Güç sistemleri için yaygın olarak kullanılan nötr nokta topraklama yöntemleri şunlardır: doğrudan nötr topraklama, nötr topraklama, ark söndürme bobini üzerinden nötr topraklama (rezonans topraklama) ve direnç üzerinden nötr topraklama. Güç sisteminin topraklama işletme modu, şebekenin güvenli işletimi, enerji besleme güvenilirliği ve kullanıcı güvenliği gibi birçok önemli yönü kapsar. Güç sistemleriyle ilgili profesyonel ve teknik açılardan, aşırı gerilim ve yalıtım koordinasyonu, röle koruması, haberleşme ve otomasyon, elektromanyetik uyumluluk, topraklama tasarımı ve daha birçok alanda, geniş kapsamlı bir sistem sorunudur.
Bunlar arasında, nötr nokta, şebekenin nötr noktası ile toprak arasına seri bağlanan bir dirence bağlanır. Bağlanan direncin değerinin uygun şekilde seçilmesi, tek fazlı toprak arkası yarım dalganın enerjisini boşaltmanın yanı sıra, arkın yeniden tutuşma olasılığını azaltır, şebekenin aşırı gerilim genliğini bastırır ve röle koruma cihazının hassasiyetini artırır. Bu, devreyi açmak için harekete geçerek sistemin normal işleyişini etkin bir şekilde korur.
Transformatör nötr topraklamasının özü, sistem gerilimini düzenlemek ve ekipman güvenliğini sağlamak için bir referans potansiyel noktası oluşturmaktır. Prensibi, topraklama yöntemine ve şebeke gereksinimlerine bağlıdır ve temel işlevleri üç ana yönde sınıflandırılabilir:
1. Sistem gerilimini stabilize etmek ve aşırı gerilimi bastırmak
Doğrudan nötr topraklama (büyük akımlı topraklanmış sistem): 110 kV ve üzeri yüksek gerilim şebekelerinde, transformatör nötr noktası doğrudan toprağa bağlanır. Tek faz-toprak arızası meydana geldiğinde, arıza akımı topraklama cihazı üzerinden doğrudan toprağa akar, bu da arızalı faz geriliminin hızla sıfıra yakın bir değere düşmesine neden olur. Aynı zamanda, arızasız faz gerilimleri nominal faz-toprak değerlerinde (hat gerilimi/√3) kalır, böylece sağlam fazların aşırı gerilim yükselmesi önlenir. Örneğin, 220 kV'luk bir sistemde, tek faz-toprak arızası sırasında, arızasız faz gerilimi 250 kV'u aşmaz, böylece aşırı gerilim nedeniyle yalıtım delinmesi etkin bir şekilde önlenir.
Transformatör nötr direnç topraklaması: Bu yöntem, doğrudan topraklama ile topraklanmamış sistemler arasında bir ara form olup, bir topraklama direnci eklenerek gerçekleştirilir. Ana rolü, tek faz-toprak arıza akımını 100–1000 A ile sınırlamaktır, böylece doğrudan topraklamanın yüksek arıza akımı darbesinden kaçınılır, topraklanmamış sistemlerdeki koruma hassasiyeti sorunları çözülür ve arıza enerjisi dağıtılarak aşırı gerilim bastırılır. Kent dağıtım şebekelerinde (10 kV/20 kV), tesis yardımcı güç sistemlerinde ve ayrıca madencilik ve kimya tesislerinde yaygın olarak uygulanır; burada kesinti kapsamını azaltmaya, ekipmanı korumaya ve güvenlik risklerini düşürmeye yardımcı olur.
Ark söndürme bobini topraklaması (küçük akımlı topraklanmış sistem): 35 kV ve 10 kV gibi orta gerilim şebekelerinde, transformatör nötr noktası bir ark söndürme bobini üzerinden topraklanır. Tek faz-toprak arızası meydana geldiğinde, bobin arıza akımının ters yönünde bir telafi akımı üreterek kapasitif toprak akımını dengeler. Bu, arıza arkını hızla söndürür (tekrarlayan yeniden tutuşma aşırı gerilimlerinden kaçınır) ve toprak arıza akımını 5 A'nın altında sınırlar. Sistem, arıza ile birlikte 1-2 saat boyunca çalışmaya devam edebilir, bakım için zaman tanır.
2. Arıza tespitini ve koruma işlemini kolaylaştırmak
Nötr topraklama ile sistem, sıfır bileşen akım koruması ve sıfır bileşen gerilim koruması kullanarak toprak arızalarını hızla tespit edebilir. Örneğin, katı topraklanmış bir sistemde, tek faz-toprak arızası büyük bir akım (birkaç kiloamper kadar) üretir; bu, sıfır bileşen akım röleleri tarafından anında tespit edilebilir ve arızalı hattı izole etmek için devre kesiciyi açmaya tetikler. Buna karşılık, topraklanmamış bir sistemde, arıza akımı çok küçüktür (sadece kapasitif akım, genellikle birkaç on amper), bu da koruma cihazlarının tespit etmesini zorlaştırır ve arızanın büyümesine yol açabilir.
3. Adım ve temas gerilimi risklerinin azaltılması
Bir trafo veya iletim hattında toprak arızası meydana geldiğinde, toprak akımı yeryüzünde bir potansiyel gradyanı oluşturur. Nötr topraklama, bir topraklama şebekesi ile birlikte arıza akımını toprağa dağıtarak toprak potansiyel farklarını azaltır:
Adım gerilimi: Bir kişinin toprak arızası noktası yakınında yürürken iki ayağı arasındaki potansiyel farktır. Etkili topraklama ile adım gerilimi 50 V’un (güvenli sınır) altında kontrol edilebilir, böylece elektrik çarpması önlenir.
Temas gerilimi: Bir arıza sırasında kişi ekipmana dokunduğunda, ekipman muhafazası ile toprak arasındaki potansiyel farktır. Nötr topraklamanın ekipman topraklaması (muhafaza topraklaması gibi) ile birleştirilmesi, temas geriliminin güvenli bir aralıkta kalmasını sağlayarak personeli elektrik çarpmasından korur.
Trafo Nötr Noktaları Neden Güvenilir Şekilde Topraklanmalıdır?
Küresel En İyi 8 Nötr Topraklama Direnci (NGR) Üreticisi
Katı, Dirençli ve Topraklanmamış Nötr — Hangisi Şebekeniz İçin Daha Güvenli?
Topraklanmamış Bir Sistemde Toprak Arızası Oluştuğunda Gerilim, Akım ve Faz Değişimleri Nelerdir?
