Toto je jedna z otázok, na ktoré je bežná odpoveď často príliš zjednodušená – a niekedy jednoducho nesprávna. Mal som zákazníkov, ktorí predpokladali, že uzemňovací transformátor je ako bleskozvod, niečo, čo priťahuje údery a posiela ich bezpečne na zem. Takto to nefunguje. Poďme si objasniť, čo vlastne robí uzemňovací transformátor, keď udrie blesk, a čo nie.
Po prvé, čo blesk skutočne robí so systémom
Keď blesk zasiahne elektrické vedenie alebo blízko rozvodne, vháňa do elektrického systému obrovský prúdový impulz. Tento prúd stúpa v mikrosekundách a môže dosiahnuť desiatky tisíc ampérov. Napätie v bode nárazu sa snaží stúpnuť na akúkoľvek úroveň, ktorá je potrebná na to, aby sa ten prúd niekam posunul.
Poškodenie pochádza z tohto napätia. Izolácia sa rozpadne. Oblúky sa vyskytujú cez medzery, ktoré by mali byť bezpečné. Pripojené zariadenia sú vystavené namáhaniu, na ktoré nikdy neboli navrhnuté.
Riešením nie je zastaviť blesk - nemôžete. Slúži na kontrolu, kam ide energia, a na obmedzenie výsledného napätia.
Čo je vlastne uzemňovací transformátor
Uzemňovací transformátor-niekedy nazývaný uzemňovací transformátor-nie je zariadením na ochranu pred bleskom ako zvodič. Jeho úlohou je vytvoriť neutrálny bod v systéme, ktorý ho prirodzene nemá, zvyčajne je to systém pripojený do trojuholníka alebo neuzemnená vidlica.
Tento neutrálny bod je pripojený k zemi, buď priamo alebo cez impedanciu. Čo to robí, je poskytnúť definovanú cestu pre prúdy s nulovou sekvenciou - druh, ktorý prúdi, keď máte zemnú poruchu.
Bez uzemňovacieho transformátora nemá porucha medzi fázou a zemou v systéme trojuholníka žiadnu spätnú cestu s nízkou impedanciou. Poruchový prúd je obmedzený kapacitou systému, čo znamená, že je malý, ale napätie na neporuchových fázach stúpa na úroveň medzi jednotlivými vedeniami alebo vyššie. To je zlé pre izoláciu a sťažuje to detekciu porúch.
Pri uzemňovacom transformátore sa zemná porucha stáva nízkoimpedančnou udalosťou so značným prúdom. Ochranné relé to vidia, ističe sa otvoria a porucha sa odstráni skôr, ako sa poškodenie rozšíri.
Kde do obrazu vstupuje blesk
Teraz prichádza spojenie s bleskom a kde zvyčajne začína nedorozumenie.
Keď blesk zasiahne fázový vodič, vytvorí masívny prúdový ráz. Ten prúd musí niekam ísť. Ak má systém účinnú uzemňovaciu cestu - cez uzemňovací transformátor - prepätie môže prúdiť do zeme kontrolovaným spôsobom. Transformátor poskytuje nízkoimpedančnú cestu pre zložku bleskového prúdu s nulovou sekvenciou.
Ale - a to je kritické - uzemňovací transformátor to nerobí sám. Funguje v zhode so zvodičmi prepätia.
Zvodiče držia napätie na bezpečnej úrovni vedením, keď napätie prekročí prahovú hodnotu. Prúd potom tečie cez zvodiče, do uzemneného systému a cez uzemňovací transformátor do uzemňovacej siete stanice. Impedancia transformátora v kombinácii s odporom uzemňovacej siete určuje, koľko napätia zostane počas prepätia.
K čomu skutočne prispieva uzemňovací transformátor
Definovaná cesta.Bez neutrálnej referencie si bleskový prúd musí nájsť svoju vlastnú cestu k zemnej izolácii, cez káblové plášte, cez akúkoľvek cestu, ktorá ponúka najmenší odpor. Tie cesty nie sú na to určené. Výsledky poškodenia. Uzemňovací transformátor poskytuje inžiniersku cestu.
Stabilizácia napätia.Po prechode počiatočného rázu sa napätie systému pokúsi obnoviť. Spojenie uzemňovacieho transformátora so zemou pomáha obnoviť stabilnú neutrálnu referenciu, čím sa znižuje riziko následných porúch alebo opätovných výpadkov.
Koordinácia ochrany.Ochranné relé potrebujú na svoju činnosť poruchový prúd. Preskok spôsobený bleskom, ktorý sa stane chybou pri napájaní, bude odstránený rýchlejšie, ak uzemňovací transformátor zabezpečí primeranú veľkosť poruchového prúdu. Rýchlejšie čistenie znamená menej energie uvoľnenej v zariadení.
