Funktionsprinzip des neutralen Erdungswiderstandsschranks

DerNeutraler Erdungswiderstandsschrankist ein wichtiges Sicherheitsschutzgerät in Mittel- und Hochspannungs-Stromverteilungssystemen. Es wird häufig in Kleinstrom-Erdungssystemen mit 6 kV, 10 kV und 35 kV für Industrie- und Bergbauanlagen, Umspannwerke, Photovoltaik- und Windkraftanlagen eingesetzt. Seine Hauptaufgabe besteht darin, Probleme wie Überspannung, Lichtbogenwiederzündung und Geräteausfälle zu lösen, die durch einphasige Erdfehler ausgelöst werden, um einen sicheren und stabilen Systembetrieb zu gewährleisten. Sein allgemeines Funktionsprinzip basiert auf den Neutralpunkt-Erdungseigenschaften von Stromversorgungssystemen in Kombination mit widerstandsbasierten Strombegrenzungs-, Spannungsstabilisierungs- und Signalrückkopplungsmechanismen und funktioniert unter zwei Bedingungen: Normalbetrieb und Fehlerbedingungen.
Im normalen Systembetrieb bleiben die dreiphasigen Spannungen symmetrisch und ausgeglichen. Das Sternpunktpotenzial von Transformatoren und Generatoren ist Null, es besteht kein Potenzialunterschied zur Erde. In diesem Moment arbeiten Widerstandskomponenten, Messwandler und Verkabelungsmodule im Neutralerdungswiderstandsschrank im lastfreien Standby-Zustand, ohne dass Strom durchfließt. Das Gerät erzeugt keine Verluste oder Wärme und bleibt lediglich betriebsbereit. Es hat keinen negativen Einfluss auf die normale Stromversorgung und verbraucht keine elektrische Energie, was sich an den langfristigen stationären Systembetrieb anpasst.
Sobald einphasige Erdfehler auftreten, wie z. B. Isolationsschäden, Kabelabfall auf der Erde oder Geräteausfall, wird das Dreiphasengleichgewicht gestört. Die Spannung der fehlerhaften Phase fällt stark ab, während die Spannungen der nicht fehlerhaften Phasen ansteigen, was zu einem Sternpunktpotentialausgleich gegenüber der Erde führt. Zwischen dem Neutralpunkt und der Erde bildet sich eine leitende Schleife, und ein Erdungsfehlerstrom fließt durch den Neutralleiter-Erdungswiderstandsschrank, um einen vollständigen Entladungspfad aufzubauen, der als Kernauslöser für die Geräteaktivierung dient.
Sein Kernmechanismus liegt in der widerstandsbasierten Strombegrenzung und Überspannungsunterdrückung. In rein ungeerdeten Sternpunktnetzen erzeugen einphasige Erdfehler einen kapazitiven Fehlerstrom mit kleiner Amplitude, aber es besteht ein hohes Risiko für intermittierende Lichtbögen, die darüber hinaus resonante Überspannungsspitzen beim 3- bis 4-fachen der Nennspannung verursachen. Eine solche Überspannung kann die Isolierung von Kabeln, Schaltanlagen und Transformatoren beschädigen und zu großflächigen Geräteausfällen führen. Nachdem der Neutralleiter-Erdungswiderstandsschrank in Betrieb genommen wurde, muss der Fehlerstrom durch Hochleistungs-Hochspannungswiderstände im Inneren des Schranks fließen. Widerstände begrenzen die Fehlerstromamplitude präzise und verhindern starke Stromschläge für Geräte.
Darüber hinaus leiten Widerstände die durch Fehler erzeugte Resonanzenergie schnell ab, verhindern die Entstehung und Wiederzündung intermittierender Lichtbögen, beseitigen Lichtbogen-Erdungs-Überspannungen und Fero-Resonanz-Überspannungen und stabilisieren die System-Erde-Spannungen innerhalb sicherer Bereiche. Darüber hinaus sammeln eingebaute Stromwandler Echtzeit-Stromsignale von Fehlerschleifen und übertragen sie an mikrocomputerbasierte Schutzeinheiten. In herkömmlichen ungeerdeten Systemen verhindert ein schwacher Fehlerstrom, dass Schutzrelais Fehler präzise identifizieren können. Der neutrale Erdungswiderstandsschrank erhöht künstlich den aktiven Fehlerstrom und ermöglicht es Schutzgeräten, Fehlerinformationen schnell zu erfassen, Fehler genau zu lokalisieren und Alarmsignale zu senden oder rechtzeitig Auslösungen auszulösen.
Je nach Widerstandswerten werden Schränke für verschiedene Anwendungsszenarien in Erdungsmodi mit hohem Widerstand, mittlerem Widerstand und niedrigem Widerstand unterteilt. Die hochohmige Erdung konzentriert sich auf die Unterdrückung von Überspannungen und den Isolationsschutz und ermöglicht den kurzfristigen Anlagenbetrieb bei bestehenden Fehlern. Erdungen mit mittlerem und niedrigem Widerstand legen Wert auf eine schnelle Strombegrenzung und eine zuverlässige Schutzauslösung für eine schnelle Fehlerisolierung. Sie eignen sich für Standorte, die eine hohe Stromversorgungssicherheit und eine schnelle Fehlerreaktionsgeschwindigkeit erfordern. Im Allgemeinen eliminiert der Neutral-Erdungswiderstandsschrank durch passive Strombegrenzung, Energieverlust-Spannungsstabilisierung und aktive Signalrückführung wichtige versteckte Risiken in Erdungssystemen mit geringem Strom grundsätzlich und sorgt für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Stromversorgungszuverlässigkeit und Gerätesicherheit. Es stellt ein unverzichtbares Schutzgerät für Mittelspannungs-Energieverteilungsnetze dar.