O que é arco de terra? Quais são as causas, consequências e soluções?

Definição de aterramento por arco

O aterramento por arco é um tipo de fenômeno de falha de aterramento no sistema de energia. Refere-se principalmente à existência de corrente de aterramento na forma de arco quando ocorre uma falha de aterramento monofásico em um sistema onde o ponto neutro não está aterrado ou o sistema está aterrado através de bobina de extinção de arco.

Causa do aterramento por arco

Dano à isolação

• Envelhecimento do equipamento: Durante a operação prolongada do equipamento de energia, devido ao efeito de tensões elétricas, térmicas, mecânicas e outras, o material isolante irá gradualmente envelhecer e reduzir seu desempenho de isolamento. Por exemplo, a camada de isolamento do cabo pode rachar ou ser danificada, resultando em uma falha de aterramento. Quando a corrente de aterramento é grande, pode-se formar um aterramento por arco.

• Choque de sobretensão: Várias sobretensões podem ocorrer no sistema de energia, como sobretensão por raio e sobretensão de operação. Essas sobretensões podem danificar a isolação do dispositivo e causar falhas de aterramento. Por exemplo, durante uma tempestade, uma linha aérea pode ser atingida por raio, causando a descarga do isolador, criando uma falha de aterramento monofásico.

Dano externo

• Dano de construção: Ao realizar atividades como construção de estradas e edifícios, cabos subterrâneos ou linhas aéreas podem ser acidentalmente danificados, resultando em falhas de aterramento. Por exemplo, ao escavar, uma escavadeira pode acidentalmente danificar cabos subterrâneos, resultando em dano à isolação do cabo e aterramento por arco.

• Contato com árvores: Em algumas áreas onde as linhas aéreas passam, se as árvores crescerem muito altas, podem tocar a linha, resultando em falha de aterramento. Especialmente em condições climáticas severas, como ventos fortes, o balanço das árvores é mais propenso a causar falha de aterramento. Por exemplo, em ventos fortes, galhos de árvores podem quebrar e cair sobre as linhas aéreas, criando uma falha de aterramento.

As consequências do aterramento por arco

Comprometendo a segurança do equipamento

• Dano à isolação do dispositivo: O aterramento por arco gera arco de alta temperatura e alta energia, que pode danificar seriamente a isolação do dispositivo. Por exemplo, o arco pode abater a camada de isolamento do cabo, a isolamento dos enrolamentos do transformador, etc., reduzindo o desempenho de isolamento do equipamento e, até mesmo, causar o incêndio do equipamento.

• Disparo de sobretensão: O aterramento por arco pode disparar sobretensão intermitente de arco, que geralmente tem amplitude elevada e pode causar danos adicionais à isolação do equipamento. Por exemplo, em um sistema com ponto neutro não aterrado, o aterramento por arco monofásico pode aumentar a tensão da fase não-falha para até vezes a tensão de linha, representando uma ameaça séria à isolação do equipamento.

A confiabilidade do fornecimento de energia é afetada

• Desligamento de energia: Uma falha grave de aterramento por arco pode causar o funcionamento do dispositivo de proteção, fazendo com que o disjuntor dispare, interrompendo assim o fornecimento de energia. Isso trará inconveniência aos usuários e afetará o progresso normal da produção e da vida. Por exemplo, no processo de produção de uma fábrica, se uma falha súbita de aterramento por arco causar um desligamento de energia, pode interromper a produção e trazer prejuízos econômicos.

• Ampliação do alcance da falha: Se a falha de aterramento por arco não for eliminada em tempo, pode evoluir para uma falha de curto-circuito entre fases, ampliando o alcance da falha e aumentando a dificuldade e o tempo de reparo. Por exemplo, um arco elétrico pode abalar os equipamentos e condutores adjacentes, desencadeando um curto-circuito entre fases e estendendo o alcance da falha.

A solução para o aterramento por arco

Manutenção e gestão de equipamentos

• Inspeção regular: Inspeção e manutenção regulares do equipamento de energia, descobrindo e tratando defeitos de isolamento do equipamento em tempo hábil. Por exemplo, teste regular de resistência de isolamento do cabo, detecção de descargas parciais, análise de cromatografia de óleo do transformador, teste de resistência DC dos enrolamentos, etc., a fim de detectar potenciais falhas do equipamento em tempo hábil.

• Intensificação da inspeção: Intensificação da inspeção de linhas e equipamentos de energia, descobrindo e tratando perigos externos em tempo hábil. Por exemplo, aumento do número de inspeções de linhas aéreas, limpeza imediata de árvores e entulhos próximos à linha, e prevenção de contato de árvores com a linha; Marcação e proteção de cabos subterrâneos em áreas de construção para prevenir danos de construção.

Uso de dispositivo de extinção de arco

• Bobina de extinção de arco: No sistema onde o ponto neutro não está aterrado ou está aterrado através de bobina de extinção de arco, os parâmetros da bobina de extinção de arco podem ser ajustados de forma razoável, de modo que possa compensar efetivamente a corrente capacitiva de aterramento e reduzir a geração de arcos. Quando ocorre uma falha de aterramento monofásico, a corrente indutiva gerada pela bobina de extinção de arco pode compensar a corrente capacitiva de aterramento, reduzindo a corrente de aterramento a um nível mais baixo, diminuindo assim o dano do aterramento por arco.

• Dispositivo de seleção de linha de falha de aterramento: A instalação de um dispositivo de seleção de linha de falha de aterramento pode detectar rapidamente e com precisão a linha de falha de aterramento e remover a linha de falha em tempo hábil, prevenindo a ampliação da falha. Por exemplo, o dispositivo de seleção de linha de falha de aterramento baseado no princípio de corrente de sequência zero e direção de potência de sequência zero pode determinar rapidamente a linha de falha quando ocorre uma falha de aterramento por arco, fornecendo uma base para o tratamento da falha.

Melhoria do nível de isolamento do equipamento

• Seleção de materiais isolantes de alta qualidade: No processo de fabricação e instalação do equipamento de energia, são selecionados materiais isolantes de alta qualidade para melhorar o desempenho de isolamento do equipamento. Por exemplo, o uso de materiais isolantes resistentes a altas temperaturas e ao envelhecimento pode prolongar a vida útil do equipamento e reduzir o risco de danos à isolação.

• Intensificação do tratamento de isolamento: Intensificação do isolamento do equipamento para melhorar sua resistência de isolamento. Por exemplo, tratamento à prova d'água e umidade nas conexões de cabos e envoltório de isolamento dos enrolamentos do transformador podem melhorar o desempenho de isolamento do equipamento e reduzir a ocorrência de falhas de aterramento.