접지 변압기의 배선 방법 및 매개변수
접지 변압기 감속선 구성
접지 변압기는 감속선 연결에 따라 ZNyn(지그재그) 또는 YNd 두 가지 유형으로 분류됩니다. 그들의 중성점은 소멸 코일이나 접지 저항기에 연결될 수 있습니다. 현재는 지그재그(Z형) 접지 변압기가 소멸 코일이나 저값 저항기를 통해 연결되는 것이 더 일반적으로 사용되고 있습니다.
1. Z형 접지 변압기
Z형 접지 변압기는 유침식과 건식 절연 버전이 모두 있습니다. 그 중에서 수지 주입은 건식 절연의 한 종류입니다. 구조적으로는 표준 세상태 코어형 전력 변압기와 유사하지만 각 상 레그에서 감속선이 동일한 회수의 두 부분(상부와 하부)으로 나뉩니다. 한 부분의 끝은 다른 상의 감속선 끝과 역극성 시리즈로 연결됩니다.
두 감속선 부분은 서로 반대 극성을 가짐으로써 지그재그 형태의 새로운상을 형성합니다. 상부 감속선의 시작 단자(U1, V1, W1)는 각각 세상태 교류 공급선 A, B, C에 연결됩니다. 하부 감속선의 시작 단자(U2, V2, W2)는 함께 묶여 중성점을 형성하고, 이는 접지 저항기나 소멸 코일에 연결됩니다. 그림에서 보듯이, 특정 연결 방법에 따라 Z형 접지 변압기는 ZNvn1 및 ZNyn11 구성을 더 세분할 수 있습니다.
Z형 접지 변압기는 또한 저전압 감속선을 장착할 수 있으며, 일반적으로 별형(yn)으로 연결되며 중성점이 접지되어 변전소 서비스 변압기로 사용될 수 있습니다.
2. Z형 접지 변압기
Z형 변압기의 지그재그 연결의 장점:
단상 단락시 접지 고장 전류가 세상태 감속선 사이에서 거의 균등하게 분배됩니다. 각 코어 라임의 두 감속선의 자기동력(MMF)은 방향이 반대이므로, 저감 효과 없이 전류가 중성점에서 고장된 선로로 자유롭게 흐를 수 있습니다.
세상태 전압의 3차 고조파 성분이 없습니다. 지그재그 연결된 세 단상 변압기 뱅크에서 3차 고조파는 크기와 방향이 동일한 벡터로서, 감속선 배치로 인해 각 상의 3차 고조파 전동력이 서로 상쇄되어 거의 사인 곡선 형태의 상 전압이 됩니다.
Z형 접지 변압기에서 같은 코어 라임의 두 반감속선의 제로 서열 전류는 서로 반대 방향으로 흐르므로, 제로 서열 임피던스는 매우 낮으며, 제로 서열 전류를 막지 않습니다. 제로 서열 임피던스가 낮은 원리는 다음과 같습니다: 접지 변압기의 세 코어 라임 각각에는 동일한 회수의 두 감속선이 있고, 각각 다른 상 전압에 연결됩니다.
균형된 양의 혹은 음의 세상태 전압이 접지 변압기의 선 단자에 적용되면, 각 코어 라임의 MMF는 서로 다른 상에 연결된 두 감속선의 MMF의 벡터 합입니다. 개별 코어 라임의 결과 MMF는 120°로 이동하여 균형 있는 세상태 세트를 형성합니다. 단상 MMF는 세 코어 라임 전체를 통해 자기 회로를 형성하여, 낮은 자기 저항, 큰 자기 유량, 높은 유도 전동력, 그리고 매우 높은 자기화 임피던스를 초래합니다.
그러나 제로 서열 전압이 세상태 선 단자에 적용되면, 각 코어 라임의 두 감속선에서 발생하는 MMF는 크기는 같지만 방향은 반대이므로, 각 라임당 순 MMF는 0이 됩니다—따라서 세 코어 라임에 제로 서열 MMF가 존재하지 않습니다. 제로 서열 MMF는 탱크와 주변 매체를 통해 경로를 완성해야 하며, 이는 매우 높은 자기 저항을 제공하므로, 제로 서열 MMF는 매우 작아서 제로 서열 임피던스가 매우 낮아집니다.
