Методи на поврзување и параметри на трансформаторите за земја

Конфигурации намотки земљачког трансформатора

Земљачки трансформатори се класификуваат според врстата на поврзаност на намотките во две типови: ZNyn (зиг-заг) или YNd. Нивните нулти точки можат да се поврзеат со аркусна елиминација или земљачки отпорник. Тренутно, зиг-заг (Z-тип) земљачки трансформатор поврзан преку аркусна елиминација или низок отпорник е пошироко користен.

1. Z-тип земљачки трансформатор
Z-тип земљачки трансформатори доаѓаат во масло-потопен и сув изолационен варијанти. Меѓу нив, резински облик е вид на сув изолационен. Структурно, тој е сличен на стандарден трифазен јадерен трансформатор за моќ, освен што на секој фазен дел, намотката е поделена на два дела со исти број на витки - горен и долен. Крајот на еден од деловите е поврзан со обратна поларитетна серија со крајот на намотката на друга фаза. 

Двата дела на намотката имаат противоположни поларитети, формирајќи нова фаза во зиг-заг конфигурација. Почетните терминали на горните намотки - U1, V1, W1 - се изведени и поврзани со трите фазни AC линии A, B и C, соодветно. Почетните терминали на долните намотки - U2, V2, W2 - се поврзани за да формираат нулта точка, која потоа се поврзува со земљачки отпорник или аркусна елиминација, како што е прикажано на сликата. Врз основа на конкретната метода на поврзување, Z-тип земљачки трансформатори се поделени во конфигурации ZNvn1 и ZNyn11.

Z-тип земљачки трансформатори исто така можат да бидат опремени со нисконапонска намотка, типично поврзана со земљачка нулта точка (yn), што им овозможува да служат како станиски трансформатори.

2. Z-тип земљачки трансформатор
Преимущества на зиг-заг поврзувањето на Z-тип трансформатори:

1. При еднофазен краткир, земљачкиот грешковски струја е приближно равномерно распределен меѓу трифазните намотки. Магнетните мотиви (MMF) на двата намотки на секој јадерен дел се противоположни по правец, така што нема демпферски ефект, што дозволува струјата слободно да текне од нултата точка кон краткирната линија.

2. Нема компонента на трећи хармоник во фазната напон, бидејќи, во зиг-заг поврзан три-еднофазен систем, третите хармоници имаат исти магнитуд и правец како вектори. Због начинот на поврзување, третите хармонички електромотивни сили во секоја фаза се аннулираат, резултирајќи со скоро синусоидален фазен напон.

Во Z-тип земљачки трансформатор, нултите последователни струи во двата половински намотки на истиот јадерен дел текнат во противоположни правци; затоа, нултата последователна реактивност е многу ниска, и не чека нултата последователна струја. Принципот зад неговата ниска нулта последователна инпеданса е следниве: на секој од трите јадерни делови на земљачкиот трансформатор, имаат две намотки со исти број на витки, свака поврзана со различен фазен напон. 

Кога се применуваат балансирани позитивни или негативни трофазни напони на линијските терминали на земљачкиот трансформатор, MMF-от на секој јадерен дел е векторска сума на MMF-овите од двата намотки поврзани со различни фази. Резултантните MMF-ови на индивидуалните јадерни делови се преместени за 120°, формирајќи балансирани трофазен систем. Еднофазниот MMF може да ја установи магнетната кола преку сите три јадерни делови, резултирајќи со ниска магнетна препрека, голем магнетен поток, висок индуциран EMF, и поради тоа многу висока магнетизација инпеданса.

 Меѓутоа, кога се применува нултен последователен напон на трите фазни линиски терминали, MMF-овите произведени од двата намотки на секој јадерен дел се еднакви по магнитуда, но противоположни по правец, резултирајќи со нултен нет MMF по дел - затоа, нема нултен последователен MMF во триот јадерен дел. Нултиот последователен MMF може само да заврши својата патека низ резервоарот и околна средина, што претставува многу висока магнетна препрека; затоа, нултиот последователен MMF е многу мал, што доведува до многу ниска нулта последователна инпеданса.

