Elementi chiave dei sistemi di messa a terra dei trasformatori: metodi, resistenza e prove

Perché la messa a terra del trasformatore è un elemento essenziale della progettazione

La messa a terra dei neutro e degli involucri del trasformatore ha tre scopi: limita le tensioni sulle fasi sane durante i guasti a terra, fornisce un percorso di ritorno definito che consente alla protezione di operare in modo selettivo e mantiene le tensioni di contatto e di passo entro limiti di sicurezza per il personale. Un sistema di messa a terra mal progettato trasforma un guasto di routine in un guasto di isolamento o in un rischio di folgorazione, quindi il potenziale del punto neutro, il metodo di messa a terra e i valori di resistenza devono essere tutti progettati insieme alle caratteristiche della rete.

Controllo del potenziale di messa a terra del punto neutro

Il potenziale di terra del punto neutro deve essere mantenuto entro soglie di sicurezza; un potenziale troppo elevato sollecita l'isolamento e può provocarne la rottura. I neutri del trasformatore di distribuzione devono essere messi a terra in modo affidabile e deve essere applicato un collegamento equipotenziale in modo che tutte le parti conduttrici esposte nell'installazione rimangano allo stesso potenziale durante un guasto.

Metodi di messa a terra

Messa a terra solida (efficace).

Adatta per sistemi ad alta-tensione da 110 kV e superiori, la messa a terra solida limita la sovratensione sulle fasi sane e mantiene il sistema stabile durante i guasti monofase-.

Messa a terra della bobina di soppressione dell'arco (bobina di Petersen).

Ideale per reti di distribuzione da 6 - 35 kV, la bobina compensa la corrente di carica capacitiva della rete in modo che una corrente di guasto a terra monofase- sia sufficientemente piccola da consentire il funzionamento continuato durante la localizzazione del guasto.

Messa a terra della resistenza

La messa a terra della resistenza controlla la corrente di guasto a un livello definito, preferibile nei siti industriali con requisiti di elevata affidabilità dove il guasto deve essere rilevato rapidamente senza danni eccessivi.

Requisiti di resistenza di terra

La resistenza di terra del trasformatore di distribuzione non deve essere superiore a 4 ohm.

Gli elettrodi di messa a terra indipendenti devono avere una resistenza non superiore a 10 ohm.

Per le griglie di terra composite, è necessario applicare correzioni dei coefficienti stagionali in modo che la resistenza rimanga entro i limiti nelle stagioni secche e ghiacciate.

Punti di installazione e costruzione

Gli elettrodi di terra devono essere interrati sotto lo strato di terreno ghiacciato e tenuti lontani da fonti di corrosione in modo che la resistenza rimanga stabile per decenni di servizio.

La sezione trasversale del conduttore di terra- deve soddisfare i requisiti di stabilità termica per la potenziale corrente di cortocircuito-, in modo che il conduttore non si surriscaldi durante un guasto.

I collegamenti devono utilizzare saldature esotermiche o morsetti di compressione approvati per mantenere bassa la resistenza di contatto; i collegamenti bullonati devono essere serrati alla coppia specificata e protetti dalla corrosione.

Tutti gli involucri metallici, il serbatoio, le schermature dei cavi e il punto neutro devono essere collegati alla stessa rete di terra.

Collaudo e manutenzione

La resistenza di terra deve essere verificata trimestralmente con un tester dedicato, utilizzando un metodo di caduta-di-potenziale o di pinza-appropriato alla disposizione degli elettrodi. Dovrebbero essere conservate registrazioni per punto di prova in modo che si notino aumenti graduali della resistenza prima che diventino un problema di sicurezza. Dopo qualsiasi guasto a terra o fulmine, è necessario ispezionare i collegamenti interessati e misurare nuovamente la resistenza.

Errori comuni di progettazione

Utilizzando una singola piccola asta laddove la resistività del terreno richiede una griglia o più aste parallele.

Verniciatura o isolamento delle superfici di connessione, che aumenta la resistenza di contatto.

Collegare il neutro e l'involucro attraverso percorsi diversi, creando pericolose differenze di potenziale.

Domande frequenti

Qual è la massima resistenza di terra per un trasformatore di distribuzione?

Generalmente la messa a terra del trasformatore di distribuzione non deve essere superiore a 4 ohm, con elettrodi indipendenti fino a 10 ohm; è necessario controllare i codici locali come GB 50065 o IEEE 142 per verificare il valore applicabile.

Perché le bobine di soppressione dell'arco vengono utilizzate nelle reti da 6 - 35 kV?

Compensano la corrente di guasto a terra capacitiva-, che consente alla rete di continuare a funzionare durante un guasto a terra-singola fase-a-terra e riduce il rischio di riaccensione dell'arco e di sovratensione.

Con quale frequenza deve essere misurata la resistenza di terra?

Un requisito comune è un controllo trimestrale con un tester dedicato; la verifica annuale è il minimo per i siti stabili e la misurazione dopo ogni guasto o evento di fulmine è una buona pratica.

Perché gli elettrodi devono essere interrati sotto la linea del gelo?

Il terreno ghiacciato ha una resistività molto più elevata, quindi un elettrodo poco profondo può mostrare una lettura bassa in estate e un'elevata resistenza pericolosa in inverno; l'interramento al di sotto della linea di gelo mantiene la resistenza stabile tutto l'anno.

È possibile mettere a terra la cassa del trasformatore tramite il conduttore neutro?

No. Il neutro e l'involucro devono essere entrambi collegati alla griglia di messa a terra, ma il percorso di terra protettivo non deve fare affidamento solo sul conduttore neutro, poiché un neutro rotto darebbe energia all'involucro.