Jiangshan Scotech Electric Co., LTD
O prezentare generală a transformatorului de împământare
Oct 13, 2025
Lăsaţi un mesaj
Un transformator de împământare, cunoscut și sub denumirea de transformator de împământare, este un tip de transformator auxiliar utilizat în sistemele electrice cu trei faze -. Este utilizat în mod obișnuit în sistemele de alimentare fără un punct neutru natural pentru a furniza o conexiune neutră artificială pentru împământare, fie direct, fie printr-o impedanță, cum ar fi un reactor de suprimare a arcului, un rezistor sau un reactor de limitare a curentului -. În timpul defecțiunilor la împământare ale liniei - la -, oferă o cale de impedanță - scăzută pentru curenții de defect de secvență zero - (prezentând în același timp impedanță mare la curenții de secvență pozitivă și negativă), limitând curenții de defect și supratensiunile tranzitorii pentru a asigura funcționarea fiabilă a sistemului de protecție la împământare; în plus, în mod normal transportă curent de masă de circuit scurt - până când întrerupătorul de circuit elimină defecțiunea, având astfel valori nominale de timp - scurte. Valoarea nominală în kVA a unui transformator de împământare depinde de tensiunea neutră a liniei normale - la - și de valoarea curentului de defect într-un interval de timp specificat, cum ar fi secunde până la minute. În plus, poate adopta o înfășurare secundară (tensiune - joasă) pentru a furniza energie în mod continuu stațiilor de substație și permite sistemelor cu trei faze - conectate delta - să găzduiască sarcinile de fază - la - neutru, oferind o cale de întoarcere pentru curent la neutru; în timpul defecțiunilor monofazate de -, limitează curentul de defect în neutru pentru a îmbunătăți restabilirea liniei de alimentare.
I. Tipuri de transformator de împământare
1. Yₙ,d-transformator de împământare conectat
Este un transformator trifazat cu aconectat-y (Yₙ, cu un fir neutru)înfăşurare primară şi adelta-conectat (d)înfăşurare secundară.
Înfășurarea secundară conectată-delta poate transporta curent circulant pentru a echilibra curentul din înfășurarea primară.
Înfășurarea secundară delta poate fi conectată și ca undelta deschisa; prin inserarea rezistențelor sau reactoarelor la capătul deschis, impedanța -secvenței zero a transformatorului de împământare poate fi ajustată.
În plus, bornele înfășurării secundare pot fi scoase în afară pentru a servi ca sursă de energie auxiliară pentru substație.
2. Transformator de împământare Zₙ-conectat (în zig-zag-conectat)
Este un transformator trifazat cuînfășurări conectate în zig-zag-.
Datorită modului de conectare inerent al înfășurărilor în zig-zag, curenții de defect pot fi echilibrați reciproc între două înfășurări-conectate în serie.
O înfășurare de -joasă tensiune poate fi adăugată la acest transformator pentru a acționa ca sursă de alimentare auxiliară pentru substație.
Note suplimentare despre funcționare și structură
- Structura: Transformatoarele de împământare sunt similare din punct de vedere structural cu transformatoarele de putere obișnuite de tip trifazat-miez-.
- Funcționare normală: Numai curentul de excitație trece prin partea primară a transformatorului de împământare; partea secundară (dacă este prezentă) nu are curent.
- Defecțiune la masă monofazată: Atât înfășurările conectate-delta ale transformatorului principal al substației, cât și înfășurările trifazate ale transformatorului de împământare transportă curent de scurt-circuit. Prin selectarea corectă a impedanței de limitare a curentului -Z, curentul de scurtcircuit pe-faza{-poate fi controlat pentru a nu depăși curentul nominal de fază al înfășurărilor transformatorului principal. Durata standard a unui astfel de curent de scurt-circuit este de 10 secunde.
II. Principiul de funcționare al transformatorului de împământare
În funcționare normală, înfășurarea primară a transformatorului de împământare se conectează la conductorii de fază ai sistemului electric, în timp ce înfășurarea sa secundară este împămânțată. În acest moment, transformatorul funcționează ca un transformator convențional, crescând sau coborând tensiunea în funcție de cerințe.
Pentru limitarea curenților de defect, impedanța transformatorului de împământare, împreună cu orice rezistențe sau reactoare de împământare suplimentare, limitează magnitudinea curenților de defect care curg prin sistem. Prin controlul acestor curenți de defect, transformatorul de împământare ajută la menținerea stabilității sistemului și protejează echipamentele sensibile de deteriorare.
