שיטות חיבור ופרמטרים של טרנספורמטורים מתח אדמה
תצורות סיבוב של טרנספורמטור ארקה
טרנספורמרים לארקה ממיינים לפי חיבור הסיבובים לשני סוגים: ZNyn (צורת זיגזג) או YNd. נקודות האפס שלהם יכולות להיות מחוברות לקויל כיבוי קשת או לממתיק ארץ. כיום, טרנספורמטור לארקה בצורת זיגזג (סוג Z) המחובר דרך קויל כיבוי קשת או רזיסטור בערך נמוך יותר נפוץ בשימוש.
1. טרנספורמטור לארקה מסוג Z
טרנספורמרים לארקה מסוג Z מגיעים בגרסאות מבודדות בממס ובגרסאות מבודדות יבשות. בין היתר, יציקה בסмол היא סוג של מבודד יבש. מבנית, הוא דומה לטרנספורמטור כוח תלת-פאזי סטנדרטי עם גוף פלדה, פרט לכך שבכל רגל פאזה, הסיבוב מתחלק לשני חלקים שווים - עליון ותחתון. קצה אחד מהחלקים מחובר בהיפוך סדר לקצה של סיבוב פאזה אחרת.
שני החלקים של הסיבוב הם בעלי קוטביות הפוכה, ויוצרים פאזה חדשה בצורת זיגזג. קצות ההתחלה של הסיבובים העליונים - U1, V1, W1 - מוצאים החוצה ומחוברים לישרי המתח התלת-פאזיים A, B ו-C, בהתאמה. קצות ההתחלה של הסיבובים התחתונים - U2, V2, W2 - מחוברים יחד כדי ליצור נקודת אפס, שממנה ניתן לחבר לממתיק ארץ או לקויל כיבוי קשת, כפי שמוצג בתמונה. בהתאם לחיבור הספציפי, טרנספורמרים לארקה מסוג Z ממיינים גם לסוגים ZNvn1 ו-ZNyn11.
טרנספורמרים לארקה מסוג Z יכולים גם להיות מצוידים בסיבוב מתח נמוך, בדרך כלל מחובר בכוכב עם נקודת אפס מוארכת (yn), המאפשר להם לשמש כטרנספורמרים שירות תחנה.
2. טרנספורמטור לארקה מסוג Z
יתרונות החיבור בצורת זיגזג של טרנספורמרים מסוג Z:
בזמן קצר מעבר חד-פאזי, זרם הקצר בארך מתחלק באופן שווה בין שלושת הסיבובים התלת-פאזיים. כוחות המגנטיים (MMF) של שני הסיבובים על כל רגל גוף פלדה הם הפוכים כיוונם, כך שאין השפעת דämpף, והזרם יכול להיעבר בנוחות מהנקודה האפסית לקו המוערך.
אין רכיב הרמוני שלישי במתח הפאזה כי, בקבוצת טרנספורמרים תלת-חד-פאזית מחוברת בצורת זיגזג, ההרמוניות השלישייה הן זהות בגודל ובכיוון כוקטורים. בשל הסידור של הסיבובים, המתחים המגנטיים ההרמוניים השלישיים בכל פאזה מבטלים זה את זה, מה שנותן מתח פאזה כמעט סינוסואידלי.
בטרנספורמטור לארקה מסוג Z, הזרמים מסדרה אפס בשני חצאי הסיבוב על אותו רגל גוף פלדה זורמים בכיוונים מנוגדים; לכן, הגימע הזעיר של סדרה אפס מאוד נמוך, ואינו מדכא זרם מסדרה אפס. העיקרון מאחורי הגימע הזעיר הנמוך שלו הוא כדלקמן: על כל אחת משלושת רגל גוף הפלדה של טרנספורמטור הארקה, ישנם שני סיבובים עם מספר סיבובים שווה, כל אחד מחובר למתח פאזה שונה.
כאשר מפעילים מתח תלת-פאזי מאוזן או לא מאוזן על קצות הקו של טרנספורמטור הארקה, MMF על כל רגל גוף פלדה הוא סכום וקטורי של MMF משני הסיבובים המחוברים לפאזה שונה. MMF הסופי על כל רגל גוף פלדה מוזח ב-120°, ויוצר קבוצה תלת-פאזית מאוזנת. MMF חד-פאזי יכול לייסד מעגל מגנטי דרך כל שלושת רגל גוף הפלדה, מה שמביא לתנגדות מגנטית נמוכה, זרם מגנטי גדול, מתח מושרה גבוה, ולכן התנגדות מגנטיזציה גבוהה מאוד.
עם זאת, כאשר מפעילים מתח מסדרה אפס על קצות הקו התלת-פאזיים, MMF שנוצר על ידי שני הסיבובים על כל רגל גוף פלדה הם שווים בגודל אך מנוגדים בכיוון, מה שנותן MMF נטו אפס לכל רגל - לכן, אין MMF מסדרה אפס בשלוש רגל גוף הפלדה. MMF מסדרה אפס יכול להשלים את מסלולו רק דרך המכל והסביבה, שהופכים לתנגדות מגנטית גבוהה מאוד; כתוצאה מכך, MMF מסדרה אפס הוא מאוד קטן, מה שמביא לתנגדות מסדרה אפס מאוד נמוכה.
