Aansluitmethoden en parameters van aardingsversterkers
Configuraties van de windingen van aardingsversterkers
Aardingsversterkers worden ingedeeld naar windingverbinding in twee types: ZNyn (zigzag) of YNd. Hun neutrale punten kunnen verbonden zijn met een boogonderdrukkingsspoel of een aardingsweerstand. Momenteel wordt de zigzag (Z-type) aardingsversterker, verbonden via een boogonderdrukkingsspoel of een laagwaardige weerstand, vaker gebruikt.
1. Z-Type Aardingsversterker
Z-type aardingsversterkers komen zowel in oliegeïmpregneerde als droge isolatieversies voor. Daarvan is hars gegoten een type droge isolatie. Structuurtechnisch is het vergelijkbaar met een standaard driefase kernvormig netversterker, behalve dat op elke fasepijl de winding in twee gelijke secties verdeeld is—boven en onder. Het einde van één sectie is in tegengestelde polariteit serie met het einde van de winding van een andere fase verbonden.
De twee windingsecties hebben tegengestelde polariteiten, waardoor een nieuwe fase in een zigzagconfiguratie ontstaat. De startterminals van de bovenste windingen—U1, V1, W1—worden naar buiten gebracht en verbonden met de driefase wisselstroomvoorziening A, B, en C, respectievelijk. De startterminals van de onderste windingen—U2, V2, W2—worden samengevoegd om het neutrale punt te vormen, dat vervolgens verbonden wordt met een aardingsweerstand of een boogonderdrukkingsspoel, zoals in de figuur getoond. Afhankelijk van de specifieke aansluitmethode, worden Z-type aardingsversterkers verder ingedeeld in ZNvn1 en ZNyn11 configuraties.
Z-type aardingsversterkers kunnen ook uitgerust zijn met een lage spanning winding, meestal verbonden in ster met een aangesloten neutraal (yn), waardoor ze als stationserviceversterkers kunnen dienen.
2. Z-Type Aardingsversterker
Voordelen van de zigzagverbinding van Z-type versterkers:
Tijdens een enkelefasenshortcircuit is de aardingfoutstroom ongeveer gelijk verdeeld over de driefase windingen. De magnetische stootkrachten (MMF's) van de twee windingen op elk kernbeen zijn tegenovergesteld in richting, dus er is geen dempend effect, waardoor de stroom vrij kan stromen van het neutrale punt naar de gefaalde lijn.
Er is geen derdeharmonische component in de fasespanning omdat, in een zigzagverbonden drie-eenfase transformatorenbank, de derde harmonischen dezelfde grootte en richting hebben als vectoren. Door de windingopstelling heffen de derde-harmonische elektromotorische krachten elkaar in elke fase op, wat resulteert in een bijna sinusvormige fasespanning.
In een Z-type aardingsversterker stromen de nulsequentiestromen in de twee halve windingen op hetzelfde kernbeen in tegengestelde richtingen; daarom is de nulsequentiereactantie zeer laag en verstopt deze niet de nulsequentiestroom. Het principe achter de lage nulsequentieimpedantie is als volgt: op elk van de drie kernbeenderen van de aardingsversterker zijn er twee windingen met evenveel spoelen, elk verbonden met verschillende fasespanningen.
Wanneer evenwichtige positieve- of negatieve-sequentiedriefase-spanningen worden toegepast op de lijnterminals van de aardingsversterker, is de MMF op elk kernbeen de vectoriële som van de MMF's van de twee windingen die verbonden zijn met verschillende fasen. De resulterende MMF's op individuele kernbeenderen zijn verschoven met 120°, wat een evenwichtig driefasepakket vormt. De enkelefasen-MMF kan een magnetische circuit vormen over alle drie kernbeenderen, wat leidt tot een lage magnetische weerstand, grote magnetische flux, hoge geïnduceerde EMK, en dus zeer hoge magnetiseringsimpedantie.
Echter, wanneer nulsequentiespanning wordt toegepast op de driefaselineterminals, zijn de door de twee windingen op elk kernbeen geproduceerde MMF's gelijk in grootte maar tegenovergesteld in richting, wat resulteert in nul netto-MMF per been—dus er is geen nulsequentie-MMF in de drie kernbeenderen. De nulsequentie-MMF kan slechts zijn pad voltooien door de tank en de omringende medium, wat zeer hoge magnetische weerstand presenteert; daardoor is de nulsequentie-MMF zeer klein, wat leidt tot zeer lage nulsequentieimpedantie.