Atunci când apare o defecțiune (cum ar fi o defecțiune de la linie-la-împământare) în sistem, curenții de defecțiune circulă prin înfășurarea secundară a transformatorului de împământare către masă. Acest lucru creează o cale de-impedanță scăzută pentru ca curenții de defect să se disipeze în siguranță, prevenind deteriorarea echipamentului și reducând riscul de pericole electrice.
În ceea ce privește siguranța și protecția, transformatorul de împământare asigură siguranța personalului și a echipamentelor din sistemul electric prin asigurarea unei căi fiabile către masă. Ajută la prevenirea șocurilor electrice, incendiilor și a altor pericole asociate cu condițiile de defecțiune, contribuind astfel la un mediu de lucru mai sigur și la o fiabilitate îmbunătățită a sistemului.
III. Funcția transformatorului de împământare
Transformatorul de împământare este un echipament electric specializat dezvoltat pentru a aborda lipsa punctelor neutre în configurații specifice rețelei electrice și pentru a asigura funcționarea în siguranță a sistemului atunci când apar defecțiuni la pământ. Funcțiile sale de bază și caracteristicile de lucru se reflectă în principal în următoarele aspecte:
1. Furnizați un punct neutru artificial pentru echipamentele cheie
În sistemele de împământare cu curent mic-, bobina de suprimare a arcului este esențială pentru compensarea curentului capacitiv de împământare atunci când rețeaua de alimentare are o defecțiune la împământare cu o singură fază-. Cu toate acestea, partea conectată în delta-a transformatorului principal (o configurație comună pentru partea de distribuție a tensiunii a transformatoarelor principale în rețelele electrice de 6kV, 11kV și 33kV) nu are un punct neutru natural, ceea ce face imposibilă instalarea directă a bobinei de suprimare a arcului.
Transformatorul de împământare rezolvă această problemă prin crearea unuipunct neutru artificial. Acest punct neutru nu numai că permite conectarea eficientă a bobinei de suprimare a arcului, dar oferă și un punct de conectare pentru rezistența de împământare. Atunci când rețeaua electrică adoptă un mod de funcționare neutru fără împământare (un mod comun în stadiul incipient al construcției rețelei electrice datorită simplității și investiției sale reduse), punctul neutru artificial așezat de transformatorul de împământare devine o condiție esențială pentru protecția ulterioară a defecțiunilor.
2. Reduceți riscurile sistemelor neutre fără împământare și asigurați o acțiune de protecție fiabilă
În sistemele neutre fără împământare, deși tensiunea de linie rămâne simetrică atunci când apare o defecțiune la împământare cu o singură fază-(avand un impact redus asupra consumului continuu de energie al utilizatorilor), acest avantaj este valabil doar atunci când curentul capacitiv de împământare este mic (mai puțin de 10 A; defecțiunile tranzitorii se pot stinge chiar automat). Odată cu extinderea industriei energetice și creșterea circuitelor de cabluri urbane, curentul capacitiv de împământare depășește adesea 10A, ceea ce duce la trei riscuri majore:
Stingerea și reaprinderea intermitentă a arcului de împământare, generând supratensiune de împământare a arcului (până la 4U, unde U este valoarea de vârf a tensiunii normale de fază) care deteriorează izolația echipamentului;
Arcurile continue care provoacă disocierea aerului, ceea ce duce cu ușurință la scurtcircuite fază-la-fază;
Supratensiune de rezonanță feromagnetică, care poate arde transformatoarele de tensiune sau poate provoca explozii descărcătorului.
Prin conectarea unui rezistor de împământare la punctul neutru artificial, transformatorul de împământare furnizează suficient curent-secvență zero și tensiune-secvență zero pentru sistem. Acest lucru permite dispozitivului foarte sensibil de protecție cu secvență zero-să identifice rapid defecțiunile de împământare-monofazate și să întrerupă linia defectă într-un timp scurt, prevenind în mod fundamental extinderea riscurilor de mai sus și protejând izolarea echipamentelor de rețea și funcționarea generală în siguranță a rețelei electrice.
3. Prezentați caracteristici electromagnetice speciale pentru a se adapta la condițiile de defecțiune
Transformatorul de împământare are caracteristici unice de impedanță pentru diferite tipuri de curenți, care este cheia funcționării sale stabile:
Impedanță ridicată la curenții de secvență pozitivă și negativă: În condiții normale de funcționare, doar un mic curent de excitație trece prin înfășurările transformatorului de împământare. În acest moment, transformatorul se află într-o stare descărcată (multe transformatoare de împământare chiar nu au înfășurări secundare, simplificând și mai mult structura lor pentru acest scenariu fără încărcare).
