Forbindelsesmetoder og parametre for jordforbindelsetransformatorer

Konfigurationer af jordforbindelser for transformatorvindinger

Jordforbindelsetransformatorer er inddelede i to typer baseret på vindingsforbindelse: ZNyn (zigzag) eller YNd. Deres neutrale punkter kan være forbundet til en buelukningsspole eller en jordmodstand. I øjeblikket er zigzag (Z-type) jordforbindelsetransformator forbundet via en buelukningsspole eller en lav værdi modstand mere almindeligt anvendt.

1. Z-Type Jordforbindelsetransformator
Z-type jordforbindelsetransformatorer kommer både i oljeindfrøste og tør-indulgede versioner. Blandt dem er harpestøbning en type af tør-isolation. Strukturelt ligner den en standard trefased kerne-type krafttransformator, bortset fra at på hver faseben, er vindingen opdelt i to lige omgangsafsnit – øverst og nederst. Enden af et afsnit er forbundet med revers polaritet serie med enden af en anden fases vinding. 

De to vindingsafsnit har modsat polæritet, der danner en ny fase i en zigzag-konfiguration. Startterminalerne af de øvre vindinger – U1, V1, W1 – er ført ud og forbundet med trefasede AC-forsyningslinjer A, B, og C, henholdsvis. Startterminalerne af de nedre vindinger – U2, V2, W2 – er forbundet sammen for at danne det neutrale punkt, som derefter er forbundet til en jordmodstand eller en buelukningsspole, som vist på figuren. Afhængigt af den specifikke forbindelsesmetode, er Z-type jordforbindelsetransformatorer yderligere inddelt i ZNvn1 og ZNyn11 konfigurationer.

Z-type jordforbindelsetransformatorer kan også være udstyret med en lavspændingsvinding, typisk forbundet i stjerne med en jordet neutral (yn), hvilket gør det muligt for dem at fungere som stationstransformatorer.

2. Z-Type Jordforbindelsetransformator
Fordele ved zigzag-forbindelsen af Z-type transformatorer:

1. Under en enkelfase kortslutning er jordfejlstrømmen omtrent ligeligt fordelt mellem trefasen vindinger. Magnetiske drivkræfter (MMF'er) af de to vindinger på hver kerneben er modsat rettet, så der er ingen dempingseffekt, hvilket tillader strøm at flyde frit fra det neutrale punkt til den fejlende linje.

2. Der findes ingen tredje-harmonisk komponent i fase spændingen, da i en zigzag-forbundet tre-en-fase-transformatorbank, har de tredje harmoniske identisk størrelse og retning som vektorer. På grund af vindingsarrangementet, annullerer tredje-harmoniske elektromotiv kraft i hver fase hinanden, hvilket resulterer i en næsten sinusformet fase spænding.

I en Z-type jordforbindelsetransformator, løber nulsekvensstrømme i de to halvvindinger på samme kerneben i modsat retning; derfor er nulsekvensreaktansen meget lav, og den kvæler ikke nulsekvensstrøm. Principperne bag dens lave nulsekvensimpedance er som følger: på hver af de tre kerneben af jordforbindelsetransformator, er der to vindinger med lige antal omgange, hver forbundet til forskellige fase spændinger. 

Når balancerede positive- eller negative-sekvens trefase spændinger anvendes på linjeterminalerne af jordforbindelsetransformator, er MMF'en på hvert kerneben vektor summen af MMF'erne fra de to vindinger forbundet til forskellige faser. De resulterende MMF'er på individuelle kerneben er forskydte med 120°, der danner en balanceret trefase sæt. Den enkelfase MMF kan etablere en magnetisk circuit over alle tre kerneben, der resulterer i lav magnetisk modstand, stor magnetisk flux, høj induceret EMK, og dermed meget høj magnetiseringsimpedance.

 Men når nulsekvens spænding anvendes på trefase linjeterminalerne, er MMF'erne produceret af de to vindinger på hvert kerneben lige store, men modsat rettede, der resulterer i nul netto MMF pr. ben - derfor, ingen nulsekvens MMF findes i de tre kerneben. Nulsekvens MMF kan kun fuldføre sin vej gennem tanken og omkringliggende medium, som præsenterer meget høj magnetisk modstand; derfor er nulsekvens MMF meget lille, der fører til meget lav nulsekvensimpedance.

