Jiangshan Scotech Elèctric Co., Ltd
Una visió general del transformador de terra
Oct 13, 2025
Deixa un missatge
Un transformador de presa de terra, també conegut com a transformador de presa de terra, és un tipus de transformador auxiliar que s'utilitza en sistemes d'energia elèctrica trifàsica -. Normalment s'utilitza en sistemes d'alimentació sense un punt neutre natural per proporcionar una connexió de neutre artificial per posar a terra directament o mitjançant una impedància com un reactor de supressió d'arc, una resistència o un reactor de limitació de corrent -. Durant les fallades a terra de la línia - a -, ofereix un camí d'impedància baixa - per a corrents de falla de seqüència zero - (tot i que presenta una alta impedància a corrents de seqüència positiva i negativa), limitant els corrents de falla i les sobretensions transitòries per garantir un funcionament fiable del sistema de protecció de terra; a més, normalment transporta un corrent de terra del circuit curt - fins que l'interruptor de circuit esborra l'error, per tant, té valors de temps curts de -. El valor nominal de kVA d'un transformador de posada a terra depèn de la tensió de neutre de la línia normal - a - i del valor del corrent d'avaria en un temps especificat, com ara segons a minuts. A més, pot adoptar un bobinatge secundari (de baixa tensió -) per subministrar energia contínuament a les estacions de la subestació i permet que els sistemes de tres fases - connectats en delta - puguin acomodar càrregues de fase - a - neutre proporcionant un camí de retorn del corrent al neutre; durant les falles monofàsiques -, limita el corrent de falla al neutre per millorar la restauració de la línia elèctrica.
I. Tipus de transformador de posada a terra
1. Transformador de terra connectat Yₙ,d-
És un transformador-trifàsic amb aen estrella-connectat (Yₙ, amb un cable neutre)bobinatge primari i adelta-connectat (d)bobinatge secundari.
El bobinatge secundari connectat en delta-pot transportar corrent circulant per equilibrar el corrent al bobinatge primari.
El bobinatge secundari delta també es pot connectar com adelta obert; mitjançant la inserció de resistències o reactors a l'extrem obert, es pot ajustar la impedància de seqüència zero-del transformador de posada a terra.
A més, els terminals del bobinatge secundari es poden treure per servir com a font d'alimentació auxiliar per a la subestació.
2. Transformador de terra connectat en Zₙ-(en zig-zag-connectat)
És un transformador-trifàsic ambbobinatges connectats en zig-zag-.
A causa del mode de connexió inherent dels bobinats en zig-zag, els corrents de falla es poden equilibrar mútuament entre dos bobinats connectats en sèrie-.
Es pot afegir un bobinatge de baixa tensió-a aquest transformador per actuar com a font d'alimentació auxiliar per a la subestació.
Notes addicionals sobre funcionament i estructura
- Estructura: els transformadors de connexió a terra són estructuralment similars als transformadors de potència de tipus trifàsic ordinaris de tipus-nucli-.
- Funcionament normal: Només el corrent d'excitació flueix pel costat primari del transformador de posada a terra; el costat secundari (si n'hi ha) no té corrent.
- Falla a terra-monofàsica: tant els bobinats connectats en delta-del transformador principal de la subestació com els bobinats trifàsics del transformador de presa de terra porten corrent de curt-circuit. Si seleccioneu correctament la-impedància Z limitant de corrent, es pot controlar el corrent de curtcircuit-per fase-per no superar el corrent de fase nominal dels bobinats del transformador principal. La durada estàndard d'aquest corrent de curt-circuit és de 10 segons.
II. Principi de funcionament del transformador de terra
En funcionament normal, el bobinatge primari del transformador de presa de terra es connecta als conductors de fase del sistema elèctric, mentre que el seu bobinatge secundari està connectat a terra. En aquest moment, el transformador funciona com un transformador convencional, augmentant o baixant la tensió segons els requisits.
Per limitar els corrents de falla, la impedància del transformador de terra, juntament amb qualsevol resistència o reactor de presa de terra addicionals, restringeix la magnitud dels corrents de falla que flueixen pel sistema. En controlar aquests corrents de falla, el transformador de presa de terra ajuda a mantenir l'estabilitat del sistema i protegeix els equips sensibles dels danys.
