Mga Paraan ng Pagkakawire at mga Parameter ng Mga Transformer na Grounding

Mga Konfigurasyon ng Winding ng Grounding Transformer

Ang mga grounding transformer ay nakaklase batay sa koneksyon ng winding sa dalawang uri: ZNyn (zigzag) o YNd. Ang kanilang mga neutral points ay maaaring ikonekta sa isang arc suppression coil o grounding resistor. Sa kasalukuyan, ang zigzag (Z-type) grounding transformer na naka-ikonekta sa pamamagitan ng isang arc suppression coil o low-value resistor ay mas kadalasang ginagamit.

1. Z-Type Grounding Transformer
Ang Z-type grounding transformers ay may mga bersyon na oil-immersed at dry-type insulation. Sa kanila, ang resin-cast ay isang uri ng dry insulation. Struktural, ito ay katulad ng standard three-phase core-type power transformer, maliban na lang sa bawat phase leg, ang winding ay nahahati sa dalawang equal-turn sections—upper at lower. Ang dulo ng isang seksyon ay naka-ikonekta sa reverse polarity series sa dulo ng isa pang phase’s winding. 

Ang dalawang winding sections ay may opposite polarities, na nagpapabuo ng bagong phase sa zigzag configuration. Ang start terminals ng upper windings—U1, V1, W1—ay inilalabas at naka-ikonekta sa three-phase AC supply lines A, B, at C, respectively. Ang start terminals ng lower windings—U2, V2, W2—ay pinagsama upang bumuo ng neutral point, na pagkatapos ay naka-ikonekta sa isang grounding resistor o arc suppression coil, tulad ng ipinapakita sa larawan. Batay sa partikular na paraan ng koneksyon, ang Z-type grounding transformers ay higit na nakaklase sa ZNvn1 at ZNyn11 configurations.

Maaari ring magkaroon ang Z-type grounding transformers ng isang low-voltage winding, karaniwang naka-ikonekta sa star na may grounded neutral (yn), na nagbibigay-daan para silang maging station service transformers.

2. Z-Type Grounding Transformer
Mga benepisyo ng zigzag connection ng Z-type transformers:

1. Sa panahon ng single-phase short circuit, ang grounding fault current ay halos pantay na nahahati sa tatlong-phase windings. Ang magnetomotive forces (MMFs) ng dalawang windings sa bawat core limb ay opposite sa direksyon, kaya walang damping effect, na nagpapahintulot sa current na makalibreng umagos mula sa neutral point patungo sa faulted line.

2. Walang third-harmonic component sa phase voltage dahil, sa zigzag-connected three-single-phase transformer bank, ang third harmonics ay may parehong magnitude at direksyon bilang vectors. Dahil sa winding arrangement, ang third-harmonic electromotive forces sa bawat phase ay kanselado ang isa’t-isa, na nagreresulta sa halos sinusoidal phase voltage.

Sa isang Z-type grounding transformer, ang zero-sequence currents sa dalawang half-windings sa parehong core limb ay umuusad sa opposite directions; kaya, ang zero-sequence reactance ay napakababa, at hindi ito naka-choking ng zero-sequence current. Ang prinsipyong nasa likod ng mababang zero-sequence impedance ay sumunod: sa bawat tatlong core limbs ng grounding transformer, mayroong dalawang windings na may equal turns, bawat isa ay naka-ikonekta sa iba't ibang phase voltages. 

Kapag balanced positive- o negative-sequence three-phase voltages ang na-apply sa line terminals ng grounding transformer, ang MMF sa bawat core limb ay ang vector sum ng MMFs mula sa dalawang windings na naka-ikonekta sa iba't ibang phases. Ang resultant MMFs sa individual core limbs ay displaced by 120°, na nagpapabuo ng balanced three-phase set. Ang single-phase MMF ay maaaring mapagtibay ang magnetic circuit sa lahat ng tatlong core limbs, na nagreresulta sa mababang magnetic reluctance, malaking magnetic flux, mataas na induced EMF, at kaya napakataas na magnetizing impedance.

 Gayunpaman, kapag zero-sequence voltage ang na-apply sa three-phase line terminals, ang MMFs na gawa ng dalawang windings sa bawat core limb ay equal sa magnitude ngunit opposite sa direksyon, na nagreresulta sa zero net MMF per limb—kaya, walang zero-sequence MMF ang umiiral sa tatlong core limbs. Ang zero-sequence MMF ay maaari lamang matapos ang ruta nito sa pamamagitan ng tank at paligid na medium, na nagpapakita ng napakataas na magnetic reluctance; kaya, ang zero-sequence MMF ay napakaliit, na nagreresulta sa napakababang zero-sequence impedance.

