Quais são os Modos de Aterramento do Ponto Neutro e os Métodos de Proteção dos Transformadores nas Redes Elétricas

Modos de Aterramento do Ponto Neutro e Proteção de Transformadores nas Redes Elétricas

Para sistemas que variam de 110 kV a 500 kV, deve ser adotado um método de aterramento eficaz. Especificamente, em todas as condições de operação, a razão de reatância de sequência zero para reatância de sequência positiva X₀/X₁ do sistema deve ser um valor positivo e não deve exceder 3. Ao mesmo tempo, a razão de resistência de sequência zero para reatância de sequência positiva R₀/X₁ também deve ser um valor positivo e não deve exceder 1.

Nos sistemas de 330 kV e 500 kV, os pontos neutros dos transformadores são aterrados diretamente.

Nas redes elétricas de 110 kV e 220 kV, os pontos neutros da maioria dos transformadores são aterrados diretamente. Para alguns transformadores, seus pontos neutros são aterrados através de lacunas, pararraios ou a combinação paralela de lacunas e pararraios.

Para limitar a corrente de curto-circuito monofásico na rede elétrica, pode-se aplicar o aterramento de baixa reatância aos pontos neutros dos transformadores com tensão nominal de 110 kV ou superior.

Proteção do Ponto Neutro de Transformadores de 110 kV e 220 kV

Para limitar a corrente de curto-circuito monofásico de aterramento, evitar interferências de comunicação e atender aos requisitos de configuração e ajuste da proteção por relés, o ponto neutro de um transformador é aterrado diretamente. Para os demais transformadores, seus pontos neutros são aterrados através de pararraios, lacunas de proteção ou a conexão paralela de pararraios e lacunas de proteção.

A maioria dos transformadores utiliza um esquema de proteção que combina pararraios com lacunas de descarga. A lacuna de descarga geralmente usa uma estrutura hastes-hastes, e a maioria dos pararraios é configurada como pararraios de óxido de zinco.

Divisão de Proteção para Lacunas Paralelas com Pararraios

As sobretensões de frequência de rede e de manobra são tratadas pelas lacunas, enquanto as sobretensões de raios e transitórias são suportadas pelos pararraios. Simultaneamente, as lacunas servem para limitar as sobretensões de frequência de rede de alta amplitude e as tensões residuais excessivamente altas que podem ocorrer nos pararraios. Esta abordagem não apenas protege o ponto neutro do transformador, mas também alcança a proteção mútua.

Proteção por Pararraios de Óxido Metálico

Quando ocorre um aterramento monofásico e perda de aterramento, a sobretensão resultante pode danificar ou até causar a explosão do pararraios.

Proteção por Lacunas Hastes-Hastes

Este tipo de proteção adota uma instalação dividida. Na prática, o ajuste de distância tende a ser impreciso, e a concentricidade costuma ser ruim. Após a descarga, o arco gerado erode os eletrodos. Sob impulso de raio, ondas truncadas são produzidas, o que representa uma ameaça à segurança da isolação do equipamento. A lacuna de proteção não pode extinguir o arco sozinha. Em vez disso, é necessária a proteção por relés para interromper o arco, o que pode levar a uma operação incorreta da proteção por relés.

Proteção Paralela por Pararraios e Lacunas

Os requisitos de coordenação entre o nível de proteção do pararraios, as características de operação da lacuna hastes-hastes e o nível de isolação do ponto neutro do transformador são extremamente rigorosos e difíceis de alcançar na prática.

Proteção por Lacunas Compostas

Isoladores compostos são utilizados para suporte mecânico. Os eletrodos de alta e baixa tensão são fixados nas duas extremidades do isolador, e os eletrodos das lacunas têm a forma de chifres de bode. Seus eletrodos de descarga e de ignição de arco estão separados. Oferece vantagens como boa concentricidade, determinação precisa da distância, instalação e comissionamento convenientes, forte resistência à ablação e tensão de descarga estável. Superando as desvantagens inerentes às lacunas hastes-hastes instaladas de forma dividida, é mais adequado para a proteção do ponto neutro dos transformadores.

Princípios de Proteção

• Sob a ação de sobretensão de raio, a lacuna deve romper para proteger a isolação do ponto neutro do transformador. Sua tensão de descarga de impulso de raio deve estar coordenada com o nível de resistência de impulso de raio do ponto neutro do transformador.

• Quando ocorre uma falha de aterramento monofásico no sistema, a isolação do ponto neutro deve ser capaz de suportar a sobretensão gerada pela falha, e a lacuna não deve romper para evitar a operação incorreta da proteção por relés. Quando ocorre um aterramento monofásico no sistema acompanhado de perda de aterramento do ponto neutro, ou quando o sistema experimenta operação não trifásica, falhas de ressonância, etc., levando a sobretensão de frequência de rede acima de uma certa amplitude, a lacuna deve romper para clarear o ponto neutro do sistema e limitar a sobretensão no ponto neutro do transformador.

Proteção por Lacunas Controláveis

Uma lacuna controlável consiste principalmente em uma lacuna fixa, uma lacuna de controle e um circuito de equalização de tensão capacitiva. A lacuna de chifres de bode funciona como a lacuna fixa, e um interruptor a vácuo é usado para controlar a ruptura automática da lacuna controlável.

A lacuna controlável é usada em paralelo com o pararraios. Sob sobretensões de raio e transitórias, o pararraios opera para limitar a sobretensão, e a lacuna controlável permanece inativa. Quando ocorre uma falha de aterramento monofásico no sistema, esta sobretensão não representa ameaça à isolação do ponto neutro, então a lacuna controlável não opera.

Quando ocorre sobretensão de frequência de rede (como aterramento monofásico e perda de aterramento em um sistema isolado sem aterramento ou operação não trifásica), a lacuna controlável ativa para proteger a isolação do ponto neutro do transformador e do pararraios.

A lacuna controlável resolve efetivamente os problemas existentes nas lacunas, pararraios e na proteção paralela de lacunas hastes-hastes e pararraios. A conexão paralela da lacuna controlável e do pararraios pode proteger eficazmente o ponto neutro do transformador.