Čo to nerobí
Uzemňovací transformátor nepriťahuje blesky. Nijako výrazne nepohlcuje energiu blesku. Nenahrádza zvodiče prepätia.
Videl som špecifikácie vyžadujúce uzemňovací transformátor na "ochranu pred bleskom", ako keby to bolo samostatné riešenie. Takto to nefunguje. Zvodiče vykonávajú obmedzenie napätia. Uzemňovací transformátor poskytuje referenciu a cestu. Oboje je potrebné.
Typy uzemňovacích transformátorov a ich úloha vo výkone prepätia
Cikcak transformátorysú najbežnejšie pre aplikácie uzemnenia. Ponúkajú nízku impedanciu voči prúdom s nulovou sekvenciou - presne to, čo chcete pre poruchový prúd a zvod bleskového prepätia - a zároveň majú vysokú impedanciu voči prúdom s kladnou a zápornou sekvenciou.
Wye-delta transformátorymôže slúžiť aj akouzemňovacie transformátory. Vinutie trojuholníka poskytuje cestu pre cirkuláciu prúdov s nulovou sekvenciou, čím efektívne vytvára neutrálnu referenciu. Pri bleskových udalostiach môže delta vinutie pomôcť pri distribúcii rázovej energie medzi fázami, čím sa zníži tlak na ktorýkoľvek jednotlivý bod.
Výber medzi nimi závisí od napätia systému, dostupného poruchového prúdu a filozofie ochrany. Pre výkon blesku môže fungovať každý, ak je správne koordinovaný so zvodičmi.
Na inštalácii záleží – pripojenie k zemnej sieti
Uzemňovací transformátor je len taký dobrý, ako dobré je jeho spojenie so zemou. Neutrálny bod sa musí pripojiť k nízkoodporovej uzemňovacej mriežke. Ak je odpor uzemňovacej mriežky vysoký, bleskový prúd pretekajúci cez ňu vytvorí zvýšenie napätia, ktoré zmarí účel.
Tu vidím problémy v teréne. Zákazník nainštaluje uzemňovací transformátor, uzemní ho na jednu tyč a očakáva ochranu pred bleskom. Potom dôjde k štrajku, napätie na neutráli transformátora stúpne na kilovolty a zariadenie zlyhá. Transformátor urobil svoju prácu; uzemňovací systém nie.
Nulový spoj uzemňovacieho transformátora musí ísť do uzemňovacej siete stanice s viacerými tyčami, zakopanými vodičmi a nízkym celkovým odporom. To sa nedá vyjednávať.
Úvahy o údržbe
Uzemňovací transformátor, ktorý je väčšinu času nečinný a prenáša iba nevyvážený prúd a príležitostný poruchový prúd, je ľahké zanedbať. Aby ochrana pred bleskom v prípade potreby fungovala, musí byť transformátor v dobrom stave.
Testy izolačného odporu overujú, že vinutia nedegradovali. Testy odporu uzemňovacej siete potvrdzujú, že spojenie so zemou sa nezhoršilo. Kontroly pripojenia zachytia uvoľnené svorky skôr, ako sa stanú vysokoimpedančnými bodmi.
Ku každému uzemňovaciemu transformátoru poskytujeme pokyny na údržbu, prispôsobené očakávanej prevádzke a prostrediu. V oblastiach náchylných na blesky sú potrebné častejšie kontroly.
Čo hovorím zákazníkom o ochrane pred bleskom
Ak máte obavy z blesku, tu je to, čo potrebujete:
Po prvé, zvodiče prepätia na každom vstupnom bode vedenia, správne dimenzované a koordinované.
Po druhé, nízkoimpedančný uzemňovací systém - mriežka, tyče a spojenia navrhnuté pre dostupný poruchový prúd a pôdne podmienky.
Po tretie, uzemňovací transformátor, ak váš systém potrebuje neutrálnu referenciu, aby prvé dva fungovali efektívne.
Uzemňovací transformátorje aktivátorom. Umožňuje zvodičom vykonávať svoju prácu a dáva bleskovému prúdu dráhu, ktorá nezničí zariadenie. Je to však súčasť systému, nie samostatné riešenie.
Ak navrhujete systém ochrany pred bleskom a uvažujete, či je vhodný uzemňovací transformátor, rád preberiem podrobnosti. Správna odpoveď závisí od konfigurácie vášho systému, pôdnych podmienok a prijateľnej úrovne rizika.
Referencie
- IEEE Std 80, IEEE príručka pre bezpečnosť v uzemnení striedavých rozvodní.
- IEEE Std C62.22, IEEE príručka pre aplikáciu zvodičov prepätia oxidov kovov pre systémy so striedavým prúdom.
- IEC 60076-6, Výkonové transformátory – Časť 6: Reaktory (vrátane uzemňovacích transformátorov).
