Os métodos comuns de aterramento do ponto neutro em sistemas de energia são: aterramento direto do neutro, aterramento do neutro, aterramento do neutro via bobina de supressão de arco (aterramento ressonante) e aterramento do neutro via resistência. O modo de operação de aterramento do sistema de energia envolve muitos aspectos importantes, como a operação segura da rede elétrica, a confiabilidade do fornecimento de energia e a segurança do usuário. Nos aspectos técnicos e profissionais relacionados aos sistemas de energia, como sobretensão e coordenação de isolamento, proteção de relés, comunicação e automação, compatibilidade eletromagnética, projeto de aterramento e muitos outros campos, é um problema sistêmico de amplo alcance.
Entre eles, o ponto neutro é conectado a um resistor em série entre o ponto neutro da rede elétrica e a terra. A seleção adequada da resistência do resistor conectado não apenas drena a energia da meia-onda após o arco de aterramento monofásico, reduzindo assim a possibilidade de re-ignição do arco, suprimindo a amplitude da sobretensão da rede e melhorando a sensibilidade do dispositivo de proteção de relés. Para atuar no desligamento, protegendo efetivamente a operação normal do sistema.
A essência do aterramento do neutro do transformador é estabelecer um ponto de potencial de referência para regular a tensão do sistema e garantir a segurança dos equipamentos. Seu princípio depende do método de aterramento e dos requisitos da rede, e suas funções principais podem ser classificadas em três grandes aspectos:
1. Estabilizar a tensão do sistema e suprimir sobretensões
Aterramento direto do neutro (sistema aterrado de alta corrente): Em redes de alta tensão de 110 kV e acima, o ponto neutro do transformador é conectado diretamente à terra. Quando ocorre uma falha monofásica para terra, a corrente de falha flui diretamente para o solo através do dispositivo de aterramento, fazendo com que a tensão da fase com falha caia rapidamente para próximo de zero. Enquanto isso, as tensões das fases não defeituosas permanecem em seu valor nominal fase-terra (tensão de linha/√3), evitando assim a elevação excessiva da tensão das fases saudáveis. Por exemplo, em um sistema de 220 kV, durante uma falha monofásica para terra, a tensão da fase não defeituosa não excederá 250 kV, prevenindo efetivamente a ruptura do isolamento devido à sobretensão.
Aterramento do neutro do transformador por resistência: Este método é uma forma intermediária entre os sistemas de aterramento direto e não aterrado, realizada pela inserção de um resistor de aterramento. Sua principal função é limitar a corrente de falha monofásica para terra a 100–1000 A, evitando assim o alto impacto da corrente de falha do aterramento direto, resolvendo problemas de sensibilidade de proteção em sistemas não aterrados e dissipando a energia da falha para suprimir sobretensões. É amplamente aplicado em redes de distribuição urbanas (10 kV/20 kV), sistemas de energia auxiliar de plantas industriais, bem como em instalações de mineração e químicas, onde ajuda a reduzir o escopo de interrupções, proteger equipamentos e diminuir riscos de segurança.
Aterramento por bobina de supressão de arco (sistema aterrado de baixa corrente): Em redes de média tensão, como 35 kV e 10 kV, o ponto neutro do transformador é aterrado via uma bobina de supressão de arco. Quando ocorre uma falha monofásica para terra, a bobina gera uma corrente de compensação na direção oposta à corrente de falha, compensando a corrente capacitiva para terra. Isso extingue rapidamente o arco da falha (evitando sobretensões por re-ignição repetida) e limita a corrente de falha para terra a menos de 5 A. O sistema pode continuar operando com a falha por 1–2 horas, permitindo tempo para manutenção.
2. Facilitando a detecção de falhas e a operação de proteção
Com o aterramento do neutro, o sistema pode usar proteção de corrente de sequência zero e proteção de tensão de sequência zero para identificar rapidamente falhas de aterramento. Por exemplo, em um sistema solidamente aterrado, uma falha monofásica para terra gera uma grande corrente (até vários quiloamperes), que pode ser imediatamente detectada por relés de corrente de sequência zero, acionando o desligamento do disjuntor para isolar a linha com defeito. Em contraste, em um sistema não aterrado, a corrente de falha é muito pequena (apenas a corrente capacitiva, tipicamente algumas dezenas de amperes), dificultando a detecção pelos dispositivos de proteção, o que pode levar à escalada da falha.
3. Redução dos riscos de tensão de passo e tensão de toque
Quando um transformador ou linha de transmissão sofre um defeito à terra, a corrente de terra produz um gradiente de potencial na superfície do solo. O aterramento do neutro, juntamente com uma malha de aterramento, dispersa a corrente de defeito para a terra, reduzindo as diferenças de potencial no solo:
Tensão de passo: A diferença de potencial entre os dois pés de uma pessoa ao caminhar perto de um ponto de defeito à terra. Com um aterramento eficaz, a tensão de passo pode ser controlada abaixo de 50 V (limite seguro), prevenindo choques elétricos.
Tensão de toque: A diferença de potencial entre a carcaça do equipamento e o solo quando uma pessoa toca no equipamento durante um defeito. O aterramento do neutro combinado com o aterramento do equipamento (como o aterramento da carcaça) garante que a tensão de toque permaneça dentro de uma faixa segura, protegendo o pessoal contra choques elétricos.
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