Maanjäristystransformatorien johtojärjestelyt ja parametrit

Maanläheisyysmuuntajan vääntelykonfiguraatiot

Maanläheisyysmuuntajat luokitellaan vääntelyyhdistelmän mukaan kahteen tyyppiin: ZNyn (zikkurat) tai YNd. Niiden neutraalipisteet voidaan yhdistää kaasupurkajakoppiin tai maareistukseen. Nykyään zikkurat-maanläheisyysmuuntaja, joka on yhdistetty kaasupurkajakoppiin tai pienarvoiseen vastuuseen, on yleisemmin käytössä.

1. Z-tyyppinen maanläheisyysmuuntaja
Z-tyypin maanläheisyysmuuntajia on sekä öljykosteettuja että kuivakuoreisia versioita. Kuivakuoriaisista versioista resinalustettu on eräs kuivakuoreinen versio. Rakenteeltaan se on samankaltainen kuin perinteinen kolmifasedinen ydinmuuntaja, paitsi että kussakin fasiin on jaettu vääntely kahdeksi yhtä pitkäksi osaksi—ylä- ja alaosaksi. Yhden osan päätepiste yhdistetään toisen fasin vääntelyn päätteeseen käänteisellä napautuksella.

Kaksi vääntelyosaa ovat vastakkaisnapautuksessa, muodostaen uuden fasin zikkurat-konfiguraatiossa. Ylävääntelyjen aloituspisteet—U1, V1, W1—noudataan ja yhdistetään kolmifaseisiin vaihtovirtaliitteihin A, B ja C. Alavääntelyjen aloituspisteet—U2, V2, W2—sidotaan yhteen muodostaen neutraalipisteen, joka sitten yhdistetään maareistukseen tai kaasupurkajakoppiin, kuten kuvassa näkyy. Tarkasta yhdistämistavasta riippuen z-tyypin maanläheisyysmuuntajat jaetaan vielä ZNvn1 ja ZNyn11 -konfiguraatioihin.

Z-tyypin maanläheisyysmuuntajissa voi olla myös pienjännitevääntely, joka yleensä yhdistetään tähtiin maatuun neutraalipisteeseen (yn), mikä mahdollistaa niiden käytön aseman sisäisten tarvikkeiden muuntajina.

2. Z-tyyppinen maanläheisyysmuuntaja
Z-tyypin muuntajien zikkurat-yhdistämisen etuja:

1. Yhden fasin lyhytsuljetusvirheen aikana maavirhevirta jakautuu suunnilleen tasaisesti kolmeen fasiin. Kummankin vääntelyn magnetokohdevoimat (MMF) kullakin ydinjäsenellä ovat vastakkaisen suuntaiset, joten ei ole tukitusta, mikä sallii virtan vapauttaa neutraalipisteestä virheelliseen linjaan.

2. Vaihespannossa ei ole kolmannen harmonisen komponenttia, koska zikkurat-yhdistetyssä kolmifaseisessa muuntajaryhmässä kolmannet harmoniset ovat identtisiä vektoreina. Vääntelyjen asettelun vuoksi jokaisen fasin kolmannen harmonisen sähkömoottorivoimat kumoavat toisensa, mikä johtaa melko sinimuotoiseen vaihespannoksiin.

Z-tyypin maanläheisyysmuuntajassa kahden puolivääntelyn nollajärjestysvirta kulkee samaan ydinjäsenelle vastakkaisiin suuntiin; siksi nollajärjestysreaktanssi on hyvin pieni, eikä se tukita nollajärjestysvirtaa. Syy sen pienelle nollajärjestysimpedanssille on seuraava: jokaisella maanläheisyysmuuntajan kolmella ydinjäsenellä on kaksi yhtä monta pyörähdystä omaavaa vääntelyä, jotka yhdistetään eri fasispannoksiin.

Kun tasapainoinen positiivinen tai negatiivinen kolmifasespannostus annetaan maanläheisyysmuuntajan liittelinjoille, kukin ydinjäsenen MMF on kahden eri fasiin yhdistetty vääntelyn MMF-vektoreiden summa. Individuaalisten ydinjäsenien MMF:t ovat siirtymässä 120°, muodostaen tasapainoisen kolmifaseset. Yhden fasin MMF voi muodostaa magneettisen piirin kaikkiin kolmeen ydinjäseniin, mikä johtaa pieniin magneettiresistenssiin, suuriin magneettivirtoihin, suuriin aiheutettuihin sähkömoottorivoimiin ja siten hyvin suureen magneuttamisimpedanssiin.

 Kuitenkin kun nollajärjestyspannostus annetaan kolmifaseisiin liittelinjoille, kummankin vääntelyn tuottamat MMF:t ovat yhtä suuret mutta vastakkaiset suuntaiset, mikä johtaa nollaan netto-MMF jokaisella jäsenellä—eli ei ole nollajärjestys-MMF:a kolmella ydinjäsenellä. Nollajärjestys-MMF voi suorittaa polkunsa vain säiliön ja ympäristön läpi, mikä esittää hyvin suurta magneettista resistenssiä; siksi nollajärjestys-MMF on hyvin pieni, mikä johtaa hyvin pieniin nollajärjestysimpedanssiin.

