntes harmônicas de quinta e sétima ordem.
De acordo com as regulamentações, quando uma bobina de extinção de arco é conectada a um transformador comum, sua capacidade não deve exceder 20% da capacidade do transformador. Um transformador Z-tipo pode ser conectado com uma bobina de extinção de arco com capacidade de 90%-100%. Além de ser conectado com uma bobina de extinção de arco, um transformador de aterramento também pode carregar cargas secundárias e substituir um transformador de estação, economizando assim custos de investimento.
Durante a operação de um transformador de aterramento, quando uma corrente de sequência zero de certa magnitude passa, as correntes que fluem pelos dois enrolamentos monofásicos na mesma coluna de núcleo são opostas em direção e iguais em magnitude, de modo que as forças eletromotriz geradas pela corrente de sequência zero se anulam mutuamente, resultando em impedância de sequência zero extremamente baixa. Devido à baixa impedância de sequência zero do transformador de aterramento, quando ocorre um defeito de aterramento monofásico na fase C, a corrente de aterramento I da fase C flui para o ponto neutro através do solo e é dividida igualmente em três partes no transformador de aterramento; como as correntes trifásicas que fluem para o transformador de aterramento são iguais, o deslocamento do ponto neutro N permanece inalterado, e as tensões de linha trifásicas permanecem simétricas.
Os harmônicos no circuito de sequência zero são principalmente causados pelas características não lineares do núcleo do transformador. Como o lado secundário dos transformadores nas redes de distribuição da China geralmente adota a conexão delta, geralmente não há harmônicos de terceira e múltiplos inteiros altos no circuito de sequência zero, então a corrente de defeito de aterramento basicamente não contém esses componentes harmônicos altos, principalmente componentes de quinta e sétima ordem, cuja magnitude mudará com a carga.
Para um defeito de aterramento monofásico, a rede equivalente de sequência é uma conexão em série de redes de sequência positiva, negativa e zero; para um defeito de aterramento bifásico, a rede equivalente de sequência é uma conexão em paralelo de redes de sequência positiva, negativa e zero; para um curto-circuito bifásico, a rede equivalente de sequência é uma conexão em paralelo de redes de sequência positiva e negativa; para um curto-circuito trifásico, a rede equivalente de sequência inclui apenas a rede de sequência positiva.
