Schlüsselelemente von Transformatorerdungssystemen: Methoden, Widerstand und Prüfung

Warum die Erdung von Transformatoren ein wesentlicher Bestandteil des Designs ist

Die Erdung der Neutralleiter und Gehäuse von Transformatoren dient drei Zwecken: Sie begrenzt die Spannungen auf gesunden Phasen bei Erdfehlern, stellt einen definierten Rückweg bereit, der den Schutz selektiv ermöglicht, und hält Berührungs- und Schrittspannungen innerhalb sicherer Grenzen für das Personal. Ein schlecht konzipiertes Erdungssystem führt dazu, dass ein routinemäßiger Fehler zu einem Isolationsfehler oder einem Stromschlagrisiko führt. Daher müssen das Sternpunktpotential, die Erdungsmethode und die Widerstandswerte zusammen mit den Netzwerkeigenschaften entwickelt werden.

Neutralpunkt-Erdungspotentialkontrolle

Das Erdungspotential des Sternpunkts muss innerhalb sicherer Grenzen gehalten werden; Ein zu hohes Potential belastet die Isolierung und kann zum Ausfall führen. Die Neutralleiter des Verteilungstransformators müssen zuverlässig geerdet sein und es sollte ein Potenzialausgleich erfolgen, damit alle freiliegenden leitenden Teile in der Installation während eines Fehlers auf dem gleichen Potenzial bleiben.

Erdungsmethoden

Solide (effektive) Erdung

Geeignet für Hochspannungssysteme von 110 kV und mehr. Die solide Erdung begrenzt die Überspannung auf gesunden Phasen und hält das System bei einphasigen Fehlern stabil.

Erdung der Lichtbogenunterdrückungsspule (Petersenspule).

Die Spule ist ideal für 6 - 35-kV-Verteilungsnetze und kompensiert den kapazitiven Ladestrom des Netzes, so dass ein einphasiger Erdschlussstrom klein genug ist, um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen, während der Fehler lokalisiert wird.

Widerstandserdung

Die Widerstandserdung regelt den Fehlerstrom auf ein definiertes Niveau, was in Industriestandorten mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen bevorzugt wird, wo der Fehler schnell und ohne übermäßige Schäden erkannt werden muss.

Anforderungen an den Erdungswiderstand

Der Erdungswiderstand des Verteilungstransformators sollte nicht höher als 4 Ohm sein.

Unabhängige Erdungselektroden sollten einen Widerstand von nicht mehr als 10 Ohm haben.

Bei Verbunderdungsnetzen müssen saisonale Koeffizientenkorrekturen vorgenommen werden, damit der Widerstand in Trocken- und Frostperioden innerhalb der Grenzen bleibt.

Installations- und Konstruktionspunkte

Erdungselektroden müssen unter der gefrorenen Bodenschicht vergraben und von Korrosionsquellen ferngehalten werden, damit der Widerstand über Jahrzehnte hinweg stabil bleibt.

Der Querschnitt des Erdungsleiters muss die thermische Stabilitätsanforderung für den voraussichtlichen Kurzschlussstrom erfüllen, damit der Leiter während eines Fehlers nicht überhitzt.

Verbindungen sollten durch exothermes Schweißen oder zugelassene Kompressionsklemmen erfolgen, um den Kontaktwiderstand niedrig zu halten. Schraubverbindungen müssen mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen und vor Korrosion geschützt werden.

Alle Metallgehäuse, Tanks, Kabelschirme und der Sternpunkt sollten an das gleiche Erdungsnetz angeschlossen werden.

Prüfung und Wartung

Der Erdungswiderstand sollte vierteljährlich mit einem speziellen Erdungswiderstandstester überprüft werden, wobei eine für die Elektrodenanordnung geeignete Potentialabfall- oder Klemmmethode-zu verwenden ist. Für jeden Testpunkt sollten Aufzeichnungen geführt werden, damit allmähliche Anstiege des Widerstands bemerkt werden, bevor sie zu einem Sicherheitsproblem werden. Nach jedem Erdschluss- oder Blitzereignis sollten die betroffenen Verbindungen überprüft und der Widerstand erneut gemessen werden.

Häufige Designfehler

Verwendung eines einzelnen kleinen Stabes, wenn der Bodenwiderstand ein Gitter oder mehrere parallele Stäbe erfordert.

Lackieren oder Isolieren der Anschlussflächen, dadurch erhöht sich der Übergangswiderstand.

Durch die Verbindung des Neutralleiters und des Gehäuses über unterschiedliche Pfade entstehen gefährliche Potenzialunterschiede.

FAQ

Was ist der maximale Erdungswiderstand für einen Verteilungstransformator?

Die Erdung von Verteilungstransformatoren darf im Allgemeinen nicht mehr als 4 Ohm betragen, mit unabhängigen Elektroden bis zu 10 Ohm; Lokale Codes wie GB 50065 oder IEEE 142 sollten auf den anwendbaren Wert überprüft werden.

Warum werden Lichtbogenunterdrückungsspulen in 6 - 35-kV-Netzen verwendet?

Sie kompensieren den kapazitiven Erdschlussstrom, wodurch das Netzwerk während eines einzelnen -Phasen--zu-Erdschlusses weiter betrieben werden kann und das Risiko einer erneuten Lichtbogenzündung und Überspannung verringert wird.

Wie oft sollte der Erdungswiderstand gemessen werden?

Eine häufige Anforderung ist eine vierteljährliche Überprüfung durch einen speziellen Tester; Für stabile Standorte ist eine jährliche Überprüfung das Minimum, und die Messung nach jedem Fehler oder Blitzereignis ist eine gute Praxis.

Warum müssen Elektroden unterhalb der Frostgrenze vergraben werden?

Gefrorener Boden hat einen viel höheren spezifischen Widerstand, sodass eine flache Elektrode im Sommer einen niedrigen Messwert und im Winter einen unsicher hohen Widerstand anzeigen kann; Durch die Verlegung unterhalb der Frostgrenze bleibt der Widerstand das ganze Jahr über stabil.

Kann der Transformatorkessel über den Neutralleiter geerdet werden?

Nein. Der Neutralleiter und das Gehäuse sollten beide mit dem Erdungsnetz verbunden sein, aber der Schutzerdungspfad darf nicht allein auf dem Neutralleiter beruhen, da ein defekter Neutralleiter das Gehäuse unter Spannung setzen würde.