Quins són els modes de connexió a terra del punt neutre i els mètodes de protecció dels transformadors en les xarxes elèctriques
Modes de connexió a terra del punt neutre i protecció de transformadors en xarxes elèctriques
Per a sistemes que van des de 110 kV fins a 500 kV, s'ha d'adoptar un mètode de connexió a terra eficaç. Específicament, en totes les condicions d'operació, la raó d'impedància de seqüència zero a l'impedància de seqüència positiva X0/X1 del sistema hauria de ser un valor positiu i no superar els 3. A més, la raó de resistència de seqüència zero a l'impedància de seqüència positiva R0/X1 hauria de ser també un valor positiu i no superar l'1.
En els sistemes de 330 kV i 500 kV, els punts neutrals dels transformadors es connecten directament a terra.
En les xarxes elèctriques de 110 kV i 220 kV, els punts neutrals de la majoria dels transformadors es connecten directament a terra. Per alguns transformadors, els seus punts neutrals es connecten a terra a través de gaps, pararrayos o la combinació paral·lela de gaps i pararrayos.
Per limitar la corrent de curtcircuit monofàsic en la xarxa elèctrica, es pot aplicar una connexió a terra de baixa reactància als punts neutrals dels transformadors de 110 kV i superior.
Protecció del punt neutre de transformadors de 110 kV i 220 kV
Per limitar la corrent de curtcircuit monofàsic, evitar interferències en les comunicacions i satisfer les exigències per a la configuració i ajust de la protecció relè, el punt neutre d'un transformador es connecta directament a terra. Per al restant de transformadors, els seus punts neutrals es connecten a terra a través de pararrayos, gaps de protecció o la connexió paral·lela de pararrayos i gaps de protecció.
La majoria dels transformadors utilitzen un esquema de protecció que combina pararrayos amb gaps de descàrrega. El gap de descàrrega sol utilitzar una estructura tija-tija, i la majoria dels pararrayos estan configurats com a pararrayos d'òxid de zinc.
Divisió de la protecció per a gaps paral·lels amb pararrayos
Les tensions sobreelevades de freqüència industrial i de commutació són gestionades pels gaps, mentre que les tensions sobreelevades de llamp i transitòries són assumides pels pararrayos. Alhora, els gaps serveixen per limitar les tensions sobreelevades de freqüència industrial d'amplitud excessivament alta i les tensions residuàries excesivament altes que podrien aparèixer en els pararrayos. Aquest enfocament no només protegeix el punt neutre del transformador, sinó que també assolix la protecció mútua.
Protecció mitjançant pararrayos d'òxid metàl·lic
Quan es produeix un curtcircuit monofàsic i una pèrdua de terra, la tensió sobreelevada resultant pot danar o fins i tot fer explotar el pararrayos.
Protecció mitjançant gaps tija-tija
Aquest tipus de protecció adopta una instal·lació de tipus dividit. En la pràctica, l'ajust de la distància tendeix a ser inexacte, i la concentricitat sovint és dolenta. Després de la descàrrega, l'arc generat erosiona els electrodes. Sota impuls de llamp, es produeixen ones tallades, que suposen una amenaça per a la seguretat de l'aïllament de l'equipament. El gap de protecció no pot extinguir l'arc de manera autònoma. En canvi, cal que la protecció relè interrompi l'arc, el que pot portar a una operació incorrecta de la protecció relè.
Protecció paral·lela mitjançant pararrayos i gaps
Els requisits de coordinació entre el nivell de protecció del pararrayos, les característiques d'operació del gap tija-tija i el nivell d'aïllament del punt neutre del transformador són extremadament estrictes i difícils d'aconseguir en la pràctica.
Protecció mitjançant gaps compostos
S'utilitzen aïllants compostos per a suport mecànic. Els electrodes d'alta i baixa tensió es fixen a ambdós extrems de l'aïllant, i els electrodes de gap tenen forma de cames de cabra. Els seus electrodes de descàrrega i d'encès d'arc estan separats. Ofereix avantatges com una bona concentricitat, determinació precisa de la distància, instal·lació i ajust fàcils, gran resistència a l'abradiment i tensió de descàrrega estable. Supera els defectes inherents als gaps tija-tija instal·lats de forma dividida i és més adequat per a la protecció del punt neutre dels transformadors.
Principis de protecció
Sota l'acció de la tensió sobreelevada de llamp, el gap hauria de trencar per protegir l'aïllament del punt neutre del transformador. La seva tensió de descàrrega d'impuls de llamp hauria de estar coordinada amb el nivell de resistència a impuls de llamp del punt neutre del transformador.
Quan es produeix un curtcircuit monofàsic en el sistema, l'aïllament del punt neutre hauria de poder suportar la tensió sobreelevada generada pel defecte, i el gap no hauria de trencar per prevenir una operació incorrecta de la protecció relè. Quan es produeix un curtcircuit monofàsic en el sistema acompanyat d'una pèrdua de terra, o quan el sistema experimenta operació no total de fase, defects de resonància, etc., que duen a una tensió sobreelevada de freqüència industrial que supera una certa amplitud, el gap hauria de trencar per clavar el punt neutre del sistema i limitar la tensió sobreelevada al punt neutre del transformador.
Protecció mitjançant gaps controlables
Un gap controlable consta principalment d'un gap fix, un gap de control i un circuit d'igualació de tensió de condensador. El gap de cames de cabra funciona com a gap fix, i un interruptor de buit s'utilitza per controlar la trencada automàtica del gap controlable.
El gap controlable s'utilitza en paral·lel amb el pararrayos. Sota tensions sobreelevades de llamp i transitòries, el pararrayos opera per limitar la tensió sobreelevada, i el gap controlable no actua. Quan es produeix un curtcircuit monofàsic en el sistema, aquesta tensió sobreelevada no suposa cap amenaça per a l'aïllament del punt neutre, per tant, el gap controlable no actua.
Quan es produeix una tensió sobreelevada de freqüència industrial (com ara un curtcircuit monofàsic i pèrdua de terra en un sistema aïllat sense terra o operació no total de fase), el gap controlable s'activa per protegir l'aïllament del punt neutre del transformador i el pararrayos.
El gap controlable resol efectivament els problemes existents en els gaps, pararrayos i la protecció paral·lela de gaps tija-tija i pararrayos. La connexió paral·lela del gap controlable i el pararrayos pot protegir eficàciamement el punt neutre del transformador.