Quan es produeix una fallada (com ara una fallada de línia-a-a terra) al sistema, els corrents de falla flueixen a través del bobinatge secundari del transformador de presa de terra fins a terra. Això crea un camí de baixa-impedància perquè els corrents de falla es dissipin de manera segura, evitant danys a l'equip i reduint el risc de perills elèctrics.
En termes de seguretat i protecció, el transformador de presa de terra garanteix la seguretat del personal i dels equips del sistema elèctric proporcionant un camí fiable a terra. Ajuda a prevenir descàrregues elèctriques, incendis i altres perills associats a condicions de fallada, contribuint així a un entorn de treball més segur i a una millor fiabilitat del sistema.
III. La funció del transformador de presa de terra
El transformador de terra és un equip elèctric especialitzat desenvolupat per abordar la manca de punts neutres en configuracions específiques de la xarxa elèctrica i garantir el funcionament segur del sistema quan es produeixen falles a terra. Les seves funcions bàsiques i característiques de treball es reflecteixen principalment en els aspectes següents:
1. Proporcioneu un punt neutre artificial per a l'equip clau
En sistemes de connexió a terra de corrent petit-, la bobina de supressió d'arc és crucial per compensar el corrent capacitiu de connexió a terra quan la xarxa elèctrica té una falla de terra-monofàsica. Tanmateix, el costat connectat en delta-del transformador principal (una configuració comuna per al costat de la tensió de distribució dels transformadors principals a les xarxes elèctriques de 6 kV, 11 kV i 33 kV) no té un punt neutre natural, cosa que fa impossible la instal·lació de la bobina de supressió d'arc directament.
El transformador de presa de terra resol aquest problema creant unpunt neutre artificial. Aquest punt neutre no només permet la connexió efectiva de la bobina de supressió d'arc, sinó que també proporciona un punt de connexió per a la resistència de terra. Quan la xarxa elèctrica adopta un mode de funcionament neutre sense connexió a terra (un mode comú en les primeres fases de la construcció de la xarxa elèctrica a causa de la seva senzillesa i poca inversió), el punt neutre artificial establert pel transformador de terra es converteix en un requisit previ clau per a la protecció de fallades posteriors.
2. Mitigar els riscos dels sistemes neutrals sense connexió a terra i garantir una acció de protecció fiable
En sistemes neutres sense connexió a terra, tot i que la tensió de la línia es manté simètrica quan es produeix una fallada a terra d'una-fàsica (amb poc impacte en el consum d'energia continu dels usuaris), aquest avantatge només es manté quan el corrent capacitiu de connexió a terra és petit (menys de 10 A; fins i tot els errors transitoris es poden extingir automàticament). Amb l'expansió de la indústria elèctrica i l'augment dels circuits de cables urbans, el corrent capacitiu de posada a terra sovint supera els 10 A, la qual cosa comporta tres riscos principals:
Extinció i reencesa intermitent de l'arc de terra, generant sobretensió de connexió a terra de l'arc (fins a 4U, on U és el valor màxim de la tensió de fase normal) que danya l'aïllament de l'equip;
Arcs continus que provoquen la dissociació de l'aire, la qual cosa condueix fàcilment a curtcircuits de fase-a-fase;
Sobretensió de ressonància ferromagnètica, que pot cremar els transformadors de tensió o provocar explosions de pararrayos.
En connectar una resistència de posada a terra al punt neutre artificial, el transformador de posada a terra proporciona suficient corrent de -seqüència zero i tensió de seqüència zero- per al sistema. Això permet que el dispositiu de protecció de seqüència zero-altament sensible identifiqui ràpidament falles de terra-monofàsiques i talli la línia defectuosa en poc temps, evitant fonamentalment que els riscos anteriors s'ampliïn i salvaguardant l'aïllament dels equips de la xarxa i el funcionament segur general de la xarxa elèctrica.
3. Exhibir característiques electromagnètiques especials per adaptar-se a condicions de falla
El transformador de presa de terra té característiques d'impedància úniques per a diferents tipus de corrents, que és la clau per al seu funcionament estable:
Alta impedància a corrents de seqüència positiva i negativa: En condicions normals de funcionament, només un petit corrent d'excitació flueix pels bobinatges del transformador de posada a terra. En aquest moment, el transformador es troba en un estat sense càrrega (molts transformadors de terra fins i tot no tenen bobinatges secundaris, simplificant encara més la seva estructura per a aquest escenari sense càrrega).
