Zasada działania szafki z rezystorem uziemiającym

TheSzafka z rezystorem uziemienia neutralnegojest krytycznym urządzeniem zabezpieczającym w systemach dystrybucji energii średniego i wysokiego napięcia. Jest powszechnie stosowany w małoprądowych uziemionych systemach elektroenergetycznych 6 kV, 10 kV i 35 kV dla zakładów przemysłowych i górniczych, podstacji, elektrowni fotowoltaicznych i wiatrowych. Jego podstawową funkcją jest rozwiązywanie problemów, w tym przepięć, ponownego zapłonu łuku i awarii sprzętu wywołanych zwarciami doziemnymi w jednej fazie, aby zagwarantować bezpieczną i stabilną pracę systemu. Jego ogólna zasada działania opiera się na charakterystyce uziemienia punktu zerowego systemów zasilania w połączeniu z opartym na rezystorach mechanizmem ograniczania prądu, stabilizacji napięcia i sprzężenia zwrotnego sygnału, działającym w dwóch warunkach: normalnej pracy i warunkach awarii.
Podczas normalnej pracy systemu napięcia trójfazowe pozostają symetryczne i zrównoważone. Potencjał punktu zerowego transformatorów i generatorów jest równy zeru bez różnicy potencjałów w stosunku do ziemi. W tej chwili komponenty rezystorów, przekładniki i moduły okablowania wewnątrz szafy rezystorów uziemienia neutralnego pracują w stanie gotowości bez obciążenia i nie przepływa przez nie prąd. Urządzenie nie generuje strat ani ciepła i po prostu pozostaje w gotowości do pracy. Nie ma negatywnego wpływu na normalne zasilanie i nie zużywa energii elektrycznej, co dostosowuje się do długotrwałej pracy systemu w stanie ustalonym.
W przypadku wystąpienia zwarć jednofazowych z ziemią, takich jak uszkodzenie izolacji, spadek kabla do ziemi lub awaria sprzętu, równowaga trójfazowa zostaje zerwana. Napięcie wadliwej fazy gwałtownie spada, podczas gdy napięcia w fazach, które nie są uszkodzone, rosną, co prowadzi do przesunięcia potencjału punktu zerowego w stosunku do ziemi. Pomiędzy punktem neutralnym a ziemią tworzy się pętla przewodząca, a prąd zwarcia doziemnego przepływa przez szafkę rezystora uziemienia punktu neutralnego, tworząc pełną ścieżkę wyładowania, która służy jako wyzwalacz rdzenia do aktywacji urządzenia.
Jego podstawowy mechanizm polega na ograniczaniu prądu i tłumieniu przepięć za pomocą rezystorów. W całkowicie nieuziemionych układach z punktem neutralnym zwarcia jednofazowe z ziemią generują pojemnościowy prąd zwarciowy o małej amplitudzie, ale o wysokim ryzyku wystąpienia przerywanych łuków elektrycznych, które dodatkowo powodują rezonansowe przepięcia o wartości szczytowej 3–4-krotności napięcia znamionowego. Takie przepięcie może uszkodzić izolację kabli, rozdzielnic i transformatorów i spowodować awarię sprzętu na dużą skalę. Po oddaniu do użytku szafy z rezystorami uziemienia punktu zerowego prąd zwarciowy musi przepływać przez rezystory wysokiego napięcia dużej mocy znajdujące się wewnątrz szafy. Rezystory dokładnie ograniczają amplitudę prądu zwarciowego i zapobiegają porażeniom sprzętu prądem o dużym natężeniu.
Ponadto rezystory szybko rozpraszają energię rezonansową generowaną przez zwarcia, ograniczają powstawanie i ponowny zapłon przerywanych łuków, eliminują przepięcia uziemienia łuku i przepięcia ferrorezonansowe oraz stabilizują napięcia system-uziemienie w bezpiecznych zakresach. Ponadto wbudowane przekładniki prądowe zbierają w czasie rzeczywistym sygnały prądowe z pętli zwarciowych i przesyłają je do mikrokomputerowych jednostek zabezpieczających. W tradycyjnych nieuziemionych systemach słaby prąd zwarciowy uniemożliwia przekaźnikom zabezpieczającym precyzyjną identyfikację uszkodzeń. Szafka z rezystorem uziemienia neutralnego sztucznie zwiększa aktywny prąd zwarciowy, umożliwiając urządzeniom zabezpieczającym szybkie przechwytywanie informacji o usterkach, dokładne lokalizowanie usterek i wysyłanie sygnałów alarmowych lub wyzwalanie wyłączenia w odpowiednim czasie.
Ze względu na wartości rezystancji szafy dzielą się na tryby uziemienia o wysokiej rezystancji, średniej rezystancji i niskiej rezystancji dla różnych scenariuszy zastosowań. Uziemienie o wysokiej rezystancji koncentruje się na tłumieniu przepięć i ochronie izolacji oraz umożliwia krótkotrwałą pracę systemu z istniejącymi awariami. Uziemienie o średniej i niskiej rezystancji kładzie nacisk na szybkie ograniczanie prądu i niezawodne wyzwalanie zabezpieczające w celu szybkiej izolacji usterek, odpowiednie dla miejsc wymagających wysokiego bezpieczeństwa zasilania i dużej szybkości reakcji na awarię. Ogólnie rzecz biorąc, poprzez pasywne ograniczanie prądu, stabilizację napięcia rozpraszającego energię i aktywne sprzężenie zwrotne sygnału, szafka z rezystorem uziemienia neutralnego zasadniczo eliminuje kluczowe ukryte zagrożenia w systemach uziemienia małoprądowego i równoważy niezawodność zasilania i bezpieczeństwo sprzętu. Stanowi niezastąpione urządzenie zabezpieczające sieci dystrybucyjne średniego napięcia.