چه تفاوتی بین یک ترانسفورماتور زمینگذاری و یک سیم پیچ خنثیساز قوس وجود دارد
نگاهی بر ترانسفورماتورهای زمینبندی
ترانسفورماتور زمینبندی که معمولاً به عنوان "ترانسفورماتور زمینبندی" یا به طور خلاصه "واحد زمینبندی" شناخته میشود، میتواند بر اساس ماده عایقی به دو نوع نفتی و خشک تقسیمبندی شود و بر اساس تعداد فازها به سهفازی و یکفازی. عمل اصلی ترانسفورماتور زمینبندی ارائه یک نقطه مصنوعی میانه برای سیستمهای برق که ترانسفورماتور یا ژنراتور آنها نقطه میانه طبیعی (مانند سیستمهای متصل به دلتا) ندارند است. این نقطه مصنوعی میانه امکان استفاده از سیم پیچ پیترسن (سیم پیچ خاموش کننده قوس) یا روش زمینبندی با مقاومت پایین را فراهم میکند، که در نتیجه جریان خطا در زمینگیری خط تکخطی کاهش مییابد و قابلیت اطمینان سیستم توزیع افزایش مییابد.
نگاهی بر سیم پیچهای خاموش کننده قوس (سیم پیچهای پیترسن)
همانطور که از نام آن مشخص است، سیم پیچ خاموش کننده قوس برای خاموش کردن قوسها طراحی شده است. این سیم پیچ یک سیم پیچ القایی با هسته آهنی است که بین نقطه میانه ترانسفورماتور (یا ژنراتور) و زمین متصل میشود و یک سیستم زمینبندی با سیم پیچ خاموش کننده قوس را تشکیل میدهد. این ساختار یک نوع از سیستمهای زمینبندی با جریان کوچک است. در شرایط عادی، هیچ جریانی از طریق سیم پیچ عبور نمیکند. اما وقتی شبکه توسط صاعقه یا خطا در زمینگیری خط تکخطی قوسی تأثیر میبیند، ولتاژ نقطه میانه به ولتاژ فاز افزایش مییابد. در این لحظه، جریان القایی از سیم پیچ خاموش کننده قوس جریان خطا ظرفیتی را جبران میکند. جریان باقیمانده بسیار کوچک میشود—به اندازه کافی برای حفظ قوس نیست—که اجازه میدهد به طور طبیعی خاموش شود. این با سرعت خطا در زمین را حذف میکند بدون ایجاد ولتاژهای خطرناک بالا.
نقش اصلی سیم پیچ خاموش کننده قوس ارائه جریان القایی است که جریان ظرفیتی در محل خطا را در زمینگیری خط تکخطی جبران میکند، که منجر به کاهش جریان خطا کل به زیر ۱۰ آمپر میشود. این کمک میکند تا بعد از عبور جریان از صفر، قوس دوباره روشن نشود، قوس خاموش شود، احتمال ایجاد ولتاژهای بالا کاهش یابد و ارتقاء خطا جلوگیری شود. وقتی به درستی تنظیم شده، سیم پیچ خاموش کننده قوس نه تنها احتمال ایجاد ولتاژهای بالا ناشی از قوس را کاهش میدهد بلکه دامنه آنها را نیز کاهش میدهد و خسارت حرارتی در محل خطا و افزایش ولتاژ در شبکه زمینبندی را کاهش میدهد.
تنظیم صحیح به معنای تطبیق یا نزدیک شدن جریان القایی (IL) با جریان ظرفیتی (IC) است. در عمل مهندسی، درجه تنظیم نادرست با عامل تنظیم V بیان میشود:
وقتی V=0، به آن جبران کامل (شرایط همنوایی) گفته میشود.
وقتی V>0، جبران کم است.
وقتی V<0، جبران زیاد است.
در مثالية، برای خاموش کردن بهترین قوس، مقدار مطلق V باید به حداقل برسد—بهترین حالت صفر (جبران کامل). اما در عمل شبکه، جبران کم (به ویژه جبران کامل) میتواند منجر به ولتاژهای بالای همنوا شود. به عنوان مثال، در یک سیستم تغذیه زغالخانه ۶ کیلوولت، ولتاژ جابجایی نقطه میانه تحت جبران کامل میتواند ۱۰ تا ۲۵ برابر بیشتر از یک سیستم بدون زمینبندی باشد—که به عنوان ولتاژ بالای همنوا شناخته میشود. علاوه بر این، عملیات قطع و وصل (مانند تغذیه موتورهای بزرگ یا قطع و وصل نامتناسب دیود) میتوانند ولتاژهای خطرناک را القا کنند. بنابراین، وقتی خطا در زمین وجود ندارد، عملیات سیم پیچ خاموش کننده قوس نزدیک به همنوا خطر بیشتری نسبت به فایده ایمنی دارد. در عمل، سیم پیچهای خاموش کننده قوسی که در یا نزدیک به جبران کامل عمل میکنند معمولاً با مقاومت میرا کننده مجهز میشوند تا ولتاژهای همنوا را کاهش دهند و تجربه میدانی نشان داده است که این رویکرد بسیار موثر است.
تفاوت بین ترانسفورماتورهای زمینبندی و سیم پیچهای خاموش کننده قوس
در سیستمهای توزیع سهفاز ۱۰ کیلوولت در چین، معمولاً نقطه میانه بدون زمینبندی است. برای جلوگیری از جریانهای ظرفیتی متناوب در زمینگیری خط تکخطی که میتوانند منجر به قوسهای مداوم و نوسانات ولتاژ شوند—که میتوانند به حوادث بزرگ تبدیل شوند—ترانسفورماتور زمینبندی برای ایجاد یک نقطه میانه مصنوعی استفاده میشود. ترانسفورماتور زمینبندی معمولاً از یک الگوی پیچشی (Z-نوع) استفاده میکند. نقطه میانه آن به یک سیم پیچ خاموش کننده قوس متصل میشود که سپس زمینبندی میشود. در زمینگیری خط تکخطی، جریان القایی از سیم پیچ خاموش کننده قوس جریان ظرفیتی سیستم را جبران میکند و امکان میدهد سیستم تا ۲ ساعت به طور مداوم عمل کند تا کارکنان تعمیر و نگهداری خطا را پیدا کرده و آن را رفع کنند.
بنابراین، ترانسفورماتور زمینبندی و سیم پیچ خاموش کننده قوس دو دستگاه مجزا هستند: سیم پیچ خاموش کننده قوس به طور اساسی یک القایی بزرگ است که بین نقطه میانه فراهم شده توسط ترانسفورماتور زمینبندی و زمین متصل میشود. آنها به عنوان یک سیستم هماهنگ عمل میکنند—اما نقشهای اساسی متفاوتی دارند.