Impedància baixa fins a corrents de seqüència zero-: el transformador de posada a terra normalment adopta un cablejat de tipus Z-(ziga-zag), on cada bobina de fase s'enrotlla en dos pols de nucli de ferro respectivament. Quan es genera un corrent de seqüència zero-a causa d'una fallada a terra, els dos enrotllaments del mateix pol de nucli de ferro es connecten en polaritat inversa en sèrie. Les seves forces electromotrius induïdes són d'igual magnitud i de direcció oposada, cancel·lant-se mútuament- donant com a resultat una impedància de seqüència zero- extremadament baixa (uns 10Ω, molt més petita que la dels transformadors normals). Aquesta baixa impedància garanteix que el corrent de seqüència zero-pui fluir sense problemes a través de la resistència de posada a terra del punt neutre i el transformador de presa de terra, creant condicions per a la protecció de fallades.
Aquesta característica d'impedància també determina el mode de funcionament del transformador de terra:operació de descàrrega-a llarg termini i operació de sobrecàrrega-a curt termini. Només funciona durant el període des de l'aparició d'una falla a terra fins que la protecció de seqüència zero-talla la línia defectuosa i el corrent de falla només la travessa breument.
4. Millorar l'eficiència de la comparació i reduir els costos d'inversió
En comparació amb els transformadors ordinaris, el transformador de presa de terra té avantatges evidents en la combinació amb les bobines de supressió d'arc: la normativa estipula que quan s'utilitzen transformadors normals amb bobines de supressió d'arc, la capacitat de la bobina de supressió d'arc no pot superar el 20% de la capacitat del transformador; mentre que els transformadors de terra de tipus Z-poden coincidir amb les bobines de supressió d'arc amb un 90% ~ 100% de la seva pròpia capacitat, millorant significativament l'eficiència de la compensació de corrent capacitiva.
A més, alguns transformadors de posada a terra es poden connectar a càrregues secundàries mentre realitzen funcions de protecció de terra. Això significa que poden substituir els transformadors de distribució ordinaris en escenaris específics, integrant dues funcions en un sol dispositiu i reduint de manera efectiva el cost d'inversió global de la construcció de la xarxa elèctrica.
En resum, el transformador de presa de terra no només és un "constructor de punt neutre" per a xarxes elèctriques que no tenen punts neutres naturals, sinó que també és un "protector de fallades" que optimitza les característiques d'impedància de corrent i garanteix una acció de protecció fiable. La seva estructura especial i el seu mode de funcionament el converteixen en un equip clau indispensable a les xarxes elèctriques modernes, especialment a les xarxes elèctriques urbanes amb grans corrents capacitius.
IV. Aplicació del transformador de presa de terra
La funció bàsica d'un transformador de presa de terra és proporcionar apunt de connexió a terra neutreper a sistemes d'alimentació sense connexió a terra o de baixa{0}}corrent. S'utilitza principalment en escenaris on es requereix una connexió a terra per aconseguir la protecció de fallades i l'estabilitat de tensió, abastant xarxes de distribució, camps industrials, nous sistemes energètics, etc.
1. Xarxes de distribució de mitja i baixa tensió-
Aquest és l'àmbit d'aplicació principal dels transformadors de presa de terra, especialment adequat per a sistemes de distribució de mitjana{0}}tensió com ara 10 kV i 20 kV.
- La majoria de xarxes de distribució de -tensió mitjana adopten el mode "neutre sense connexió a terra" o "neutre posat a terra mitjançant bobina de supressió d'arcs" i no tenen un punt de connexió a terra neutre natural.
- Els transformadors de terra proporcionen un terminal neutre mitjançant una connexió en estrella (Y), que després es connecta a terra amb una resistència de posada a terra o una bobina de supressió d'arc per aconseguirmaneig de falla a terra monofàsica-.
- Funció: quan es produeix una fallada a terra d'-una sola fase a la línia, pot limitar el corrent de falla, evitar danys a l'equip per sobretensió i ajudar els dispositius de protecció de relés a localitzar ràpidament el punt de falla.