3.Параметри на земљачкиот трансформатор
За да се исполнат потребите на распределните мрежи кои користат аркусна елиминација за земљачко компенсирање, и исто така за да се задоволат потребите на станиски нагласи за енергија и светлина во преобразувачки станции, се избираат Z-поврзани трансформатори, и клучните параметри на земљачкиот трансформатор мораат да бидат разумно поставени.

3.1 Номинална капацитет
Капацитетот на главната страна на земљачкиот трансформатор треба да се совпаѓа со капацитетот на аркусната елиминација. Во зависност од стандардните капацитети на аркусната елиминација, препорачува се да се постави капацитетот на земљачкиот трансформатор на 1,05–1,15 пати од капацитетот на аркусната елиминација. На пример, аркусна елиминација од 200 kVA би била парирана со земљачки трансформатор од 215 kVA.

3.2 Компензација на струјата на нултата точка
Секојата струја која текне низ нултата точка на трансформаторот при еднофазен краткир

Во горенаведената формула:

U е линискиот напон на распределната мрежа (V);
Zx е импедансата на аркусната елиминација (Ω);
Zd е главната нулта последователна импеданса на земљачкиот трансформатор (Ω/фаза);
Zs е системската импеданса (Ω).

Траењето на компензацијата на струјата на нултата точка треба да биде исто како и продолжителното работно време на аркусната елиминација, што е специфицирано како 2 часа.

3.3 Нултата последователност на импедансот
Нултата последователност на импедансот е критичен параметар на трансформаторот за земја и значително влијае на подесувањето на реле-заштитни уреди за ограничување на струјата при једнофазна земјска грешка и супресија на прекомерни напони. За црвено-зелени (Z-типови) трансформатори за земја без второстепена намотка, како и за оние со звезда/отворен делта конекција, постои само еден импеданс - нултата последователност на импедансот - што овозможува производителите да задоволат барањата на енергетските компанија.

3.4 Губитоци
Губитоците се важен параметар за перформанси на трансформаторите за земја. За трансформаторите за земја опремени со второстепена намотка, празнинскиот губиток може да се направи еквивалентен на онај на двостепени трансформатори со иста класификација. Со однос на губитоците при терминалната нагласа, кога второстепената страна работи на целосна нагласа, првостепената страна носи релативно лакша нагласа; затоа, неговиот губиток при нагласа е помал од онога на двостепени трансформатори со иста второстепена капацитет.

3.5 Температурско повисување
Според国家标准，接地变压器的温升规定如下：

1. При номинална континуирана струја, температурското повисување треба да се согласува со правилата во国家标准对于一般电力变压器或干式变压器的规定。这主要适用于二次侧经常带负荷的接地变压器。

2. Кога краткосрочната нагласна струја не трае повеќе од 10 секунди（这种情况通常发生在中性点连接电阻时），温升应符合国家标准对电力变压器短路条件下的限值。

3. Кога трансформаторот за земја работи заедно со аркусниот потиснички колец, неговото температурско повисување треба да се согласува со барањата за температурско повисување на аркусниот потиснички колец：

• За намотки кои носат номинална струја на постоян основа, дозволеното температурско повисување е ограничено на 80 К。这主要适用于星形/开三角连接的接地变压器。

• За намотки со максимална длабочина на струја од 2 часа（如额定电流所规定），允许的温升为100 K。这种条件与大多数接地变压器的操作模式相匹配。

• За намотки со максимална длабочина на струја од 30 минути，允许的温升为120 K。

Овие правила се базирани на осигурување дека, при најтешките услови на работа, температурата на горещата точка на намотките не надминува 140°C до 160°C，从而保证绝缘安全运行并避免严重缩短绝缘寿命。