Методи за обвиване и параметри на трансформатори за заземяване
Конфигурации обмоток заземляющего трансформатора
Заземлящи трансформатори се класифицират по връзката на обмотките в два типа: ZNyn (зигзаг) или YNd. Их нейтрални точки могат да бъдат свързани с дуговна подаваща бобина или заземващо съпротивление. В момента повече се използват заземлящи трансформатори от тип зигзаг (Z-тип), свързани чрез дуговна подаваща бобина или с малка стойност съпротивление.
1. Заземлящ трансформатор от тип Z
Трансформаторите от тип Z имат както маслоизолирани, така и сухи изолирани версии. Сред тях, заливаните с резина са вид суха изолация. По конструкция те са подобни на стандартния трифазен ядренен трансформатор, с изключение, че във всяко фазно колело обмотката е разделена на две равни части - горна и долна. Крайната точка на една част е свързана в обратна полярност последователно с крайната точка на обмотката на друга фаза.
Двете секции обмотки имат противоположни полярности, формирайки нова фаза в конфигурацията на зигзаг. Началните терминали на горните обмотки - U1, V1, W1 - са изведени и свързани с трите фазни линии A, B и C, съответно. Началните терминали на долните обмотки - U2, V2, W2 - са свързани заедно, формирайки нейтралната точка, която след това е свързана с заземващо съпротивление или дуговна подаваща бобина, както е показано на фигурата. В зависимост от конкретния метод на връзка, трансформаторите от тип Z се разделят още на конфигурации ZNvn1 и ZNyn11.
Трансформаторите от тип Z могат също да бъдат оборудвани с нисковолтна обмотка, обикновено свързана в звезда с заземена нейтрална точка (yn), позволяваща им да служат като трансформатори за станционни нужди.
2. Преимущества на зигзаговата връзка на трансформаторите от тип Z
Преимуществата на зигзаговата връзка на трансформаторите от тип Z:
При еднофазно късо замыкване, тока на заземяването е приблизително равномерно разпределен между трите фазни обмотки. Магнитните моменти (MMF) на двата обмотки във всяко ядро са противоположни по посока, така че няма демпфируващ ефект, позволяващ на тока свободно да протича от нейтралната точка до дефектната линия.
Няма трета хармоника в фазното напрежение, тъй като в банка от три единични фазни трансформатора, свързани в зигзаг, третите хармоники имат еднакви големина и посока като вектори. Благодарение на конфигурацията на обмотките, третите хармонични електромоторни сили във всяка фаза се компензират, резултиращо в почти синусоидално фазно напрежение.
В трансформатор от тип Z, нулевите токове в двете половини обмотки във всяко ядро протичат в противоположни посоки; следователно, нулевото реактивно съпротивление е много ниско и не задушава нулевия ток. Принципът на ниското нулево импедансно съпротивление е следния: във всяко от трите ядра на заземлящия трансформатор има две обмотки с равен брой завои, свързани с различни фазни напрежения.
Когато се приложат балансирано положителни или отрицателни трифазни напрежения към линейните терминали на заземлящия трансформатор, MMF-то във всяко ядро е векторна сума от MMF-тата на двете обмотки, свързани с различни фази. Резултантните MMF-та в отделните ядра са преместени с 120°, формирайки балансиран набор от три фази. Еднофазното MMF може да установи магнитен път през всичките три ядра, резултиращо в ниско магнитно съпротивление, голям магнитен поток, високо индуцирано EMF и следователно много високо магнитизиращо импедансно съпротивление.
Однако, когато се приложи нулева хармоника към трифазните линейни терминали, MMF-тата, произведени от двете обмотки във всяко ядро, са равни по големина, но противоположни по посока, резултиращо в нулево общо MMF във всяко ядро - следователно, няма нулево MMF в трията ядра. Нулевото MMF може да завърши своя път само през резервоара и околна среда, което представя много високо магнитно съпротивление; следователно, нулевото MMF е много малко, водещо до много ниско нулево импедансно съпротивление.