2. Sistemes d'equips d'alta tensió-industrials
Els motors, transformadors i altres equips d'alta-tensió de grans fàbriques i parcs industrials sovint requereixen transformadors de presa de terra per garantir la seguretat operativa.
- En els sistemes industrials, els motors d'alta tensió-(6kV, 10kV), equips rectificadors, etc., si es dissenyen amb neutre sense connexió a terra, són propensos a curtcircuits de fase-a-a causa de l'avaria de l'aïllament.
- Els transformadors de posada a terra proporcionen un punt de connexió a terra neutre per al sistema d'alimentació d'aquests equips i cooperen amb dispositius de protecció de terra per realitzardetecció de corrent de falla i disparament ràpid.
- Escenaris típics: sistemes d'alimentació d'alta-tensió en indústries petroquímica, metal·lúrgica i mineria, que han de garantir una producció contínua i evitar l'expansió de fallades.
3. Nous sistemes de generació d'energia
Els transformadors de presa de terra són equips de suport clau a les estacions de reforç i línies de recollida de centrals fotovoltaiques i parcs eòlics.
- Els inversors i els transformadors de tipus caixa-en sistemes d'energia nous solen adoptar el disseny "neutre sense connexió a terra" per reduir l'impacte de les fallades a terra en l'eficiència de la generació d'energia.
- Els transformadors de terra proporcionen punts de connexió a terra neutres per als sistemes de 110 kV i 35 kV a les estacions de reforç i cooperen amb resistències de terra per limitar el corrent de falla, protegint equips de precisió com inversors i transformadors.
- Funció: evita l'aturada de tota la unitat de generació d'energia causada per falles de terra monofàsiques-i millora la fiabilitat del subministrament d'energia dels nous sistemes d'energia.
4. Sistemes d'alimentació d'-escenaris especials
Alguns escenaris especials amb requisits de seguretat elevats també requereixen transformadors de presa de terra per aconseguir una protecció precisa de la presa de terra.
- Font d'alimentació de tracció ferroviària: A les subestacions de tracció dels ferrocarrils i metro d'alta-velocitat, la xarxa de tracció de 27,5 kV adopta una font d'alimentació monofàsica-. Els transformadors de posada a terra són necessaris per equilibrar la tensió i suprimir el corrent de seqüència zero-.
- Plataformes d'energia eòlica marina/petrolies: L'aïllament dels equips en entorns marins és propens a la corrosió. Els transformadors de presa de terra, juntament amb els dispositius de connexió a terra resistents a la corrosió-, garanteixen la descàrrega segura del corrent en cas d'avaria, evitant danys a l'equip o descàrregues elèctriques personals.
V. Factors clau per seleccionar un transformador de presa de terra
1. Tensió del sistema i mode de connexió a terra
Relacioneu la tensió nominal del transformador amb la xarxa (6kV/11kV/33kV) per a la compatibilitat d'aïllament. Seleccioneu en funció del tipus de connexió a terra: els sistemes de bobines de supressió d'arc necessiten models que admetin la concordança de bobines d'alta-capacitat; La connexió a terra de -resistència petita requereix una impedància de seqüència zero-baixa per garantir l'activació de la protecció.
2. Disseny de bobinatge i impedància de seqüència zero-
Prioritzeu els bobinatges de tipus Z-(ziga-zag), que proporcionen una impedància de seqüència zero-ultra{-baixa-(~10Ω) i permeten una utilització del 90% al 100% de la capacitat de la bobina de supressió d'arc. Assegureu-vos que la impedància s'alinea amb els requisits de corrent de falla del sistema per facilitar la transmissió efectiva del corrent de seqüència zero-.
3. Corrent capacitiu de connexió a terra i dimensionament de la capacitat
Calculate the grid's total grounding capacitive current (critical for systems >10A). Mideu el transformador per gestionar el corrent de compensació de la bobina de supressió d'arc o el corrent de falla a curt termini-de les resistències de posada a terra, evitant la sobrecàrrega durant les fallades.
4. Trets operatius i capacitat de suport
Adapta't a la seva operació "-sense càrrega-a llarg termini,-sobrecàrrega a curt termini": comproveu el corrent de resistent -durant curt (per tolerar els corrents de falla durant segons) i prioritzeu les pèrdues baixes sense-càrrega per reduir el malbaratament d'energia durant el funcionament normal.
