Metode i parametri spajanja zemljišnih transformatora

Konfiguracije zavojnice priključnog transformatora

Priključni transformatori se prema povezivanju zavoja klasificiraju u dva tipa: ZNyn (cik-cak) ili YNd. Njihovi neutralni točke mogu biti spojeni na dušiljak za gašenje luka ili rezistor za priključivanje. Trenutno, cik-cak (Z-tip) priključni transformator spojen putem dušiljka za gašenje luka ili niskovrijednog rezistora se češće koristi.

1. Z-tip priključnog transformatora
Z-tip priključnih transformatora dolazi u verzijama s uljevitoj i suhoj izolaciji. Među njima, polimerne litane predstavljaju vrstu suhe izolacije. Strukturno, sličan je standardnom trofaznom jezgrenom snaga transformatoru, osim što je na svakom fazonog stupu zavojnik podijeljen na dvije jednake sekcije - gornju i donju. Kraj jedne sekcije spojen je u obrnutu seriju s krajem zavoja nekog drugog faza. 

Dvije sekcije zavoja imaju suprotne polaritete, formirajući novu fazu u cik-cak konfiguraciji. Početne točke gornjih zavoja - U1, V1, W1 - su izvedene i spojene s trofaznim strujnim linijama A, B i C, redom. Početne točke donjih zavoja - U2, V2, W2 - su spojene zajedno kako bi formirale neutralnu točku, koja se zatim povezuje s rezistorom za priključivanje ili dušiljkom za gašenje luka, kao što je prikazano na slici. Ovisno o specifičnom metodu spajanja, Z-tip priključni transformatori dalje se klasificiraju u konfiguracije ZNvn1 i ZNyn11.

Z-tip priključni transformatori također mogu biti opremljeni niskonaponskim zavojnikom, obično spojenim u zvijezdu s priključenom neutralnom (yn), omogućujući im da služe kao transformatori za stanična opterećenja.

2. Z-tip priključnog transformatora
Prednosti cik-cak povezivanja Z-tipa transformatora:

1. Tijekom jednofaznog kratkog spoja, struja greške priključivanja približno jednolično se distribuira među trofaznim zavojnicima. Magnetni pokreti (MMF) od dva zavoja na svakom jezgru su suprotni, tako da nema demping efekta, dozvoljavajući strujanje slobodno od neutralne točke do krivo pridružene linije.

2. Ne postoji treća harmonijska komponenta u faznom napajanju jer, u cik-cak povezanom skupu tri pojedinačne faze, treće harmonike imaju identičnu magnitudu i smjer kao vektori. Zbog rasporeda zavoja, elektromotorni naponi treće harmonike u svakoj fazi se anuliraju, rezultirajući gotovo sinusoidalnim faznim napajanjem.

U Z-tip priključnom transformatoru, nulte sekvenca struje u dvije polovice zavoja na istom jezgru teče u suprotnim smjerovima; stoga je nulto-sekvenci reaktancija vrlo niska, i ne ograničava nulto-sekvenca struja. Princip niske nulto-sekvenca impedancije je sljedeći: na svakom od tri jezgra priključnog transformatora, postoje dva zavoja s jednakim brojem zavojaka, svaki spojen na različite fazne napajanja. 

Kada se na line terminali priključnog transformatora primijeni uravnotežena pozitivna ili negativna sekvenca trofaznih napajanja, MMF na svakom jezgru jest vektorski zbroj MMF-a od dva zavoja spojenih na različite faze. Rezultirajući MMF-ovi na pojedinačnim jezglima su pomaknuti za 120°, formirajući uravnoteženi trofazni skup. Jednofazni MMF može uspostaviti magnetski krug kroz sve tri jezgre, rezultirajući niskim magnetskim otporom, velikim magnetskim fluksom, visokim induciranim EMF-om, i stoga vrlo visokom magnetizacijskom impedancijom.

 Međutim, kada se nulto-sekvenca napajanje primijeni na trofazne line terminali, MMF-ovi proizvedeni od dva zavoja na svakom jezgru su jednake magnitude ali suprotni smjeru, rezultirajući nultim neto MMF-om po jezgru - dakle, nema nulto-sekvenca MMF-a u tri jezgre. Nulto-sekvenca MMF može samo dovršiti svoj put kroz spremnik i okolinu, što predstavlja vrlo visok magnetski otpor; stoga je nulto-sekvenca MMF vrlo mali, vodeći do vrlo niske nulto-sekvenca impedancije.