3.פרמטרים של טרנספורמטור לארקה
כדי לעמוד בדרישות של רשתות תפוצה המשתמשות בפיצוי ארך באמצעות קויל כיבוי קשת, ולספק את הצרכים של עומס השירות בתחנה עבור אנרגיה ואclairות בתחנות, בוחרים בטרנספורמרים מחוברים בצורה Z, והפרמטרים המפתח של טרנספורמטור הארקה חייבים להיות מוגדרים בצורה סבירה.
3.1 קיבולת מומלצת
קיבולת הצד הראשי של טרנספורמטור הארקה צריכה להתאים לקיבולת קויל הכיבוי. בהתאם לקיבולות סטנדרטיות של קוילי כיבוי, מומלץ לקבוע את קיבולת טרנספורמטור הארקה כ-1.05–1.15 פעמים קיבולת קויל הכיבוי. לדוגמה, קויל כיבוי בעל קיבולת 200 kVA יתאים לטרנספורמטור לארקה בעל קיבולת 215 kVA.
3.2 זרם פיצוי נקודת אפס
הזרם הכולל המגיע דרך נקודת האפס של הטרנספורמטור במהלך קצר מעבר חד-פאזי
בנוסחה לעיל:
U הוא מתח הקו של רשת התפוצה (V);
Zx היא ההתנגדות של קויל הכיבוי (Ω);
Zd היא ההתנגדות מסדרה אפס של צד הראשי של טרנספורמטור הארקה (Ω/פאזה);
Zs היא ההתנגדות של המערכת (Ω).
משך זמן הזרם הפיצוי של נקודת האפס צריך להיות זהה לזמן הפעילות המשך של קויל הכיבוי, שנקבע כ-2 שעות.
3.3 עמידה לסדרה אפס
עמידה לסדרה אפס היא פרמטר קריטי של מبدل ההארקה והיא משפיעה באופן משמעותי על הגדרות ההגנה להגבלה של זרמי שגיאות פאזה בודדת ולחיסול יתר-מתחים. עבור מבדלי הארקה מסוג זיגזג (Z) ללא חישוק משני, וכן אלה עם חיבורים מסוג כוכב/דלתא פתוח, קיימת רק עמידה אחת - עמידה לסדרה אפס - המאפשרת ליצרנים לעמוד בדרישות חברת החשמל.
3.4 אובדן
אובדן הוא פרמטר ביצועים חשוב של מבדלי הארקה. עבור מבדלי הארקה מצוידים בחישוק משני, האובדן ללא עומס יכול להיות שווה לזה של מבלט דו-חישוק באותו דירוג. לגבי אובדן תחת עומס, כאשר הצד המשני עובד בעומס מלא, הצד הראשי נושא עומס יחסית קל; לכן, אובדן העומס שלו נמוך יותר מאשר זה של מבלט דו-חישוק עם אותה קיבולת צד משני.
3.5 עלייה בטמפרטורה
על פי התקנים הלאומיים, עליית הטמפרטורה במבדלי הארקה מתונה כך:
עליית הטמפרטורה תחת הזרם הנצחי המדורג תיעמוד לפי התקן הלאומי למבלטים חשמליים כלליים או לסוגי יבש. זה מתאים בעיקר למבדלי הארקה שהצד המשני שלהם נטען לעיתים קרובות.
כאשר זרם העומס הקצר לא עולה על 10 שניות (מצב בדרך כלל קורה כאשר הנקודה הניטרלית מחוברת לתנגד), עליית הטמפרטורה תעמוד בערכים המוגדרים בתקן הלאומי למבלטים חשמליים בתנאי קצר-مدار.
כאשר מבלט הארקה פועל יחד עם סליל השמדת קשת, עליית הטמפרטורה שלו תעמוד בערכי עליית הטמפרטורה של סליל השמדת הקשת:
עבור חישוקים הנושאים תמיד זרם מדורג, עליית הטמפרטורה מוגבלת ל-80 K. זה מתאים בעיקר למבלטי הארקה המחוברים בכוכב/דלתא פתוח.
עבור חישוקים עם משך מקסימלי של זרם של 2 שעות (כפי שמוגדר עבור הזרם המדורג), עליית הטמפרטורה המותרת היא 100 K. מצב זה מתאים לדרך פעילות של רוב מבלטי הארקה.
עבור חישוקים עם משך מקסימלי של זרם של 30 דקות, עליית הטמפרטורה המותרת היא 120 K.
התקנות הללו מבוססות על הבטחת כך שבתנאי הפעילות הקשים ביותר, טמפרטורת הנקודות החמות של החישוקים לא תעלה על 140 °C עד 160 °C, ובכך מבטיחים את פעולת ההפרדה הבטוחה ומונעים הפחתה חמורה בימי חייה של ההפרדה.