3. Parameters van aardingsversterkers
Om aan de eisen van distributienetten te voldoen die gebruik maken van boogonderdrukkingsspoel aardingcompensatie, en tegelijkertijd de behoeften van stations-servicebelastingen voor energie en verlichting in transformatorstations te bevredigen, worden Z-verbonden versterkers geselecteerd, en moeten de belangrijkste parameters van de aardingsversterker redelijk ingesteld worden.
3.1 Nominale capaciteit
De primaire zijdecapaciteit van de aardingsversterker moet overeenkomen met de capaciteit van de boogonderdrukkingsspoel. Op basis van standaard boogonderdrukkingsspoelcapaciteitsratings, wordt aangeraden dat de aardingsversterkercapaciteit ingesteld wordt op 1,05-1,15 keer de boogonderdrukkingsspoelcapaciteit. Bijvoorbeeld, een 200 kVA boogonderdrukkingsspoel zou gekoppeld zijn aan een 215 kVA aardingsversterker.
3.2 Neutraal punt compensatiestroom
De totale stroom die tijdens een enkelefasenfout door het neutrale punt van de versterker stroomt
In de bovenstaande formule:
U is de lijnspanning van het distributienet (V);
Zx is de impedantie van de boogonderdrukkingsspoel (Ω);
Zd is de primaire nulsequentieimpedantie van de aardingsversterker (Ω/fase);
Zs is de systeemimpedantie (Ω).
De duur van de neutrale puntcompensatiestroom moet hetzelfde zijn als de continu bedrijfstijd van de boogonderdrukkingsspoel, die is gespecificeerd als 2 uur.
3.3 Nulvolgorde impedantie
De nulvolgorde impedantie is een cruciale parameter van de aardingsversterker en heeft een significant effect op de instellingen voor relaisbescherming om stroomstoringen in één fase en overspanningen te beperken. Voor zigzag (Z-type) aardingsversterkers zonder secundaire winding, evenals die met ster/delta-verbindingen, is er slechts één impedantie - namelijk de nulvolgorde impedantie - waarmee fabrikanten aan de eisen van nutsbedrijven kunnen voldoen.
3.4 Verliezen
Verliezen zijn een belangrijke prestatieparameter van aardingsversterkers. Bij aardingsversterkers die zijn uitgerust met een secundaire winding, kan het lege verlies worden gemaakt equivalent aan dat van een twee-wikkelingstrafo met dezelfde specificatie. Wat betreft belastingsverliezen, wanneer de secundaire zijde op volle belasting werkt, draagt de primaire zijde een relatief lichte belasting; dus, zijn belastingsverlies is lager dan dat van een twee-wikkelingstrafo met dezelfde capaciteit aan de secundaire zijde.
3.5 Temperatuurstijging
Volgens nationale normen wordt de temperatuurstijging van aardingsversterkers als volgt geregeld:
De temperatuurstijging bij de voorgeschreven continue stroom moet voldoen aan de bepalingen in de nationale norm voor algemene elektriciteitsversterkers of droogtransformatoren. Dit geldt voornamelijk voor aardingsversterkers waarvan de secundaire zijde vaak belast is.
Wanneer de korte belastingsstroom niet langer dan 10 seconden duurt (een scenario dat typisch optreedt wanneer het neutrale punt is verbonden met een weerstand), moet de temperatuurstijging voldoen aan de limieten zoals gespecificeerd in de nationale norm voor elektriciteitsversterkers onder kortsluitcondities.
Wanneer de aardingsversterker samenwerkt met een boogdempingsspoel, moet de temperatuurstijging voldoen aan de temperatuurstijgingsvereisten voor de boogdempingsspoel:
Voor windingen die continu de voorgeschreven stroom dragen, is de temperatuurstijging beperkt tot 80 K. Dit geldt voornamelijk voor aardingsversterkers met ster/delta-verbindingen.
Voor windingen met een maximale stroomduur van 2 uur (zoals gespecificeerd voor de voorgeschreven stroom), is de toegestane temperatuurstijging 100 K. Deze conditie komt overeen met het bedrijfsmodel van de meeste aardingsversterkers.
Voor windingen met een maximale stroomduur van 30 minuten, is de toegestane temperatuurstijging 120 K.
Deze bepalingen zijn gebaseerd op het zorgen ervoor dat, onder de meest strenge bedrijfsomstandigheden, de hotspots temperatuur van de windingen niet hoger is dan 140 °C tot 160 °C, waardoor veilige isolatieoperatie wordt gegarandeerd en een ernstige vermindering van de levensduur van de isolatie wordt voorkomen.
