Principio di funzionamento dell'armadio del resistore di messa a terra del neutro

ILArmadio con resistenza di messa a terra neutraè un dispositivo critico di protezione della sicurezza nei sistemi di distribuzione dell'energia a media e alta tensione. È ampiamente adottato nei sistemi elettrici di messa a terra per piccole correnti a 6 kV, 10 kV e 35 kV per impianti industriali e minerari, sottostazioni, centrali fotovoltaiche ed eoliche. La sua funzione principale è quella di risolvere problemi quali sovratensione, riaccensione dell'arco e guasto delle apparecchiature innescati da guasti monofase-terra in modo da garantire un funzionamento sicuro e stabile del sistema. Il suo principio di funzionamento generale si basa sulle caratteristiche di messa a terra del punto neutro dei sistemi di alimentazione combinate con limiti di corrente basati su resistori, stabilizzazione della tensione e meccanismi di feedback del segnale, funzionanti in due condizioni: funzionamento normale e condizioni di guasto.
Durante il normale funzionamento del sistema, le tensioni trifase rimangono simmetriche ed equilibrate. Il potenziale del punto neutro di trasformatori e generatori è pari a zero senza alcuna differenza di potenziale rispetto alla terra. In questo momento, i componenti del resistore, i trasformatori di misura e i moduli di cablaggio all'interno dell'armadio del resistore di messa a terra del neutro funzionano in condizioni di standby senza carico e senza flusso di corrente. Il dispositivo non genera perdite né calore e si mantiene semplicemente pronto per l'uso. Non esercita alcun impatto negativo sulla normale alimentazione elettrica e non consuma energia elettrica, adattandosi quindi al funzionamento del sistema in stato stazionario a lungo termine.
Quando si verificano guasti monofase-terra, come danni all'isolamento, caduta dei cavi a terra o guasti alle apparecchiature, l'equilibrio trifase viene interrotto. La tensione della fase difettosa diminuisce bruscamente mentre la tensione delle fasi non difettose aumenta, determinando uno spostamento del potenziale del punto neutro rispetto a terra. Si forma un circuito conduttivo tra il punto neutro e la terra e la corrente di guasto di messa a terra scorre attraverso l'armadio del resistore di messa a terra del neutro per creare un percorso di scarica completo, che funge da trigger principale per l'attivazione del dispositivo.
Il suo meccanismo principale risiede nella limitazione della corrente basata su resistori e nella soppressione della sovratensione. Nei sistemi con punto neutro puramente senza messa a terra, i guasti monofase-terra generano corrente di guasto capacitiva di piccola ampiezza ma ad alto rischio di archi elettrici intermittenti, che causano inoltre picchi di sovratensione risonanti a 3-4 volte la tensione nominale. Tale sovratensione può danneggiare l'isolamento di cavi, quadri e trasformatori e provocare guasti su vasta scala alle apparecchiature. Dopo che l'armadio del resistore di messa a terra del neutro è stato messo in servizio, la corrente di guasto deve passare attraverso resistori ad alta tensione e potenza all'interno dell'armadio. I resistori limitano accuratamente l'ampiezza della corrente di guasto ed evitano shock da forte corrente alle apparecchiature.
Inoltre, i resistori dissipano rapidamente l'energia di risonanza generata dai guasti, limitano la generazione e la riaccensione di archi intermittenti, eliminano la sovratensione di messa a terra dell'arco e la sovratensione di ferrorisonanza e stabilizzano le tensioni tra sistema e terra entro intervalli di sicurezza. Inoltre, i trasformatori di corrente integrati raccolgono segnali di corrente in tempo reale dai circuiti di guasto e li trasmettono a unità di protezione basate su microcomputer. Nei tradizionali sistemi senza messa a terra, una debole corrente di guasto impedisce ai relè di protezione di identificare con precisione i guasti. L'armadio del resistore di messa a terra del neutro aumenta artificialmente la corrente di guasto attiva, consentendo ai dispositivi di protezione di acquisire rapidamente informazioni sui guasti, individuare accuratamente i guasti e inviare segnali di allarme o attivare l'intervento in modo tempestivo.
In base ai valori di resistenza, gli armadi sono suddivisi in modalità di messa a terra ad alta, media e bassa resistenza per diversi scenari applicativi. La messa a terra ad alta resistenza si concentra sulla soppressione delle sovratensioni e sulla protezione dell'isolamento e consente il funzionamento del sistema a breve termine con guasti esistenti. La messa a terra a media e bassa resistenza enfatizza la limitazione rapida della corrente e l'intervento affidabile della protezione per un rapido isolamento dei guasti, adatta per siti che richiedono un'elevata sicurezza dell'alimentazione e una rapida velocità di risposta ai guasti. In generale, attraverso la limitazione passiva della corrente, la stabilizzazione della tensione con dissipazione dell'energia e il feedback attivo del segnale, l'armadio del resistore di messa a terra del neutro elimina sostanzialmente i principali rischi nascosti nei sistemi di messa a terra di piccola corrente e bilancia l'affidabilità dell'alimentazione e la sicurezza delle apparecchiature. Costituisce un apparecchio di protezione indispensabile per le reti di distribuzione elettrica di media tensione.