3. 접지 변압기 파라미터
소멸 코일 접지 보상 사용을 위한 배전 네트워크 요구사항을 충족하면서, 변전소 내 전력 및 조명 부하 요구사항도 만족시키기 위해 Z연결 변압기가 선택되며, 접지 변압기의 주요 파라미터는 합리적으로 설정되어야 합니다.
3.1 정격 용량
접지 변압기의 일차측 용량은 소멸 코일의 용량과 일치해야 합니다. 표준 소멸 코일 용량 등급에 따라, 접지 변압기 용량은 소멸 코일 용량의 1.05-1.15배로 설정하는 것이 권장됩니다. 예를 들어, 200 kVA 소멸 코일은 215 kVA 접지 변압기와 짝지어질 것입니다.
3.2 중성점 보상 전류
단상 고장시 변압기 중성점을 통과하는 총 전류
위 식에서:
U는 배전 네트워크의 선 전압(V);
Zx는 소멸 코일의 임피던스(Ω);
Zd는 접지 변압기의 일차 제로 서열 임피던스(Ω/상);
Zs는 시스템 임피던스(Ω).
중성점 보상 전류의 지속 시간은 소멸 코일의 연속 운전 시간과 동일하며, 2시간으로 지정됩니다.
3.3 영차 임피던스
영차 임피던스는 접지 변압기의 중요한 매개변수이며, 단상 대지 고장 전류 제한과 과전압 억제를 위한 계전기 보호 설정에 크게 영향을 미칩니다. Z형(지그재그) 접지 변압기나 별/오픈 델타 연결 방식의 변압기에 있어서는 하나의 임피던스, 즉 영차 임피던스만 존재하여 제조업체가 유틸리티 요구사항을 충족할 수 있게 합니다.
3.4 손실
손실은 접지 변압기의 중요한 성능 매개변수입니다. 2차 권선이 장착된 접지 변압기의 경우, 무부하 손실은 동일 등급의 2권선 변압기와 동등하게 만들 수 있습니다. 부하 손실에 관해서는, 2차 측이 만부하 상태에서 작동할 때 1차 측은 상대적으로 가벼운 부하를 운반하므로, 동일한 2차 측 용량을 가진 2권선 변압기보다 그 손실이 적습니다.
3.5 온도 상승
국가 표준에 따르면, 접지 변압기의 온도 상승은 다음과 같이 규제됩니다:
정격 연속 전류 하에서의 온도 상승은 일반 전력 변압기 또는 건식 변압기에 대한 국가 표준의 규정을 준수해야 합니다. 이는 주로 2차 측이 자주 부하되는 접지 변압기에 적용됩니다.
단시간 부하 전류가 10초 이내로 지속될 때 (중성점이 저항에 연결되는 경우가 대부분), 온도 상승은 단락 조건 하의 전력 변압기에 대한 국가 표준에서 명시된 한도를 준수해야 합니다.
접지 변압기가 소멸 코일과 함께 작동할 때, 그 온도 상승은 소멸 코일의 온도 상승 요구사항을 준수해야 합니다:
정격 전류를 계속 운반하는 권선의 경우, 온도 상승은 80 K로 제한됩니다. 이는 주로 별/오픈 델타 연결 방식의 접지 변압기에 적용됩니다.
정격 전류에 대해 최대 2시간 동안 전류를 운반하는 권선의 경우, 허용되는 온도 상승은 100 K입니다. 이 조건은 대부분의 접지 변압기의 운영 모드와 일치합니다.
최대 30분 동안 전류를 운반하는 권선의 경우, 허용되는 온도 상승은 120 K입니다.
이러한 규정은 가장 극한의 운전 조건에서도 권선의 핫스팟 온도가 140 °C에서 160 °C를 초과하지 않도록, 안전한 절연 작동을 보장하고 절연 수명의 급격한 감소를 방지하기 위함입니다.
