Ovo je jedno od onih pitanja na koja je uobičajeni odgovor često previše pojednostavljen - a ponekad i pogrešan. Imao sam kupce koji pretpostavljaju da je transformator za uzemljenje poput gromobrana, nešto što privlači udarce i šalje ih sigurno na zemlju. Ne ide to tako. Razjasnimo što transformator za uzemljenje zapravo radi kada udari grom, a što ne.
Prvo, što munja zapravo čini sustavu
Kada munja udari u dalekovod ili u blizini trafostanice, ubrizgava ogroman strujni impuls u električni sustav. Ta struja raste u mikrosekundama i može doseći desetke tisuća ampera. Napon na mjestu udara pokušava porasti na bilo koju razinu koja je potrebna da se ta struja nekamo potisne.
Šteta dolazi od tog napona. Izolacija se raspada. Lukovi se pojavljuju preko razmaka koji su trebali biti sigurni. Povezana oprema doživljava stresove za koje nikada nije bila dizajnirana da se nosi.
Rješenje nije zaustaviti munju - ne možete. To je za kontrolu kamo odlazi energija i ograničavanje napona koji rezultira.
Što je zapravo transformator za uzemljenje
Transformator za uzemljenje-ponekad se naziva transformator za uzemljenje-nije uređaj za zaštitu od munje na način na koji je odvodnik. Njegov je posao stvoriti neutralnu točku u sustavu koji je prirodno nema, obično u sustavu spojenom u trokut ili neuzemljenu zvjezdicu.
Ta se neutralna točka spaja na masu, bilo izravno ili preko impedancije. Ovo omogućuje definirani put za struje nulte sekvence - one koje teku kada imate uzemljenje.
Bez transformatora za uzemljenje, fazni spoj na trokut sustavu nema povratni put niske impedancije. Struja kvara ograničena je kapacitivnošću sustava, što znači da je mala, ali napon na fazama bez kvara raste do razine od linije do linije ili više. To je loše za izolaciju i otežava otkrivanje greške.
S transformatorom za uzemljenje, zemljospoj postaje događaj niske impedancije sa značajnom strujom. Zaštitni releji to vide, prekidači se otvaraju i kvar se uklanja prije nego se šteta proširi.
Gdje munja ulazi u sliku
Ovdje se pojavljuje veza s munjom i gdje obično počinju nesporazumi.
Kada munja pogodi fazni vodič, stvara se veliki strujni udar. Ta struja nekamo mora otići. Ako sustav ima učinkovit put uzemljenja - kroz transformator za uzemljenje - prenapon može kontrolirano teći do zemlje. Transformator osigurava stazu niske impedancije za komponentu nulte sekvence struje munje.
Ali - i to je kritično - transformator za uzemljenje to ne radi sam. Djeluje zajedno s odvodnicima prenapona.
Odvodnici hvataju napon na sigurnoj razini provođenjem kada napon prijeđe prag. Struja zatim teče kroz odvodnike, u uzemljeni sustav i kroz transformator za uzemljenje do mreže uzemljenja stanice. Impedancija transformatora, u kombinaciji s otporom mreže uzemljenja, određuje koliko napona ostaje tijekom prenapona.
Što transformator za uzemljenje zapravo doprinosi
Definirani put.Bez neutralne reference, struja munje mora pronaći vlastiti put do uzemljenja kroz izolaciju, kroz kabelske plašteve, kroz bilo koji put koji nudi najmanji otpor. Ti putevi nisu dizajnirani za to. Rezultati štete. Transformator za uzemljenje osigurava projektirani put.
Stabilizacija napona.Nakon što početni udar prođe, napon sustava pokušava se oporaviti. Veza transformatora za uzemljenje s uzemljenjem pomaže ponovno uspostaviti stabilnu neutralnu referencu, smanjujući rizik od naknadnih kvarova ili ponovnih paljenja.
Koordinacija zaštite.Za rad zaštitnih releja potrebna je struja kvara. Preskok izazvan munjom koji postaje greška praćenja napajanja bit će uklonjen brže ako transformator za uzemljenje osigurava odgovarajuću veličinu struje kvara. Brže čišćenje znači manje energije koja se oslobađa u opremi.