5. Requisits ambientals i d'instal·lació
Per a entorns durs (pols, humitat, altes temperatures), trieu models amb nivells de protecció adequats (per exemple, IP54) i resistència a la corrosió/calor. A les zones-restringides d'espai (estacions urbanes, aparells interiors), opteu per dissenys compactes.
6. Compliment de normes i certificacions
Assegureu-vos el compliment dels estàndards internacionals (IEC 60076) o nacionals (per exemple, GB/T 6451). Verificar les certificacions vàlides (CE, CCC) per garantir la seguretat, la compatibilitat i la fiabilitat en el funcionament de la xarxa.
VI. Inconvenients del funcionament del punt neutre del transformador sense connexió a terra
El funcionament del punt neutre del transformador sense connexió a terra té els cinc desavantatges següents:
- Requisits i cost d'alt nivell d'aïllament: quan es produeix una fallada a terra d'una-fàsica, la tensió de la fase sense -falla augmenta √3 vegades. Com a resultat, els equips elèctrics del sistema elèctric han de tenir un grau d'aïllament més alt, la qual cosa augmenta significativament tant el cost de fabricació com el cost de manteniment posterior de l'equip.
- Perill de sobretensió de connexió a terra d'arc: si el corrent de terra monofàsica-és petit, l'arc s'extingeix quan el corrent passa per zero i la fallada desapareixerà. Tanmateix, quan el corrent superi els 30 amperes, es generarà un arc estable, formant una connexió a terra d'arc continu. Això no només danya l'equip, sinó que també pot provocar curtcircuits bi-o fins i tot trifàsics-.
- Dificultat per seleccionar la protecció del relé de posada a terra: És difícil realitzar una protecció sensible i selectiva. Especialment per a les xarxes elèctriques amb bobines de supressió d'arc, la configuració i el funcionament precís d'aquesta protecció es fan més difícils, cosa que afecta fàcilment la detecció i l'aïllament oportuns de les fallades.
- La desconnexió pot provocar sobretensió de ressonància: Accions com la ruptura del cable, les operacions de commutació dels interruptors en diferents moments i la fusió de fusibles en diferents períodes poden provocar una sobretensió de ferroressonància. Aquesta sobretensió pot provocar l'explosió del parallamps, la seqüència de fase inversa dels transformadors de càrrega i l'aïllament de l'equip elèctric.
- Sobretensió de ressonància del transformador de tensió electromagnètica: a causa de l'asimetria dels paràmetres de la xarxa elèctrica, el desplaçament del punt neutre sovint provoca una sobretensió de ferroressonància, que sovint fa saltar el fusible d'alta tensió-del transformador de tensió electromagnètica. En casos greus, fins i tot pot cremar el propi transformador.
VII. Avantatges del funcionament del punt neutre del transformador sense connexió a terra
- Alta fiabilitat de la font d'alimentació: pocs canvis en les-tensions/intensitats trifàsiques durant falles de connexió a terra monofàsiques; no hi ha cap dispar immediat, amb fallades esborrades en un termini d'aproximadament 2 hores, assegurant una potència contínua.
- Poca interferència als sistemes de comunicació/senyal: interferències electromagnètiques febles en funcionament trifàsic simètric-; un petit corrent de terra provoca un impacte mínim; els arcs s'extingeixen automàticament-en sistemes petits (p. ex., quadrícules rurals).
- Facilita la detecció i la localització de fallades: el petit corrent de terra diferent ajuda els dispositius de protecció a identificar i localitzar les fallades.
- Redueix la demanda de dispositius-limitadors de corrent: el petit corrent de connexió a terra elimina la necessitat d'equips de limitació de corrent-de gran capacitat-, reduint costos i simplificant el disseny.
- Millor control de sobretensió en escenaris específics: més fàcil controlar les fluctuacions de tensió durant processos normals/transitoris, reduint els riscos de danys per sobretensió.
- Millora l'estabilitat del sistema transitori: és més fàcil mantenir l'equilibri de tensió trifàsica-durant els transitoris, reduint els impactes en els equips clau i evitant problemes en cascada.
Enviar la consulta