Impedanță scăzută până la curenți-zero: Transformatorul de împământare adoptă de obicei cabluri de tip Z-(zig-zag), în care fiecare bobină de fază este înfășurată pe doi poli de miez de fier, respectiv. Când se generează curent de secvență zero-din cauza unei defecțiuni la pământ, cele două înfășurări de pe același pol de miez de fier sunt conectate în serie cu polaritate inversă. Forțele lor electromotoare induse sunt egale ca mărime și opuse ca direcție, anulându-se reciproc-rezultând o impedanță de secvență zero-extrem de scăzută (aproximativ 10Ω, mult mai mică decât cea a transformatoarelor obișnuite). Această impedanță scăzută asigură că curentul cu secvență zero-poate circula fără probleme prin rezistența de împământare a punctului neutru și transformatorul de împământare, creând condiții pentru protecția împotriva defecțiunilor.
Această caracteristică de impedanță determină și modul de funcționare al transformatorului de împământare:operațiune neîncărcată pe termen lung-și operațiune de supraîncărcare pe termen scurt-. Funcționează numai în perioada de la apariția unei defecțiuni la pământ până în momentul în care protecția cu secvență zero-oprește linia defectă, iar curentul de defecțiune trece prin aceasta doar pentru scurt timp.
4. Îmbunătățiți eficiența potrivirii și reduceți costurile de investiție
În comparație cu transformatoarele obișnuite, transformatorul de împământare are avantaje evidente în potrivirea cu bobine de suprimare a arcului: reglementările prevăd că atunci când transformatoarele obișnuite sunt utilizate cu bobine de suprimare a arcului, capacitatea bobinei de suprimare a arcului nu poate depăși 20% din capacitatea transformatorului; în timp ce transformatoarele de împământare de tip Z-poate potrivi bobinele de suprimare a arcului cu 90%~100% din propria capacitate, îmbunătățind semnificativ eficiența compensării curentului capacitiv.
În plus, unele transformatoare de împământare pot fi conectate la sarcini secundare în timp ce realizează funcții de protecție la împământare. Aceasta înseamnă că pot înlocui transformatoarele obișnuite de distribuție în scenarii specifice, integrând două funcții într-un singur dispozitiv și reducând efectiv costul total de investiție al construcției rețelei electrice.
Pe scurt, transformatorul de împământare nu este doar un „constructor de punct neutru” pentru rețelele electrice lipsite de puncte neutre naturale, ci și un „protector de defecțiuni” care optimizează caracteristicile impedanței curentului și asigură o acțiune de protecție fiabilă. Structura sa specială și modul de funcționare îl fac un echipament cheie indispensabil în rețelele electrice moderne, în special în rețelele electrice urbane cu curenți capacitivi mari.
IV. Aplicarea transformatorului de împământare
Funcția de bază a unui transformator de împământare este de a oferi apunct de împământare neutrupentru sistemele de alimentare fără împământare sau cu curent scăzut-. Este utilizat în principal în scenariile în care este necesară împământarea pentru a obține protecția la defecțiuni și stabilitatea tensiunii, acoperind rețele de distribuție, domenii industriale, noi sisteme energetice etc.
1. Rețele de distribuție cu tensiune medie și joasă-
Acesta este cel mai important domeniu de aplicare al transformatoarelor de împământare, potrivit în special pentru sistemele de distribuție de medie{0}}tensiune, cum ar fi 10kV și 20kV.
- Majoritatea rețelelor de distribuție de medie{0}}tensiune adoptă modul „neutru fără împământare” sau „neutru împământat prin bobină de suprimare a arcului” și, în mod inerent, nu au un punct de împământare neutru natural.
- Transformatoarele de împământare oferă o bornă neutră prin conexiune în stea (Y), care este apoi conectată la pământ cu o rezistență de împământare sau o bobină de suprimare a arcului pentru a obținetratarea defecțiunilor la pământ monofazat{0}.
- Funcție: atunci când apare o defecțiune la pământ cu o singură fază-în linie, aceasta poate limita curentul de defecțiune, poate preveni deteriorarea echipamentului din cauza supratensiunii și poate ajuta dispozitivele de protecție a releului să localizeze rapid punctul de defecțiune.