3.Jordforbindelsetransformatorparametre
For at opfylde kravene for distributionsnetværk, der bruger buelukningsspole jordforbindelseskompenation, samt at opfylde behovene for stationsbelastninger for kraft og belysning i understationer, vælges Z-forbundne transformatorer, og nøgleparametrene for jordforbindelsetransformator skal være fornuftigt sat.

3.1 Nominel kapacitet
Kapaciteten på primær-siden af jordforbindelsetransformatoren skal matche kapaciteten af buelukningsspolen. Baseret på standard buelukningsspole kapacitetsværdier, anbefales det, at jordforbindelsetransformator kapaciteten sættes til 1,05–1,15 gange buelukningsspole kapaciteten. For eksempel vil en 200 kVA buelukningsspole blive parret med en 215 kVA jordforbindelsetransformator.

3.2 Neutralpunkt kompensationsstrøm
Den samlede strøm, der løber gennem transformatorens neutrale punkt under en enkelfase fejl

I ovenstående formel:

U er linjespændingen i distributionsnetværket (V);
Zx er impedancen af buelukningsspolen (Ω);
Zd er primær nulsekvens impedancen af jordforbindelsetransformator (Ω/fase);
Zs er systemimpedancen (Ω).

Varigheden af neutralpunkt kompensationsstrømmen skal være den samme som kontinuerlige driftstid for buelukningsspolen, som er angivet til 2 timer.

3.3 Nulrækkeimpedans
Nulrækkeimpedansen er en kritisk parameter for jordningstransformatorer og har betydelig indflydelse på relæbeskyttelsesindstillinger for begrænsning af strøm i enfasjordfejl og dæmpning af overspændinger. For zigzag (Z-type) jordningstransformatorer uden sekundær spole samt dem med stjerne/åben-delta-forbindelser findes der kun én impedans - nemlig nulrækkeimpedansen - hvilket gør det muligt for producenter at opfylde utilities krav.

3.4 Tab
Tab er en vigtig ydeevneparameter for jordningstransformatorer. For jordningstransformatorer udstyret med en sekundær spole kan tomstrabetab være ligeledes med en to-spole-transformator af samme effekt. Med hensyn til belastningstab, når sekundærsiden kører ved fuld belastning, bærer primærsiden en relativt let belastning, hvilket resulterer i en lavere belastningstab end for en to-spole-transformator med samme kapacitet på sekundærsiden.

3.5 Temperaturstigning
I henhold til nationale standarder reguleres temperaturstigningen for jordningstransformatorer som følger:

1. Temperaturstigningen ved fastsatte kontinuerlige strøm skal overholde bestemmelserne i den nationale standard for generelle strømtransformatorer eller tørransformatorer. Dette gælder hovedsageligt for jordningstransformatorer, hvis sekundærside ofte er belasted.

2. Når kortvarig belastningsstrøm varer ikke mere end 10 sekunder (en situation, der typisk optræder, når neutralpunktet er forbundet til en resistor), skal temperaturstigningen overholde grænserne angivet i den nationale standard for strømtransformatorer under kortslutningsforhold.

3. Når jordningstransformatoren fungerer sammen med en buelukningsboble, skal dens temperaturstigning overholde temperaturstigningskravene for buelukningsboblen:

• For vindinger, der konstant bærer fastsat strøm, er temperaturstigningen begrænset til 80 K. Dette gælder hovedsageligt for jordningstransformatorer med stjerne/åben-delta-forbindelse.

• For vindinger med maksimal strømduration på 2 timer (som specificeret for fastsat strøm), er den tilladte temperaturstigning 100 K. Dette tilstand passer til driftsmåden for de fleste jordningstransformatorer.

• For vindinger med maksimal strømduration på 30 minutter, er den tilladte temperaturstigning 120 K.

Disse bestemmelser er baseret på at sikre, at under de mest alvorlige driftsbetingelser, hotspot temperaturen for vindingerne ikke overstiger 140 °C til 160 °C, hvilket garanterer sikkert isoleringsdrift og undgår en alvorlig reduktion i isoleringens levetid.