Kako rešiti problem odlučivanja o jednofaznom zemljaju u 3-faznim 4PT sistemima bez zemljanja?

U nezazemljenim sistemima od 10 kV i 35 kV, jednofazni zemljani otkazi uzrokuju minimalan struja, tako da zaštita rijetko isključuje. Prema propisima, rad je ograničen na 2 sata; dugotrajni neodržani otkazi mogu se pogoršati, čak i do oštećenja prekidača. Dok Državna mreža promoviše uređaje za izbor linija sa malom strujom u podstanicama od 110 kV i 220 kV, njihova tačnost ostaje niska, što zahteva da nadzorno-operativni osoblje analizira udaljene mere. Za nezazemljene sisteme sa trofaznim 4PT transformatorima napona, ovaj rad analizira jednofazne zemljane otkaze kako bi poboljšao upotrebljivost udaljenih merenja za osoblje, nudi rešenja bazirana na iskustvu u terenu.

1 Analiza normalnog rada i jednofaznih zemljanih otkaza u nezazemljenim sistemima
1.1 Princip rada transformatora napona tokom normalnog rada

Za 10 kV busov trofazni 4PT transformator napona (spajanje: Slika 1), U_A, U_B, U_C(naponi faza-do-zemlje), U_L (naponski niz reda nula); U_Aa, U_Bb, U_Cc (primarni obmotni fazonaponi); U_a, U_b, U_c (sekundarni obmotni fazonaponi), 3U₀ (naponski niz reda nula). Sve PT omjeri:(10 kV/√3)/(57.74 V).

Tokom normalnog rada, analiziraju se primarni trofazni i naponski nizovi reda nula, kao što je prikazano u Jednačini (1). Iz Jednačine (1) dobijaju se sekundarni naponi kao U_a= 57.74 V, U_b = 57.74V, U_c = 57.74V, i 3U₀ = 0V, što je u skladu sa sekundarnim naponima transformatora napona sa trofaznim otvorenim deltoidnim spajanjem.

1.2 Principijska analiza PT u slučaju jednofaznog zemljanih otkaza

Kada se desi zemljani otkaz u fazi A, primarni deo transformatora napona može ekvivalentno predstaviti kao na slici 2. Među njima, primarni obmoti trofaznog PT su , impedansa nultog reda obmota je , a U_A', U_B', U_C', U_L' su naponi faza-do-zemlje tri faze i naponski niz reda nula kada se desi zemljani otkaz u fazi A, redom.

Prema teoremi superpozicije, može se dobiti

Prema karakteristikama trofaznog 4PT transformatora napona, impedansa nultog reda obmota je mnogo veća od impedanse faznog obmota. Tada se gornja formula može pojednostaviti kao što je prikazano u Formuli (3).

Kada se desi zemljani otkaz u fazi A, napon faze A do zemlje je 0, a naponi faza B i C su 10 kV. U kombinaciji sa Formulom (3), može se dobiti vektorski dijagram tijekom jednofaznog zemljanih otkaza, kao što je prikazano na slici 3.

Na osnovu analize vektorskog dijagrama na slici 3, može se dobiti Formula (4). Među njima, U_Aa', U_Bb', i U_Cc' su primarni obmotni naponi busa nakon zemljanih otkaza u fazi A, redom.U_Aa'= U_A 10kV√3, U_Bb'= U_B 10kV√3, U_Cc' =U_C 10kV√3, U_L'=U_A = 10kV √3. Konvertovanjem na sekundarnu stranu nakon otkaza, možemo dobiti U_a' = 57.74V, U_b' = 57.74V, U_c' = 57.74V, i 3U₀' = 57.74V.

Iz gornje analize, u nezazemljenom sistemu, kada se desi jednofazni zemljani otkaz, naponi tri faze ABC su svi 57.74 V, što je u skladu sa situacijom tokom normalnog rada. Samo naponski niz reda nula poraste na fazni napon, što donosi veliku zbunjenost nadzorno-operativnom i održavajućem osoblju. Veoma je teško zaključiti da se radi o jednofaznom zemljanim otkazu. Takođe, jer je struja otkaza previše mala da bi se aktivirala zaštita, to donosi skrivene opasnosti za siguran i stabilan rad električne mreže.

2 Mere ispravljanja

Da bi se rešila problema da, za transformator napona sa trofaznim 4PT spajanjem, kada se desi jednofazni zemljani otkaz, preneseni trofazni naponi udaljenih merenja su u skladu sa situacijom tokom normalnog rada, što donosi određenu zbunjenost nadzorno-operativnom i održavajućem osoblju. Ovaj rad predlaže da se spajanje primarnog obmota napona transformatora napona sa trofaznim 4PT ostavi nepromenjeno, a promeniti spajanje sekundarnog obmota, kao što je prikazano na slici 4.

Na osnovu principa analiziranog u odseku 1.2, može se izvesti: U_A' = U_L' + U_Aa' = 0V, U_B' = U_L' + U_Bb' = 10kV, U_C' = U_L' + U_Cc' = 10kV. To jest, sekundarni naponi nakon otkaza su U_A' = 0V, U_B' = 100 kV, U_C' = 100kV, i3U₀' = 57.74kV. Iz gore analiziranih podataka, za unapređeni trofazni 4PT transformator napona, tijekom jednofaznog zemljanih otkaza, trofazni naponi su u skladu sa jednofaznim otkazom u trofaznom četverozavojnom sistemu, a naponski niz reda nula takođe poraste na fazni napon.

Nadzorno-operativno i održavajuće osoblje može brzo zaključiti da se desi jednofazni zemljani otkaz u 10 kV sistemu. U kombinaciji sa uređajem za izbor linija sa malom strujom, relevantna otkazna linija može biti uklonjena što pre.

3 Zaključak

Ovaj rad predlaže metodu spajanja sekundarnog obmota za trofazni 4PT transformator napona, koja može preneti trofazna udaljena merenja napona sa istim karakteristikama kao kod jednofaznog zemljanih otkaza u nezazemljenom sistemu na nadzorni sistem. Time se omogućava brza procjena nadzorno-operativnog i održavajućeg osoblja, sprečava se dalji pogoršanje otkaza i osigurava se sigurno i stabilno funkcionisanje električne mreže.