2. Sisteme industriale de echipamente de-înaltă tensiune
Motoarele de-înaltă tensiune, transformatoarele și alte echipamente din fabricile mari și parcurile industriale necesită adesea transformatoare de împământare pentru a asigura siguranța operațională.
- În sistemele industriale, motoarele de-tensiune înaltă (6kV, 10kV), echipamentele redresoare etc., dacă sunt proiectate cu neutru fără împământare, sunt predispuse la scurtcircuite de fază-la-din cauza defecțiunii izolației.
- Transformatoarele de împământare oferă un punct de împământare neutru pentru sistemul de alimentare cu energie al unor astfel de echipamente și cooperează cu dispozitivele de protecție la împământare pentru a realizadetectarea curentului de defect și declanșarea rapidă.
- Scenarii tipice: sisteme de alimentare cu energie-înaltă în industria petrochimică, metalurgică și minieră, care trebuie să asigure producția continuă și să prevină extinderea defecțiunilor.
3. Noi sisteme de generare a energiei electrice
Transformatoarele de împământare sunt echipamente cheie de sprijin în stațiile de amplificare și liniile de colectare ale centralelor fotovoltaice și parcurilor eoliene.
- Invertoarele și transformatoarele de tip cutie-în sistemele energetice noi adoptă de obicei designul „neutru fără împământare” pentru a reduce impactul defecțiunilor la împământare asupra eficienței producției de energie.
- Transformatoarele de împământare oferă puncte neutre de împământare pentru sistemele de 110 kV și 35 kV din stațiile de amplificare și cooperează cu rezistențe de împământare pentru a limita curentul de defect, protejând echipamentele de precizie precum invertoarele și transformatoarele.
- Funcție: Preveniți oprirea întregii unități de generare a energiei din cauza defecțiunilor la pământ monofazate și îmbunătățiți fiabilitatea alimentării cu energie a noilor sisteme energetice.
4. Sisteme de alimentare cu energie pentru scenarii-speciale
Unele scenarii speciale cu cerințe de siguranță ridicate necesită, de asemenea, transformatoare de împământare pentru a obține o protecție precisă la împământare.
- Sursă de alimentare cu tracțiune feroviară: În stațiile de tracțiune ale căilor ferate și metrourilor de mare-viteză, rețeaua de tracțiune de 27,5 kV adoptă sursa de alimentare monofazată-. Transformatoarele de împământare sunt necesare pentru a echilibra tensiunea și pentru a suprima curentul de secvență zero-.
- Platforme de energie eoliană offshore/petrol: Izolarea echipamentelor în mediile marine este predispusă la coroziune. Transformatoarele de împământare, împreună cu dispozitivele de împământare rezistente la coroziune-, asigură descărcarea în siguranță a curentului în caz de defecțiuni, prevenind deteriorarea echipamentului sau șoc electric personal.
V. Factori cheie pentru selectarea unui transformator de împământare
1. Tensiunea sistemului și modul de împământare
Potriviți tensiunea nominală a transformatorului la rețea (6kV/11kV/33kV) pentru compatibilitatea cu izolația. Selectați în funcție de tipul de împământare: sistemele de bobine de suprimare a arcului au nevoie de modele care acceptă potrivirea bobinei de-capacitate mare; Împământarea cu rezistență mică- necesită impedanță cu secvență zero-scăzută pentru a asigura activarea protecției.
2. Designul bobinării și impedanța cu succesiune zero-
Prioritizează înfășurările de tip Z-(zig-zag), care oferă impedanță ultra-scăzută-secvenței zero (~10Ω) și permit utilizarea 90%-100% a capacității bobinei de suprimare a arcului. Asigurați-vă că impedanța este aliniată cu cerințele sistemului de curent de defect pentru a facilita transmisia eficientă a curentului cu secvență zero-.
3. Împământarea curentului capacitiv și dimensionarea capacității
Calculate the grid's total grounding capacitive current (critical for systems >10A). Dimensionați transformatorul pentru a gestiona fie curentul de compensare al bobinei de suprimare a arcului, fie curentul de defecțiune pe termen scurt-de la rezistențele de împământare, prevenind suprasarcina în timpul defecțiunilor.
4. Trăsături operaționale și capacitatea de rezistență
Adaptați-vă la funcționarea „-pe termen lung fără-sarcină,-suprasarcină pe termen scurt”: verificați curentul de rezistență pe termen scurt-(pentru a tolera curenții de defect timp de secunde) și acordați prioritate pierderii reduse fără-sarcină pentru a reduce risipa de energie în timpul funcționării normale.
