Aceasta este una dintre acele întrebări în care răspunsul obișnuit este adesea suprasimplificat - și uneori pur și simplu greșit. Am avut clienții să presupună că un transformator de împământare este ca un paratrăsnet, ceva care atrage loviturile și le trimite în siguranță la pământ. Nu așa funcționează. Să lămurim ce face de fapt un transformator de împământare atunci când lovește un fulger și ce nu face.
În primul rând, ce face de fapt fulgerul unui sistem
Când fulgerul lovește o linie electrică sau în apropierea unei substații, acesta injectează un impuls de curent enorm în sistemul electric. Acel curent crește în microsecunde și poate ajunge la zeci de mii de amperi. Tensiunea din punctul de impact încearcă să se ridice la orice nivel este necesar pentru a împinge acel curent undeva.
Daunele provin de la acea tensiune. Izolația se defectează. Se produc arcuri în degajări care ar fi trebuit să fie sigure. Echipamentele conectate înregistrează stres pe care nu a fost conceput niciodată să le suporte.
Soluția nu este să oprești fulgerul - nu poți. Este pentru a controla unde se duce energia și a limita tensiunea care rezultă.
Ce este de fapt un transformator de împământare
Un transformator de împământare-numit uneori transformator de împământare-nu este un dispozitiv de protecție împotriva trăsnetului, așa cum este un descărcător. Sarcina sa este de a crea un punct neutru într-un sistem care în mod natural nu are unul, de obicei un sistem conectat în delta sau un ye neîmpământat.
Acel punct neutru este conectat la masă, fie direct, fie printr-o impedanță. Acest lucru face este să furnizeze o cale definită pentru curenții cu secvență zero - genul care curge atunci când aveți o defecțiune la pământ.
Fără un transformator de împământare, o defecțiune fază-pământ pe un sistem delta nu are cale de întoarcere cu impedanță scăzută. Curentul de defect este limitat de capacitatea sistemului, ceea ce înseamnă că este mic, dar tensiunea pe fazele nedefectuate crește la niveluri între linie sau mai mari. Acest lucru este rău pentru izolație și face dificilă detectarea defecțiunilor.
Cu un transformator de împământare, o eroare la pământ devine un eveniment de impedanță scăzută cu curent substanțial. Releele de protecție îl văd, întreruptoarele se deschid și defecțiunea se elimină înainte ca daunele să se extindă.
Unde intră fulgerul în imagine
Acum, aici intervine conexiunea cu fulgerul și unde începe de obicei neînțelegerea.
Când fulgerul lovește un conductor de fază, acesta creează o supratensiune masivă de curent. Acel curent trebuie să meargă undeva. Dacă sistemul are o cale de împământare eficientă - printr-un transformator de împământare - supratensiunea poate curge la masă într-un mod controlat. Transformatorul oferă o cale de impedanță scăzută pentru componenta de secvență zero a curentului de fulger.
Dar - și acest lucru este critic - transformatorul de împământare nu face asta singur. Funcționează împreună cu descărcătoare de supratensiune.
Descărcătoarele fixează tensiunea la un nivel sigur conducând atunci când tensiunea depășește un prag. Curentul trece apoi prin descărcători, în sistemul împământat și prin transformatorul de împământare către rețeaua de împământare a stației. Impedanța transformatorului, combinată cu rezistența rețelei de masă, determină cât de multă tensiune rămâne în timpul supratensiunii.
Ce contribuie de fapt transformatorul de împământare
O cale definită.Fără o referință neutră, curentul de trăsnet trebuie să-și găsească propria cale către izolarea la pământ, prin manta de cablu, prin orice cale oferă cea mai mică rezistență. Căile acelea nu sunt concepute pentru asta. Rezultate daune. Transformatorul de împământare oferă o cale proiectată.
Stabilizarea tensiunii.După trecerea supratensiunii inițiale, tensiunea sistemului încearcă să-și revină. Conectarea transformatorului de împământare la masă ajută la restabilirea unei referințe stabile de neutru, reducând riscul defecțiunilor ulterioare sau reîncărcărilor.
Coordonarea protecției.Releele de protecție au nevoie de curent de defect pentru a funcționa. O fulgerare indusă de fulger care devine o defecțiune de urmărire a puterii va fi eliminată mai repede dacă transformatorul de împământare asigură o magnitudine adecvată a curentului de defect. O curățare mai rapidă înseamnă mai puțină energie eliberată în echipament.
Ce nu face
Un transformator de împământare nu atrage fulgerul. Nu absoarbe energia fulgerului într-un mod semnificativ. Nu înlocuiește descărcătoarele de supratensiune.
