Kako rešiti presojanje enofaznega zemeljskega krhotu za 3-fazni 4PT v nezemljenih sistemih

V nezazemljenih sistemih na 10 kV in 35 kV enofazne zazemljujoče napake povzročajo minimalen tok, zato se zaščita redko odpali. Po predpisih je delovanje omejeno na 2 ure; dolgotrajne neodkrita napaka lahko postane še slabša, celo do takšne mere, da poškoduje preklopnike. Čeprav državna mreža spodbuja uporabo naprav za izbiro premičnega zazemljujočega toka v podstanicah na 110 kV in 220 kV, njihova natančnost ostaja nizka, kar zahteva, da operaterji/operativni osebje analizirajo oddaljene meritve. Za nezazemljene sisteme s trofaznimi 4PT napetostnimi transformatorji ta članek analizira enofazno zazemljanje, da izboljša uporabnost oddaljenih meritev za osebje, ter ponuja rešitve, temelječe na izkušnjah na terenu.

1 Analiza normalnega delovanja in enofaznih zazemljujočih napak v nezazemljenih sistemih
1.1 Načelo delovanja napetostnega transformatorja med normalnim delovanjem

Za 10 kV busbar s trofaznim 4PT napetostnim transformatorjem (pletenje: Slika 1), U_A, U_B, U_C(napetosti faza-do-tla), U_L (ničelna napetost); U_Aa, U_Bb, U_Cc (primarne navije faze); U_a, U_b, U_c (sekundarne navije faze), 3U₀ (ničelna napetost). Vsi PT razmerji:(10 kV/√3)/(57.74 V).

Med normalnim delovanjem so analizirane primarne trofazne in ničelne napetosti, kot je prikazano v enačbi (1). Iz enačbe (1) so dobivene sekundarne napetosti kot U_a= 57.74 V, U_b = 57.74V, U_c = 57.74V, in 3U₀ = 0V, kar je skladno z sekundarnimi napetostmi napetostnega transformatorja s trofaznim odprtodeltnim pletenjem.

1.2 Analiza načela PT pri enofaznem zazemljanju

Ko pride do zazemljujoče napake faze A, se primarna stran napetostnega transformatorja ekvivalentno predstavi, kot je prikazano na Sliki 2. Med njimi so primarne navije trofaznega PT , impedanca ničelne navije je , in U_A', U_B', U_C', U_L' so napetosti faza-do-tla treh faz in ničelna napetost, ko pride do zazemljujoče napake faze A, ločeno.

Po superpozičnem teoremu je možno pridobiti

Glede na značilnosti trofaznega 4PT napetostnega transformatorja je impedanca ničelne navije veliko večja od impedanci faznih navijev. Torej se zgornja formula lahko poenostavi, kot je prikazano v formuli (3).

Ko pride do zazemljujoče napake faze A, je napetost faze A do tla 0, napetosti faz B in C pa sta 10 kV. Skupaj s formulo (3) je možno pridobiti vektorski diagram ob enofaznem zazemljujočem dogodku, kot je prikazano na Sliki 3.

Na podlagi analize vektorskega diagrama na Sliki 3 je možno pridobiti formulo (4). Med njimi so U_Aa', U_Bb', in U_Cc' primarne navije busbara po zazemljujočem dogodku faze A, ločeno.U_Aa'= U_A 10kV√3, U_Bb'= U_B 10kV√3, U_Cc' =U_C 10kV√3, U_L'=U_A = 10kV √3. Po pretvorbi na sekundarno stran po dogodku lahko pridobimo U_a' = 57.74V, U_b' = 57.74V, U_c' = 57.74V, in 3U₀' = 57.74V.

Iz zgornje analize sledi, da v nezazemljenem sistemu, ko pride do enofaznega zazemljujočega dogodka, so napetosti treh faz ABC vse 57.74 V, kar je skladno s situacijo normalnega delovanja. Le ničelna napetost se dvigne na fazno napetost, kar prinaša veliko zmoto nadzornemu in održevalskemu osebju. Zelo je težko ugotoviti, da gre za enofazno zazemljujoči dogodek. Poleg tega, ker je napaka previsoka, za zaščito ni mogoče aktivirati zaščitne odpala, kar prinaša skrite tveganja varnemu in stabilnemu delovanju električne mreže.

2 Popravki

Da bi rešili problem, da za napetostni transformator s trofaznim 4PT pletenjem, ko pride do enofaznega zazemljujočega dogodka, poslani oddaljeni meritve trofaznih napetosti so skladne s situacijo normalnega delovanja, kar prinaša določeno zmoto nadzornemu in održevalskemu osebju. Ta članek predlaga, da se pletenje primarne strani napetostnega navija trofaznega 4PT napetostnega transformatorja ne spremeni, le pletenje sekundarne strani, kot je prikazano na Sliki 4.

Na podlagi načela, analiziranega v razdelku 1.2, lahko izpeljemo: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0V, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10kV. To pomeni, da so sekundarne napetosti po dogodku U_A' = 0V, U_B' = 100 kV, U_C' = 100kV, in3U₀' = 57.74kV. Iz zgornje analize sledi, da za izboljšan trofazni 4PT napetostni transformator, ob enofaznem zazemljujočem dogodku, so trofazne napetosti skladne z enofaznimi napakami v trofaznem štirježilnem sistemu, in ničelna napetost se tudi dvigne na fazno napetost.

Nadzorno in održevalsko osebje lahko hitro ugotovi, da je v 10 kV sistemu prišlo do enofaznega zazemljujočega dogodka. Skupaj s selektivnim napravom za izbiro premičnega zazemljujočega toka lahko čim prej odstranijo relevantno napako.

3 Zaključek

Ta članek predlaga metodo pletenja sekundarne strani za trofazni 4PT napetostni transformator, ki lahko posreduje oddaljene meritve trofaznih napetosti z istimi značilnostmi, kot so enofazne zazemljujoče napake v nezazemljenem sistemu v nadzorni sistem. Tako je lažje nadzornemu in održevalskemu osebju hitro sprejeti odločitve, preprečiti, da bi se napaka še bolj poslabšala, in zagotoviti varno in stabilno delovanje električne mreže.