3. Mga Parameter ng Grounding Transformer
Upang matugunan ang mga pangangailangan ng distribution networks na gumagamit ng arc suppression coil grounding compensation, at upang matugunan din ang mga pangangailangan ng station service loads para sa power at lighting sa mga substation, ang Z-connected transformers ang pinili, at ang mga key parameters ng grounding transformer ay dapat ma-set nang wasto.

3.1 Rated Capacity
Ang primary-side capacity ng grounding transformer ay dapat tugma sa capacity ng arc suppression coil. Batay sa standard arc suppression coil capacity ratings, inirerekomenda na ang grounding transformer capacity ay ma-set sa 1.05–1.15 times ang capacity ng arc suppression coil. Halimbawa, ang 200 kVA arc suppression coil ay sasama sa 215 kVA grounding transformer.

3.2 Neutral Point Compensation Current
Ang kabuuang current na umagos sa transformer neutral point sa panahon ng single-phase fault

Sa formula sa itaas:

U ay ang line voltage ng distribution network (V);
Zx ay ang impedance ng arc suppression coil (Ω);
Zd ay ang primary zero-sequence impedance ng grounding transformer (Ω/phase);
Zs ay ang system impedance (Ω).

Ang duration ng neutral point compensation current ay dapat pareho sa continuous operating time ng arc suppression coil, na inisip na 2 hours.

3.3 Impedansi Sirkuit Nol
Impedansi sirkuit nol adalah parameter kritis dari transformator grounding dan sangat mempengaruhi pengaturan perlindungan relai untuk membatasi arus gangguan tanah satu fase dan menekan tegangan tinggi berlebih. Untuk transformator grounding zigzag (tipe Z) tanpa gulungan sekunder, serta yang memiliki koneksi bintang/delta terbuka, hanya ada satu impedansi - yaitu, impedansi sirkuit nol - yang memungkinkan produsen untuk memenuhi persyaratan utilitas.

3.4 Kerugian
Kerugian adalah parameter kinerja penting dari transformator grounding. Untuk transformator grounding yang dilengkapi dengan gulungan sekunder, kerugian beban kosong dapat dibuat setara dengan transformator dua gulungan dengan peringkat yang sama. Sehubungan dengan kerugian beban, ketika sisi sekunder beroperasi pada beban penuh, sisi primer membawa beban yang relatif ringan; oleh karena itu, kerugian beban sisi primer lebih rendah daripada transformator dua gulungan dengan kapasitas sisi sekunder yang sama.

3.5 Kenaikan Suhu
Berdasarkan standar nasional, kenaikan suhu dari transformator grounding diatur sebagai berikut:

1. Kenaikan suhu di bawah arus kontinu nominal harus sesuai dengan ketentuan dalam standar nasional untuk transformator tenaga umum atau transformator tipe kering. Ini sebagian besar berlaku untuk transformator grounding yang sisinya sering dimuat.

2. Ketika arus beban singkat berlangsung tidak lebih dari 10 detik (skenario yang biasanya terjadi ketika titik netral terhubung ke resistor), kenaikan suhu harus sesuai dengan batas yang ditentukan dalam standar nasional untuk transformator tenaga dalam kondisi hubungan singkat.

3. Ketika transformator grounding beroperasi bersama dengan coil penghilang busur, kenaikan suhunya harus sesuai dengan persyaratan kenaikan suhu untuk coil penghilang busur:

• Untuk gulungan yang secara terus-menerus membawa arus nominal, kenaikan suhu dibatasi hingga 80 K. Ini sebagian besar berlaku untuk transformator grounding dengan koneksi bintang/delta terbuka.

• Untuk gulungan dengan durasi arus maksimum 2 jam (sebagaimana ditentukan untuk arus nominal), kenaikan suhu yang diperbolehkan adalah 100 K. Kondisi ini sesuai dengan mode operasi sebagian besar transformator grounding.

• Untuk gulungan dengan durasi arus maksimum 30 menit, kenaikan suhu yang diperbolehkan adalah 120 K.

Provisi-provisi ini didasarkan pada jaminan bahwa, di bawah kondisi operasi yang paling parah, suhu titik panas dari gulungan tidak melebihi 140 °C hingga 160 °C, sehingga menjamin operasi isolasi yang aman dan menghindari penurunan drastis dalam umur isolasi.