Por que os transformadores de aterramento de distribuição utilizam predominantemente o enrolamento em ziguezague?

1. Impedância de Sequência Zero Muito Baixa para um Caminho Eficiente de Corrente de Sequência Zero

Esta é a principal vantagem física do enrolamento em ziguezague. Cada enrolamento de fase de um transformador em ziguezague é dividido em duas metades, enroladas em direções opostas em duas colunas diferentes do núcleo. Quando ocorre uma falta monofásica à terra, os fluxos de sequência zero no núcleo se cancelam devido à conexão reversa especial dos enrolamentos, resultando em uma impedância de sequência zero extremamente baixa.

Em comparação, o fluxo de sequência zero de transformadores convencionais Y ou Δ só pode fluir através do caminho de fluxo de dispersão, resultando em uma impedância de sequência zero muito alta. A característica de baixa impedância da conexão em ziguezague garante que a corrente de falta possa fluir suavemente, fornecendo sinal suficiente para os relés de proteção.

Transformador de Aterramento de Neutro Trifásico

2. Alta Utilização de Capacidade, Rompendo o "Limite de 20%" dos Transformadores Convencionais

Quando uma bobina de extinção de arco ou resistor de aterramento é introduzida na rede de distribuição, a conexão em ziguezague demonstra alta eficiência econômica. Se um transformador de distribuição padrão for usado como transformador de aterramento para suportar uma bobina de extinção de arco, a capacidade da bobina não deve exceder 20% da capacidade do transformador. Em contraste, devido ao seu design de circuito magnético autobalanceante, um transformador de aterramento em ziguezague pode suportar a grande maioria de sua própria capacidade como carga da bobina de extinção de arco.

Na seleção prática de engenharia, a capacidade nominal do lado primário de um transformador de aterramento em ziguezague é tipicamente escolhida para ser ligeiramente maior que a capacidade da bobina de extinção de arco.

3. Sem Necessidade de Enrolamento Secundário, Minimizando as Perdas em Vazio

Se o neutro primário de um transformador convencional for aterrado, um enrolamento secundário (como um enrolamento em delta) é necessário para fornecer um caminho fechado para a corrente de sequência zero; caso contrário, a impedância de magnetização é extremamente alta e a corrente de sequência zero não pode fluir. Uma conexão em ziguezague forma um caminho de sequência zero sem a necessidade de um enrolamento secundário.

Durante a operação normal do sistema, o transformador de aterramento em ziguezague se comporta como se estivesse em estado de circuito aberto. Como a tensão do ponto neutro é próxima de zero, apenas uma corrente de magnetização muito pequena flui através dos enrolamentos, resultando em perdas em vazio extremamente baixas. A corrente de falta de sequência zero flui apenas durante a curta duração de uma falta monofásica à terra (dentro de segundos para a operação da proteção de sequência zero, ou até 2 horas durante a compensação por bobina de extinção de arco).

4. Supressão da Terceira Harmônica, Melhorando a Forma de Onda da Tensão

Cargas não lineares, como retificadores e acionamentos de frequência variável, geram correntes de terceira harmônica substanciais. Em sistemas trifásicos convencionais de quatro fios, as correntes de terceira harmônica se acumulam no condutor neutro, causando corrente neutra excessiva e aquecimento severo. A conexão em ziguezague apresenta baixa impedância às correntes de terceira harmônica, permitindo que circulem dentro dos enrolamentos e se cancelem mutuamente, reduzindo assim efetivamente o conteúdo de harmônicos na tensão de fase e na corrente neutra.

5. Balanceamento do Circuito Magnético, Prevenindo a Saturação Profunda do Núcleo

Em um sistema de neutro não aterrado durante uma falta monofásica à terra, a tensão fase-terra das fases sãs sobe para a tensão de linha (ou seja, um aumento de sqrt(3) vezes). Para um transformador convencional de núcleo de três colunas, essa mudança de tensão pode facilmente causar saturação profunda do núcleo, potencialmente danificando o transformador em casos graves. Em uma conexão em ziguezague, cada enrolamento de fase é distribuído por duas colunas do núcleo, e as forças magnetomotrizes durante as faltas alcançam o autobalanceamento através do acoplamento cruzado, prevenindo efetivamente a saturação do núcleo e garantindo a estabilidade térmica durante o período de falta monofásica.

Resumo

O uso de transformadores de aterramento zig-zag em redes de distribuição é essencialmente um meio de criar um ponto neutro artificial de baixa impedância sem alterar a estrutura original da rede. Ele resolve os seguintes desafios de engenharia:

• Durante a operação normal: A tensão do ponto neutro é próxima de zero, as perdas em vazio são mínimas e o equilíbrio de tensão trifásico não é afetado.
• Durante uma falha: A impedância de sequência zero muito baixa fornece um caminho definido para a corrente de falha, garantindo a compensação da bobina de supressão de arco ou a operação do relé de proteção.
• Economia e segurança: Supera a limitação de capacidade de 20% dos transformadores convencionais e oferece forte capacidade anti-saturação, tornando-se a escolha padrão e ideal para o estabelecimento de pontos neutros artificiais em redes de distribuição de 6 kV, 10 kV e 35 kV.

Editado de：Echo