Am văzut specificații care cer un transformator de împământare pentru a „proteja împotriva fulgerelor” ca și cum ar fi o soluție independentă. Nu așa funcționează. Descărcătoarele fac limitarea tensiunii. Transformatorul de împământare oferă referința și calea. Ambele sunt necesare.
Tipuri de transformatoare de împământare și rolul lor în performanța la supratensiune
Transformatoare în zig-zagsunt cele mai comune pentru aplicațiile de împământare. Ele oferă o impedanță scăzută la curenți de secvență zero - exact ceea ce doriți pentru curentul de defect și scurgerea la supratensiuni de fulger - în timp ce prezintă impedanță mare curenților de secvență pozitivă și negativă.
Transformatoare ye-deltapoate servi și catransformatoare de împământare. Înfășurarea delta oferă o cale pentru a circula curenții cu secvență zero, creând efectiv o referință neutră. În cazul fulgerelor, înfășurarea delta poate ajuta la distribuirea energiei de supratensiune între faze, reducând stresul asupra oricărui punct.
Alegerea dintre ele depinde de tensiunea sistemului, curentul de defect disponibil și filozofia de protecție. Pentru performanță la fulger, oricare poate funcționa dacă este coordonat corespunzător cu descărcătoarele.
Instalarea contează-Conexiunea la rețeaua de pământ
Un transformator de împământare este la fel de bun ca conectarea lui la pământ. Punctul neutru trebuie să se conecteze la o rețea de împământare cu rezistență scăzută. Dacă rezistența rețelei de masă este mare, curentul de fulger care trece prin aceasta creează o creștere a tensiunii care înfrânge scopul.
Aici văd probleme în domeniu. Un client instalează un transformator de împământare, îl conectează la o singură tijă și se așteaptă la protecție împotriva trăsnetului. Apoi are loc o lovitură, tensiunea la neutrul transformatorului crește la kilovolți și echipamentul se defectează. Transformatorul și-a făcut treaba; sistemul de împământare nu a făcut-o.
Conexiunea neutră a transformatorului de împământare trebuie să meargă la rețeaua de împământare a stației, cu mai multe tije, conductori îngropați și rezistență totală scăzută. Asta nu este negociabil.
Considerații de întreținere
Un transformator de împământare care sta inactiv în cea mai mare parte a timpului - purtând doar curent dezechilibrat și curent de defect ocazional - este ușor de neglijat. Pentru ca protecția împotriva trăsnetului să funcționeze atunci când este necesar, transformatorul trebuie să fie în stare bună.
Testele de rezistență la izolație verifică dacă înfășurările nu s-au degradat. Testele de rezistență ale rețelei de pământ confirmă că conexiunea la pământ nu s-a înrăutățit. Inspecțiile conexiunilor prinde terminalele libere înainte ca acestea să devină puncte cu impedanță ridicată.
Oferim linii directoare de întreținere pentru fiecare transformator de împământare, adaptate sarcinilor și mediului așteptate. Pentru zonele predispuse la fulgere, se recomandă verificări mai frecvente.
Ce le spun clienților despre protecția împotriva trăsnetului
Dacă ești îngrijorat de fulgere, iată ce ai nevoie:
În primul rând, descărcătoare de supratensiune la fiecare punct de intrare în linie, dimensionate și coordonate corespunzător.
În al doilea rând, un sistem de împământare cu impedanță scăzută - rețea, tije și conexiuni proiectate pentru curentul de defect disponibil și condițiile de sol.
În al treilea rând, un transformator de împământare dacă sistemul dumneavoastră are nevoie de o referință neutră pentru ca primele două să funcționeze eficient.
Transformatorul de împământareeste facilitatorul. Permite descărcătoarelor să-și facă treaba și oferă curentului fulgerului o cale care nu distruge echipamentul. Dar face parte dintr-un sistem, nu o soluție independentă.
Dacă proiectați un sistem de protecție împotriva trăsnetului și vă întrebați dacă se potrivește un transformator de împământare, mă bucur să discut detaliile. Răspunsul corect depinde de configurația sistemului dumneavoastră, de condițiile solului și de nivelul de risc acceptabil.
Referințe
- IEEE Std 80, Ghid IEEE pentru siguranța la împământarea substației de curent alternativ.
- IEEE Std C62.22, Ghid IEEE pentru aplicarea descărcătoarelor de supratensiune cu oxid de metal pentru sisteme cu curent alternativ.
- IEC 60076-6, Transformatoare de putere – Partea 6: Reactoare (include transformatoare de împământare).