3.Maanläheisyysmuuntajan parametrit
Maanläheisyysmuuntajan avulla voidaan täyttää kaasupurkajakopin maayhteensopiva kompensointi, samalla kun se täyttää aseman sisäisten tarvikkeiden sähkö- ja valaistustarpeet. Z-yhdistettyjä muuntajia valitaan, ja maanläheisyysmuuntajan avaintekijöitä on asetettava järkevästi.

3.1 Nominoidtu kapasiteetti
Maanläheisyysmuuntajan ensimmäisen sivun kapasiteetti pitäisi vastata kaasupurkajakopin kapasiteettia. Perustuen standardiin kaasupurkajakopin kapasiteettiarvoihin, on suositeltavaa, että maanläheisyysmuuntajan kapasiteetti asetetaan 1,05–1,15 kertaiseksi kaasupurkajakopin kapasiteetista. Esimerkiksi 200 kVA kaasupurkajakoppi yhdistettäisiin 215 kVA maanläheisyysmuuntajaan.

3.2 Neutraalipisteen kompensointivirta
Yhden fasin virheen aikana muuntajan neutraalipisteen kautta kulkeva kokonaismääräinen virta

Edellä mainitussa kaavassa:

U on distribuution verkon liittelinjavirta (V);
Zx on kaasupurkajakopin impedanssi (Ω);
Zd on maanläheisyysmuuntajan primääri nollajärjestys impedanssi (Ω/fase);
Zs on järjestelmän impedanssi (Ω).

Neutraalipisteen kompensointivirran kesto tulisi olla sama kuin kaasupurkajakopin jatkuvatoiminnan aika, joka on määritelty 2 tunniksi.

3.3 Nollajärjestysimpedanssi
Nollajärjestysimpedanssi on maajohdintamukauttiman kriittinen parametri, joka vaikuttaa merkittävästi relaissuojauksen asetusten määrittämiseen yksiphasaisen maahavaintokappaleen rajoittamiseksi ja liian suurten jännitteiden tukahduttamiseksi. Z-muotoisilla (Z-tyypin) maajohdintamukauttimilla ilman toissijainta sekä tähtien/avoimen deltayhdistelmän kanssa varustetuilla maajohdintamukauttimilla on vain yksi impedanssi – nollajärjestysimpedanssi – mikä mahdollistaa valmistajien vastata sähköverkkoyhtiöiden vaatimuksiin.

3.4 Hukka
Hukka on tärkeä maajohdintamukauttiman suorituskykyparametri. Maajohdintamukauttimissa, joilla on toissijainen kytkentä, tyhjälatahukka voidaan tehdä samaksi kuin samalla arvolla olevan kaksikytkentäisen mukauttiman tyhjälatahukka. Lataloista hukasta, kun toissijainen puoli toimii täysiin ladataan, ensimmäinen puoli kantaa suhteellisen kevyttä ladattua; siksi sen lataloishukka on pienempi kuin saman toissijaisten kapasiteetin kaksikytkentäisen mukauttiman lataloishukka.

3.5 Lämpötilan nousu
Kansallisten standardien mukaan maajohdintamukauttiman lämpötilan nousu on säänneltävä seuraavasti:

1. Nominalin jatkuvan sähkövirran alla tapahtuva lämpötilan nousu on saatava vastaamaan kansallisten standardeissa yleisille sähkömuuntimille tai kuiville muuntimille asetettuja säännöksiä. Tämä koskee pääasiassa niitä maajohdintamukauttimia, joiden toissijainen puoli on usein ladattu.

2. Jos lyhytaikainen ladattu virran kesto ei ylitä 10 sekuntia (tapahtuma, joka tapahtuu yleensä silloin, kun neutraalipiste on yhdistetty vastuuseen), lämpötilan nousun on vastattava kansallisten standardeissa sähkömuuntimille säädettyjä rajoituksia lyhytsulkuoloissa.

3. Kun maajohdintamukautin toimii yhdessä kaasuvalotuspyyhkäyssilmukkakoneen kanssa, sen lämpötilan nousun on vastattava kaasuvalotuspyyhkäyssilmukkakoneelle asetetut lämpötilan nousuvaatimukset:

• Jatkuvasti nominalvirralla ladattujen kytkentöjen lämpötilan nousu on rajoitettava 80 K:ään. Tämä koskee pääasiassa tähtien/avoimen deltayhdistelmän kanssa varustettuja maajohdintamukauttimia.

• Kytkentöjen, joiden maksimivirran kesto on 2 tuntia (määritelty nominalvirralla), sallittu lämpötilan nousu on 100 K. Tämä tilanne vastaa useimpien maajohdintamukauttimien toimintatapaa.

• Kytkentöjen, joiden maksimivirran kesto on 30 minuuttia, sallittu lämpötilan nousu on 120 K.

Nämä säännökset perustuvat siihen, että tiukoimmissa toimintatiloissa kytkentöjen kuumaimpaan kohtaan ei saa nousta yli 140 °C - 160 °C, mikä takaa turvallisen eristysmateriaalin toiminnan ja välttää eristysmateriaalin elinkaaren huomattavan lyhyenemisen.