3. Параметри на заземлящия трансформатор
За да се удовлетворят изискванията на разпределителните мрежи, използващи заземяване с компенсация от дуговна подаваща бобина, и същевременно да се удовлетворят нуждите на станционните нужди за енергия и осветление в трансформаторните станции, се избират трансформатори с връзка Z, и ключовите параметри на заземлящия трансформатор трябва да бъдат разумно зададени.
3.1 Номинална мощност
Мощността на первичната страна на заземлящия трансформатор трябва да съответства на мощността на дуговната подаваща бобина. На основата на стандартните рейтингове на мощността на дуговната подаваща бобина, препоръчително е мощността на заземлящия трансформатор да бъде зададена на 1,05-1,15 пъти мощността на дуговната подаваща бобина. Например, 200 kVA дуговна подаваща бобина би била свързана с 215 kVA заземлящ трансформатор.
3.2 Компенсиращ ток на нейтралната точка
Общият ток, протичащ през нейтралната точка на трансформатора при еднофазен дефект
В горния формула:
U е линейното напрежение на разпределителната мрежа (V);
Zx е импедансът на дуговната подаваща бобина (Ω);
Zd е первичното нулево последователно импедансно съпротивление на заземлящия трансформатор (Ω/фаза);
Zs е импедансът на системата (Ω).
Продължителността на компенсиращия ток на нейтралната точка трябва да е същата като продължителността на постоянната работа на дуговната подаваща бобина, която е определена като 2 часа.
3.3 Нулево последователно съпротивление
Нулевото последователно съпротивление е ключов параметър на заземяващия трансформатор и оказва значително влияние върху настройките на релейната защита за ограничаване на токовете при еднофазни замъквания към земя и потискане на прекомерните напрежения. За зигзаг (Z-тип) заземяващи трансформатори без вторична намотка, както и за тези със звезда/отворен триъгълник връзки, има само едно съпротивление – а именно нулевото последователно съпротивление – което позволява на производителите да отговарят на изискванията на електроразпределителните дружества.
3.4 Загуби
Загубите са важен експлоатационен параметър на заземяващите трансформатори. За заземяващи трансформатори, оборудвани с вторична намотка, загубите при празен ход могат да бъдат еквивалентни на тези на двуобмотков трансформатор със същата номинална мощност. По отношение на загубите под товар, когато вторичната страна работи при пълен товар, първичната страна носи относително малък товар; следователно загубите под товар са по-ниски в сравнение с тези на двуобмотков трансформатор с еднаква мощност от вторичната страна.
3.5 Повишаване на температурата
Според националните стандарти повишаването на температурата на заземяващите трансформатори се регулира по следния начин:
Повишаването на температурата при номинален продължителен ток трябва да отговаря на разпоредбите в националния стандарт за общи силови трансформатори или сухи трансформатори. Това се отнася основно за заземяващи трансформатори, чиято вторична страна често е под товар.
Когато кратковременният товарен ток продължава не повече от 10 секунди (ситуация, типична когато неутралната точка е свързана към резистор), повишаването на температурата трябва да отговаря на ограниченията, посочени в националния стандарт за силови трансформатори при късо съединение.
Когато заземяващият трансформатор работи заедно с дъгоугасителна бобина, повишаването на температурата му трябва да отговаря на изискванията за повишаване на температурата на дъгоугасителната бобина:
За намотки, непрекъснато пренасящи номинален ток, повишаването на температурата е ограничено до 80 K. Това се отнася основно за заземяващи трансформатори със звезда/отворен триъгълник връзка.
За намотки с максимална продължителност на тока от 2 часа (както е посочено за номиналния ток), допустимото повишаване на температурата е 100 K. Това състояние съответства на режима на работа на повечето заземяващи трансформатори.
За намотки с максимална продължителност на тока от 30 минути, допустимото повишаване на температурата е 120 K.
Тези разпоредби са базирани на изискването, че при най-тежките условия на експлоатация, температурата в горещата точка на намотките не трябва да надвишава 140 °C до 160 °C, за да се гарантира безопасна изолационна работа и да се избегне сериозно намаляване на живота на изолацията.