Što ne radi
Transformator za uzemljenje ne privlači munje. Ne apsorbira energiju munje ni na koji značajan način. Ne zamjenjuje odvodnike prenapona.
Vidio sam specifikacije koje pozivaju na transformator za uzemljenje za "zaštitu od munje" kao da je to samostalno rješenje. Ne ide to tako. Odvodnici ograničavaju napon. Transformator za uzemljenje daje referencu i putanju. Oba su neophodna.
Vrste transformatora za uzemljenje i njihova uloga u izvođenju prenapona
Cik-cak transformatorinajčešći su za primjene uzemljenja. Oni nude nisku impedanciju strujama nulte sekvence - upravo ono što želite za struju kvara i odvod munje - dok predstavljaju visoku impedanciju strujama pozitivnog i negativnog slijeda.
Wye-delta transformatoritakođer može poslužiti kaotransformatori za uzemljenje. Trokut namot osigurava put za cirkuliranje struja nulte sekvence, učinkovito stvarajući neutralnu referencu. U slučaju munje, trokutasti namot može pomoći u raspodjeli energije valova po fazama, smanjujući stres na bilo kojoj pojedinačnoj točki.
Izbor između njih ovisi o naponu sustava, raspoloživoj struji kvara i filozofiji zaštite. Za performanse munje, bilo koji može raditi ako je pravilno koordiniran s odvodnicima.
Bitna instalacija - Uzemljenje na mrežu
Transformator za uzemljenje je onoliko dobar koliko je dobar njegov spoj sa zemljom. Neutralna točka mora biti povezana s mrežom uzemljenja niskog otpora. Ako je otpor mreže uzemljenja velik, struja munje koja teče kroz nju stvara porast napona koji poništava svrhu.
Tu vidim probleme na terenu. Kupac postavlja transformator za uzemljenje, uzemljuje ga na jednu šipku i očekuje zaštitu od munje. Tada dolazi do udara, napon na nuli transformatora raste do kilovolta, a oprema kvari. Transformator je odradio svoj posao; sustav uzemljenja nije.
Neutralni priključak transformatora za uzemljenje mora ići na mrežu uzemljenja stanice, s višestrukim šipkama, ukopanim vodičima i malim ukupnim otporom. O tome se ne može pregovarati.
Razmatranja održavanja
Transformator za uzemljenje koji većinu vremena miruje - nosi samo neuravnoteženu struju i povremenu struju kvara - lako je zanemariti. Da bi gromobranska zaštita radila kada je to potrebno, transformator mora biti u dobrom stanju.
Ispitivanja otpora izolacije potvrđuju da namoti nisu oštećeni. Testovi otpora uzemljene mreže potvrđuju da se veza s uzemljenjem nije pogoršala. Pregledi spojeva otkrivaju labave priključke prije nego što postanu točke visoke impedancije.
Dajemo smjernice za održavanje sa svakim transformatorom za uzemljenje, prilagođene očekivanom radu i okruženju. Za područja sklona munjama zajamčene su češće provjere.
Što kažem kupcima o zaštiti od munje
Ako ste zabrinuti zbog munja, evo što vam treba:
Prvo, odvodnici prenapona na svakoj ulaznoj točki voda, odgovarajuće veličine i koordinirani.
Drugo, sustav uzemljenja niske impedancije - mreža, šipke i spojevi dizajnirani za dostupnu struju kvara i uvjete tla.
Treće, transformator za uzemljenje ako vaš sustav treba neutralnu referencu kako bi prva dva radila učinkovito.
Transformator za uzemljenjeje pokretač. Omogućuje odvodnicima da rade svoj posao i daje struji munje put koji ne uništava opremu. Ali to je dio sustava, a ne samostalno rješenje.
Ako projektirate sustav za zaštitu od munje i pitate se odgovara li vam transformator za uzemljenje, rado ću vam ispričati detalje. Pravi odgovor ovisi o konfiguraciji vašeg sustava, uvjetima tla i prihvatljivoj razini rizika.
Reference
- IEEE Std 80, IEEE Vodič za sigurnost u uzemljenju AC trafostanica.
- IEEE Std C62.22, IEEE Vodič za primjenu metal-oksidnih odvodnika prenapona za sustave izmjenične struje.
- IEC 60076-6, Energetski transformatori – Dio 6: Reaktori (uključuje transformatore za uzemljenje).