5. Cerințe de mediu și de instalare
Pentru medii dure (praf, umiditate, temperaturi ridicate), alegeți modele cu niveluri de protecție adecvate (de exemplu, IP54) și rezistență la coroziune/căldură. În zonele cu spațiu-constrâns (stații urbane, aparate de comutare interioare), optați pentru design compact.
6. Conformitatea cu standardele și certificări
Asigurați-vă respectarea standardelor internaționale (IEC 60076) sau naționale (de exemplu, GB/T 6451). Verificați certificările valabile (CE, CCC) pentru a garanta siguranța, compatibilitatea și fiabilitatea în funcționarea rețelei.
VI. Dezavantajele funcționării fără împământare a transformatorului cu punctul neutru
Funcționarea fără împământare a punctului neutru al transformatorului are următoarele cinci dezavantaje:
- Cerințe și costuri de nivel ridicat de izolare: Când are loc o defecțiune de împământare cu o singură fază-, tensiunea fazei fără-defecțiune crește de √3 ori. Ca urmare, echipamentele electrice din sistemul de alimentare trebuie să aibă un grad de izolație mai ridicat, ceea ce crește semnificativ atât costul de producție, cât și costul de întreținere ulterioară al echipamentului.
- Pericol de supratensiune la împământare: Dacă curentul monofazat de împământare este mic, arcul se va stinge când curentul trece prin zero, iar defecțiunea va dispărea. Cu toate acestea, atunci când curentul depășește 30 de amperi, se va genera un arc stabil, formând o împământare continuă a arcului. Acest lucru nu numai că dăunează echipamentului, ci poate provoca și scurtcircuite în două-fazate sau chiar-fazate.
- Dificultate în selectarea protecției releului de împământare: Este greu de realizat o protecție sensibilă și selectivă. În special pentru rețelele electrice cu bobine de suprimare a arcului, configurarea și funcționarea precisă a unei astfel de protecție devin mai dificile, ceea ce afectează cu ușurință detectarea și izolarea în timp util a defecțiunilor.
- Deconectarea poate cauza supratensiune de rezonanță: Acțiuni precum ruperea cablului, operațiunile de comutare ale comutatoarelor la momente diferite și siguranța siguranței în perioade diferite pot duce toate la supratensiune de ferorezonanță. Această supratensiune poate cauza explozia paratrăsnetului, secvența inversă a fazelor transformatoarelor de sarcină și izolarea izolației echipamentelor electrice.
- Supratensiune de rezonanță a transformatorului de tensiune electromagnetică: Datorită asimetriei parametrilor rețelei electrice, deplasarea punctului neutru cauzează adesea supratensiune de ferorezonanță, care explodează frecvent siguranța de-înaltă tensiune a transformatorului de tensiune electromagnetică. În cazuri severe, poate arde chiar transformatorul în sine.
VII. Avantajele funcționării punctului neutru al transformatorului fără împământare
- Fiabilitate ridicată a sursei de alimentare: modificări reduse ale tensiunilor/curenților trifazici în timpul defecțiunilor de împământare monofazate; fără declanșare imediată, cu defecțiunile eliminate în aproximativ 2 ore, asigurând putere continuă.
- Interferență scăzută la sistemele de comunicație/semnal: interferențe electromagnetice slabe în condiții de funcționare trifazată simetrică; curentul mic de împământare provoacă un impact minim; arcurile se sting automat în sisteme mici (de exemplu, grile rurale).
- Facilitează detectarea și localizarea defecțiunilor: Curentul mic de împământare distinctiv ajută dispozitivele de protecție să identifice și să localizeze defecțiunile.
- Reduce cererea de-dispozitive de limitare a curentului: curentul mic de împământare elimină nevoia de echipamente de limitare a curentului de-capacitate mare-, reducând costurile și simplificând proiectarea.
- Control mai bun al supratensiunii în scenarii specifice: mai ușor de controlat fluctuațiile de tensiune în timpul proceselor normale/tranzitorii, reducând riscurile de deteriorare a supratensiunii.
- Îmbunătățește stabilitatea sistemului tranzitoriu: mai ușor de menținut echilibrul de tensiune trifazat în timpul tranzitorii, reducând impactul asupra echipamentelor cheie și evitând problemele în cascadă.
Trimite anchetă