Warum werden NGRs in Transformatoren verwendet?

Der Hauptzweck der Verwendung eines neutralen Erdungswiderstands (NGR) in Transformatoren besteht darin, Schutz durch Widerstandserdungsausgleichsgeräte, Systemsicherheit und Stromkontinuitätsanforderungen zu bieten und gleichzeitig die Einschränkungen herkömmlicher Erdungsmethoden wie direkte Erdung, Erdungsentfernung oder Lichtbogenunterdrückung zu beseitigen. Hier ist ein Blick auf den Grund:
1. Begrenzen Sie den Erdschlussstrom und schützen Sie die Gerätesicherheit.
Mängel der direkten Erdung:
Wenn der Neutralpunkt des Transformators direkt geerdet ist, kann der einphasige Erdungsfehler (z. B. ein einphasiger Leiter, der die Erde berührt) zu einem starken Anstieg des Kurzschlussstroms führen, der zum Durchbrennen der Transformatorwicklung, der Eisenkerne oder Neutralleiterisolatoren oder sogar zu einem Brand führen kann. In einem direkt geerdeten 10-kV-System kann der Fehlerstrom beispielsweise Tausende von Ampere erreichen, weit mehr, als das Gerät tolerieren kann.
Die NGR-Lösung:
Durch das Einfügen einer Reihe von Widerständen zwischen dem Sternpunkt und der Erde wird der Fehlerstrom auf einen sicheren Bereich (z. B. mehrere zehn bis hunderte Ampere) begrenzt. Zum Beispiel:
Bei einem 10-kV-System beträgt der NGR-Widerstand normalerweise einige Dutzend Ohm und begrenzt den Fehlerstrom auf 100–400 A, um Geräteschäden zu verhindern. . 35kV-Systeme: Hoher Widerstandswert (z. B. Hunderte von Ohm), wodurch der Strom auf niedrige Werte begrenzt wird (z. B. 50–100 A).
2.Überspannungsunterdrückung, Überspannungsisolierung und Schutzsystem
Überspannungsrisiken ungeerdeter Systeme:
Wenn der Sternpunkt nicht geerdet ist, kann der einphasige Erdungsfehler dazu führen, dass die Phasenspannung ohne -Fehler auf die Netzspannung (μ3-fache Phasenspannung) ansteigt und so zum Ausfall der Isolierung führt. Darüber hinaus kann ein Fehlerlichtbogen wiederholt gelöscht und wieder -gezündet werden, wodurch Lichtbögen entstehen, die ein Vielfaches der Phasenspannung (z. B. das . 6-8-fache der Phasenspannung) betragen und die Überspannung erden, wodurch die Geräteisolierung gefährdet wird.
Einschränkungen Lichtbogenunterdrückungsspule Erdung:
Die Lichtbogenableitungsschleife kompensiert kapazitiven Strom und löscht den Lichtbogen durch induktiven Strom. Sie können jedoch die Überspannungsamplitude nicht begrenzen und können Ferroresonanz-Überspannungen induzieren.
Auswirkungen der NGR-Unterdrückung:
Restladungsentladung: Nachdem der Fehlerlichtbogen gelöscht ist, stellt der NGR einen Entladungspfad für die Restladung in der Erdkapazität des Systems bereit und verringert so die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Lichtbogenzündung. Dämpfungsresonanz: Widerstand als Dämpfungselement. Im Zustand der Störresonanz wird die Amplitude der Überspannung auf das 2,5-fache der Phasenspannung begrenzt, was die Lebensdauer des Geräts verlängert.
3. Erhöhte Kontinuität der Stromversorgung und Verringerung des Ausmaßes von Stromausfällen
Abkürzungen für eine starke Erdung:
In Festkörper-Erdungssystemen löst ein einphasiger Erdungsfehler sofort die Auslösung der Schutzvorrichtung aus, was zu Stromausfällen in einem großen Bereich führt.