3.Parametri priključnog transformatora
Da bi se ispunili zahtjevi distribucijskih mreža za kompenzacijom priključivanja dušiljkom za gašenje luka, a istovremeno zadovoljeni zahtjevi za staničnim opterećenjima za energiju i svjetlost u pretvorima, odabire se Z-spojeni transformatori, a ključni parametri priključnog transformatora moraju biti razumno postavljeni.

3.1 Nominirana snaga
Snanost primarnog stranog priključnog transformatora treba odgovarati snazi dušiljka za gašenje luka. Na temelju standardnih ocjena snage dušiljka za gašenje luka, preporučuje se da se snaga priključnog transformatora postavi na 1,05–1,15 puta veću od snage dušiljka za gašenje luka. Na primjer, 200 kVA dušiljak za gašenje luka bi bio uparen s 215 kVA priključnim transformatorom.

3.2 Kompenzacijska struja neutralne točke
Ukupna struja koja teče kroz neutralnu točku transformatora tijekom jednofaznog greške

U gornjoj formuli:

U je linijalno napajanje distribucijske mreže (V);
Zx je impedancija dušiljka za gašenje luka (Ω);
Zd je primarna nulto-sekvenca impedancija priključnog transformatora (Ω/faza);
Zs je sistem impedancija (Ω).

Trajanje kompenzacijske struje neutralne točke treba biti isto kao trajanje neprekidnog rada dušiljka za gašenje luka, što je određeno na 2 sata.

3.3 Nultoporedna impedanca
Nultoporedna impedanca je ključni parametar zemljišnog transformatora i značajno utječe na postavke relejnog zaštita za ograničavanje struja jednofaznih zemljnih kvarova i smanjenje prenapona. Za zigzag (Z-tip) zemljišne transformatore bez sekundarnog vijka, kao i one s zvjezdanim/otvoreno-delta spojem, postoji samo jedna impedanca - to jest, nultoporedna impedanca - što omogućuje proizvođačima da ispunjavaju zahtjeve energetskih poduzeća.

3.4 Gubitci
Gubitci su važan performansni parametar zemljišnih transformatora. Za zemljišne transformatore opremljene sekundarnim vijkom, gubitak bez opterećenja može biti ekvivalentan onome dvovijkovog transformatora iste snage. U pogledu gubitaka pri opterećenju, kada se sekundarni dio operira na puno opterećenje, primarni dio nosi relativno lako opterećenje; stoga je njegov gubitak pri opterećenju niži od gubitka dvovijkovog transformatora s istom kapacitetom sekundarnog dijela.

3.5 Povišenje temperature
Prema nacionalnim standardima, povišenje temperature zemljišnih transformatora regulirano je sljedećim:

1. Povišenje temperature pri nominalnom kontinuiranom struju treba biti u skladu s propisima u nacionalnom standardu za opće električne transformatore ili suhozavodne transformatore. Ovo se uglavnom odnosi na zemljišne transformatore čiji sekundarni dio često opterećen je.

2. Kada kratkotrajno opterećenje traje ne duže od 10 sekundi (scenarij koji se tipično događa kada je neutralna točka spojena na otpornik), povišenje temperature treba biti u skladu s granicama specificiranim u nacionalnom standardu za električne transformatore u uvjetima kratkog spoja.

3. Kada zemljišni transformator djeluje zajedno s koilom za potiskivanje lukove, njegovo povišenje temperature treba biti u skladu s zahtjevima za povišenje temperature koile za potiskivanje lukova:

• Za vijeze koje kontinuirano nose nominalnu struju, povišenje temperature ograničeno je na 80 K. Ovo se uglavnom odnosi na zemljišne transformatore sa zvjezdanim/otvoreno-delta spojem.

• Za vijeze s maksimalnim trajanjem struje od 2 sata (kao što je specificirano za nominalnu struju), dopušteno povišenje temperature iznosi 100 K. Ovaj uvjet odgovara radnom načinu većine zemljišnih transformatora.

• Za vijeze s maksimalnim trajanjem struje od 30 minuta, dopušteno povišenje temperature iznosi 120 K.

Ovi propisi temelje se na osiguranju da, u najtežim uvjetima rada, temperatura točke toplinskog fokusa vijaka ne prelazi 140 °C do 160 °C, čime se osigurava sigurna radna izolacija i spriječava ozbiljno smanjenje vijeka izolacije.