Modos de operação dos neutros dos transformadores do sistema de energia

Os transformadores possuem neutros cujo modo de operação ou método de trabalho de aterramento é devido a:

• requisitos de segurança e proteção do trabalho do pessoal,

• correntes de falta à terra permitidas,

• as sobretensões resultantes de falhas à terra, bem como a tensão de funcionamento das fases intactas da instalação elétrica em relação à terra, que determinam o nível de isolamento dos dispositivos elétricos,

• a necessidade de garantir uma operação confiável do relé de aterramento,

• a possibilidade de usar os esquemas mais simples de redes elétricas.

No caso de falha à terra monofásica, a simetria do sistema elétrico é quebrada: as tensões de fase relativas ao terra mudam, surgem correntes de falha à terra, ocorrem sobretensões nas redes. O grau de mudança de simetria depende do modo neutro.

O modo neutro tem um impacto significativo nos modos de operação dos receptores elétricos, esquemas do sistema de energia e parâmetros do equipamento selecionado.

Neutro da rede É um conjunto de pontos neutros e condutores interligados que podem ser isolados da rede ou ligados à terra por baixa ou alta resistência.

Os seguintes modos neutros são usados:

• surdo aterrado neutro,

• neutro isolado,

• neutro efetivamente aterrado.

A escolha do modo neutro em redes elétricas é determinada pelo fornecimento contínuo de consumidores, confiabilidade do trabalho, segurança do pessoal de serviço e eficiência das instalações elétricas.

Os neutros dos transformadores de instalações elétricas trifásicas, a cujos enrolamentos estão ligadas as redes elétricas, podem ser aterrados diretamente por resistência indutiva ou ativa ou isolados da terra.

Se o neutro do enrolamento do transformador estiver conectado ao dispositivo de aterramento diretamente ou por meio de uma baixa resistência, esse neutro é chamado de aterramento cego e as redes conectadas a ele, respectivamente, redes com neutro aterrado.

Um neutro que não está conectado a um dispositivo de aterramento é chamado de neutro isolado.

As redes, cujo neutro é conectado ao dispositivo de aterramento por meio de um reator (resistência indutiva), que compensa a corrente capacitiva da rede, são chamadas de redes com neutro ressonante aterrado ou compensado.

As redes cujo neutro é aterrado por meio de um resistor (resistência) são chamadas de redes com neutro aterrado resistivamente.

Rede elétrica com tensão superior a 1 kV, em que o fator de falha à terra não exceda 1,4 (o fator de falha à terra é a relação entre a diferença de potencial entre a fase não danificada e a terra no ponto de falha à terra de outra ou duas outras fases à diferença de potencial entre a fase e a terra naquele momento antes do fechamento) é chamada de rede com neutro efetivamente aterrado.

As instalações elétricas, dependendo das medidas de segurança elétrica, são divididas em 4 grupos:

• instalações elétricas com tensões superiores a 1 kV em redes com neutro efetivamente aterrado (com altas correntes de fuga à terra),

• instalações elétricas com tensão superior a 1 kV em redes com neutro isolado (com baixas correntes de aterramento),

• instalações elétricas com tensão de até 1 kV com neutro aterrado,

• instalações elétricas com tensão até 1 kV com neutro isolado.

Modos neutros de sistemas trifásicos

Tensão, kV Modo neutro Observação 0,23 Neutro surdo aterrado Requisitos de segurança. Todos os gabinetes elétricos são aterrados 0,4 0,69 Neutro isolado Para melhorar a confiabilidade da fonte de alimentação 3,3 6 10 20 35 110 Neutro efetivamente aterrado Para reduzir a tensão das fases abertas para o solo quando uma fase está em curto com o terra e reduzir a tensão nominal de isolamento 220 330 500 750 1150

Sistemas com neutro aterrado cego são sistemas com alta corrente de falta à terra. No caso de um curto-circuito, o curto-circuito é automaticamente desconectado. Em sistemas de 0,23 kV e 0,4 kV, esse desligamento é ditado por requisitos de segurança. Todas as estruturas do equipamento são aterradas simultaneamente.

Os sistemas de 110 e 220 kV e superiores são implementados com um neutro efetivamente aterrado… No caso de um curto-circuito, o curto-circuito também é disparado automaticamente. Aqui, o aterramento do neutro leva a uma redução na tensão nominal de isolamento. É igual à tensão de fase das fases não danificadas para o terra. Para limitar a magnitude das correntes de falta à terra, nem todos os neutros do transformador são aterrados (aterramento efetivo).

Modos neutros de sistemas trifásicos: a — neutro aterrado, b — neutro isolado

Neutro isolado denominado neutro, não conectado a um dispositivo de aterramento ou conectado através de dispositivos que compensem a corrente capacitiva da rede, transformadores de voltagem e outros dispositivos de alta resistência.

Um sistema com um neutro isolado usado para melhorar a confiabilidade da fonte de alimentação. Caracteriza-se pelo fato de que quando uma fase é fechada ao solo, a tensão dos condutores de fase em relação ao solo aumenta para tensão da linha, e a simetria das tensões é quebrada. A corrente capacitiva flui entre a linha e o neutro. Se for inferior a 5A, é permitido continuar operando por até 2 horas para geradores de turbina com potência de até 150 MW e para geradores hidrelétricos - até 50 MW. Se for constatado que o curto-circuito não ocorreu no enrolamento do gerador, mas na rede, o trabalho é permitido por 6 horas.

As redes de 1 a 10 kV são redes com tensão de gerador de usinas e redes de distribuição locais. Quando uma fase é aterrada em tal sistema, a tensão das fases não danificadas em relação ao solo aumenta para o valor da tensão da rede. O isolamento deve, portanto, ser classificado para esta tensão.

A principal vantagem do modo neutro isolado é a capacidade de fornecer energia aos consumidores do alimentador e aos consumidores com falta à terra monofásica.

A desvantagem deste modo é a difícil detecção da localização da falta à terra.

A maior fiabilidade do modo (ou seja, a possibilidade de funcionamento normal em caso de falha à terra monofásica, que constitui uma parte significativa da avaria de equipamentos elétricos) do neutro isolado leva à sua utilização obrigatória em tensões superiores 1 kV até 35 kV inclusive, pois essas redes abastecem grandes grupos de consumidores e consumidores de energia.

A partir de uma tensão de 110 kV e acima, o uso de um modo neutro isolado torna-se economicamente inútil, pois o aumento da tensão em relação ao solo de fase para linha requer um aumento significativo no isolamento de fase. O uso do modo neutro isolado até 1 kV é permitido e justificado pelo aumento dos requisitos de segurança elétrica.

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