NGR-Kompatibilität:
NGR ermöglicht einen kurzen Betrieb des Systems (z. B. 1-2 Stunden) im Falle eines einphasigen Erdungsfehlers, wodurch Wartungszeit gewonnen wird. Zum Beispiel:
Städtisches Verteilungsnetz: Die Einführung von NGR in 10-kV-Kabelnetzen erhöht die Genauigkeit der Fehlerlinienerkennung auf über 95 %, indem Fehlerlinien einfach durchtrennt werden und gleichzeitig die Stromversorgung in fehlerfreien Gebieten sichergestellt wird.
Industrielle Anwender: Petrochemie, Bergbau und andere Industriezweige erfordern eine hohe Kontinuität der Stromversorgung. NGR kann verhindern, dass Lichtbögen Brände oder Explosionen verursachen, und kann Stromausfälle im gesamten Werk verhindern.
4. Erfüllung der Anforderungen an den Relaisschutz
Anforderungen an den Betrieb der Schutzeinrichtung:
Relaisschutzgeräte müssen Erdströme erkennen, um Fehler zu erkennen und zu beheben. Wenn der Strom zu niedrig ist (z. B. kein Erdungssystem), funktioniert der Schutz möglicherweise nicht, und wenn der Strom zu hoch ist (z. B. direktes Erdungssystem), kann der Schutz versagen.
Ausgleichsfunktion von NGR:
Durch Anpassen des Widerstandswerts wird der Fehlerstrom innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Relaisschutzgeräts (z. B. 10–100 A) gesteuert, um einen schnellen und genauen Betrieb zu gewährleisten. Zum Beispiel:
Nullstromschutz: Der NGR liefert ein stabiles Nullstromsignal für Schutzgeräte zur Identifizierung von Fehlerleitungen.
Differentialschutz: NGR hat keinen Einfluss auf den normalen Betrieb des Differentialschutzes im Falle eines internen Transformatorausfalls.
Anpassung an unterschiedliche Kapazitätsstromanforderungen.
Die Auswirkungen des kapazitiven Stroms:
Der Systemkapazitätsstrom (IC) nimmt mit der Kabellänge zu. Wenn IC einen bestimmten Wert überschreitet (z. B. mehr als 30 A in einem 10-kV-System), ist der Lichtbogen schwer zu löschen und erfordert NGR, um den Strom zu begrenzen.
Die Flexibilität von NGR:
Der Widerstandswert kann entsprechend dem kapazitiven Strom des Systems angepasst werden, um den Anforderungen verschiedener Situationen gerecht zu werden. Zum Beispiel:
Niedrigkapazitives Stromsystem: Wählen Sie einen niedrigen Widerstandswert, um sowohl eine Strombegrenzung als auch eine Überspannungsunterdrückung zu erreichen. Stromsysteme mit hoher-Kapazität: Wählen Sie einen hohen Widerstand, Überhitzung durch Überlauf.
6. Einhaltung internationaler Standards und Sicherheitsvorschriften
Standardanforderungen:
IEEE, IEC und andere Standards definieren die Design-, Test- und Installationsanforderungen für NGR.
Temperaturbewertung: Der Widerstand muss der durch Fehlerströme erzeugten Hitze standhalten können (z. B. 760 Grad für 10 Sekunden).
Sicherheitszertifizierungen:
NGR-Produkte müssen von CSA, UL und anderen Organisationen zertifiziert sein, um Zuverlässigkeit unter extremen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
7. Überprüfung des praktischen Anwendungsfalls
Fallstudien zu Kraftwerken:
Ein 50-MW-Generatorsatz nutzt NGR an Neutralpunkten, wodurch Fehlerströme auf 5–25 A begrenzt werden, die Wicklungen vor Isolierung geschützt werden und eine Kernsättigung verhindert wird.
Fallstudien städtischer Vertriebsnetze:
Ein 10-kV-Kabelnetz nutzt NGR-Technologie, um Erdungsüberspannungen bei Lichtbogenfehlern auf weniger als das 2,5-fache des Nennwerts zu kontrollieren, wodurch die Fehlerrate um 60 % reduziert und die Zuverlässigkeit der Stromversorgung erheblich verbessert wird.