Come calcolare il valore della resistenza di messa a terra in un trasformatore di messa a terra?

Come calcolare il valore della resistenza di terra in un trasformatore di terra?

In qualità di fornitore di trasformatori di terra, comprendo l'importanza di calcolare accuratamente il valore della resistenza di terra in un trasformatore di terra. Questo calcolo è fondamentale per garantire la sicurezza e l’affidabilità degli impianti elettrici. In questo post del blog approfondirò i metodi e le considerazioni necessarie per determinare il valore appropriato del resistore di terra.

Comprensione del ruolo dei resistori di messa a terra nei trasformatori di messa a terra

Prima di immergerci nei calcoli, è essenziale comprendere la funzione delle resistenze di terra nei trasformatori di terra. Un trasformatore di terra viene utilizzato per fornire un punto neutro in un sistema senza messa a terra o con messa a terra ad alta impedenza. La resistenza di terra collegata al punto neutro ha diversi scopi. Innanzitutto limita la corrente di guasto in caso di guasto unifilare-terra, proteggendo le apparecchiature elettriche da eccessive correnti di cortocircuito. In secondo luogo, aiuta a stabilizzare la tensione del sistema durante i guasti, riducendo il rischio di danni all'isolamento e migliorando l'affidabilità complessiva del sistema di alimentazione.

Fattori che influenzano il valore della resistenza di messa a terra

Nel calcolare il valore della resistenza di terra è necessario considerare diversi fattori:

1. Tensione del sistema: La tensione del sistema è un parametro fondamentale per determinare il valore della resistenza di terra. Maggiore è la tensione di sistema, maggiore è la corrente di guasto che può fluire in caso di guasto. Il resistore di terra è dimensionato per limitare questa corrente di guasto a un livello accettabile.
2. Limitazione della corrente di guasto: La corrente di guasto massima consentita viene solitamente specificata in base ai requisiti dell'apparecchiatura elettrica e alla progettazione del sistema. La resistenza di terra deve essere scelta per limitare la corrente di guasto a questo valore specificato.
3. Durata della colpa: La durata prevista della persistenza del guasto influisce anche sul dimensionamento della resistenza di terra. I guasti di breve durata possono consentire una corrente di guasto più elevata, mentre i guasti di lunga durata richiedono una corrente di guasto inferiore per evitare il surriscaldamento del resistore.
4. Capacità termica: La resistenza di terra deve essere in grado di sopportare il calore generato durante un guasto senza superare i limiti di temperatura. La capacità termica del resistore dipende dalla sua costruzione, dal materiale e dalla durata del guasto.
5. Tolleranza alla resistenza: La resistenza effettiva del resistore di terra può discostarsi dal suo valore nominale. È importante scegliere un resistore con una tolleranza di resistenza adeguata per garantire che la corrente di guasto rientri nell'intervallo desiderato.

Metodi di calcolo

Esistono diversi metodi per calcolare il valore della resistenza di terra. Uno dei metodi più comuni si basa sulla seguente formula:

[R = \frac{V_{LL}}{\sqrt{3} \times I_{g}}]

Dove:

• (R) è la resistenza del resistore di terra in ohm ((\Omega))
• (V_{LL}) è la tensione concatenata del sistema in volt (V)
• (I_{g}) è la corrente di guasto verso terra desiderata in ampere (A)

Questa formula presuppone un sistema trifase equilibrato e un guasto linea-terra singola. In pratica il sistema potrebbe non essere perfettamente bilanciato e potrebbero verificarsi altri tipi di guasti. Pertanto in alcuni casi potrebbero essere necessari metodi di calcolo più avanzati.

Un altro metodo prevede la considerazione dell'impedenza del sistema e della distribuzione della corrente di guasto. Questo metodo tiene conto dell'impedenza del trasformatore, dei conduttori e di altri componenti dell'impianto elettrico. Il resistore di terra è dimensionato per raggiungere il livello di corrente di guasto desiderato in base all'impedenza complessiva del sistema.

Esempio di calcolo

Consideriamo un esempio per illustrare il calcolo del valore della resistenza di terra. Supponiamo di avere un sistema trifase con una tensione concatenata di 11 kV ((V_{LL}=11000) V) e di voler limitare la corrente di guasto verso terra a 100 A ((I_{g} = 100) A).

Utilizzando la formula (R=\frac{V_{LL}}{\sqrt{3}\times I_{g}}), possiamo calcolare la resistenza del resistore di terra come segue:

[R=\frac{11000}{\sqrt{3}\times100}\about63.5\Omega]

In questo esempio sarebbe necessaria una resistenza di terra con una resistenza di circa 63,5 (\Omega) per limitare la corrente di guasto verso terra a 100 A.

Considerazioni pratiche

Oltre ai calcoli tecnici, ci sono diverse considerazioni pratiche nella scelta di una resistenza di terra:

1. Tipo di resistore: Sono disponibili diversi tipi di resistori di messa a terra, come resistori a filo avvolto, resistori in ghisa e resistori al carbonio. Ciascun tipo presenta vantaggi e svantaggi in termini di costi, prestazioni e durata.
2. Montaggio e custodia: La resistenza di terra deve essere adeguatamente montata e racchiusa per proteggerla dai fattori ambientali e per evitare contatti accidentali. L'involucro deve essere progettato per fornire un'adeguata ventilazione per dissipare il calore generato durante un guasto.
3. Collaudo e Manutenzione: Il test e la manutenzione regolari della resistenza di terra sono essenziali per garantirne il corretto funzionamento. Ciò include la misurazione del valore di resistenza, il controllo di eventuali segni di danneggiamento o surriscaldamento e la verifica dei collegamenti.

Conclusione

Il calcolo del valore della resistenza di terra in un trasformatore di terra è un aspetto critico della progettazione dell'impianto elettrico. Considerando fattori quali la tensione del sistema, la limitazione della corrente di guasto, la durata del guasto, la capacità termica e la tolleranza della resistenza e utilizzando metodi di calcolo appropriati, possiamo selezionare la resistenza di terra giusta per una determinata applicazione.

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Riferimenti

1. Standard IEEE 32-2002, "Specifiche standard IEEE per i dispositivi di messa a terra del neutro".
2. Qualità dei sistemi di alimentazione elettrica, di Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan e H. Wayne Beaty.