Koblingsmetoder og parametere for jordtransformatorer

Konfigurasjoner av jordtransformatorvindinger

Jordtransformatorer deles inn i to typer basert på vindingforbindelse: ZNyn (zigzag) eller YNd. Deres neutrale punkter kan forbinder til en bueløsningsspole eller en jordresistor. For øyeblikket er zigzag (Z-type) jordtransformator forbundet via en bueløsningsspole eller en lavverdi-resistor mer vanlig.

1. Z-Type Jordtransformator
Z-type jordtransformatorer kommer både i oljeimpregneret og tørre isolasjonstyper. Av disse er harskilt en type tørr isolasjon. Strukturelt er den lik en standard trefase kjernetype strømtransformator, bortsett fra at på hver fasebein, deles vindingen inn i to like omganger - øvre og nedre. Enden av én seksjon forbinder i revers polaritet serie med enden av en annen fases vinding. 

De to vindingseksjonene har motsatt polaritet, som danner en ny fase i et zigzag-mønster. Startterminalene for de øvre vindingene - U1, V1, W1 - føres ut og forbinder til de trefase AC-forsyningslinjene A, B og C, henholdsvis. Startterminalene for de nedre vindingene - U2, V2, W2 - bindes sammen for å danne det neutrale punktet, som deretter forbinder til en jordresistor eller en bueløsningsspole, som vist i figuren. Avhengig av den spesifikke forbindelsesmetoden, deles Z-type jordtransformatorer videre inn i ZNvn1 og ZNyn11-konfigurasjoner.

Z-type jordtransformatorer kan også være utstyrt med en lavspændingsvinding, typisk forbundet i stjerne med en jordet neutral (yn), som lar dem fungere som stasjonsservice-transformatorer.

2. Z-Type Jordtransformator
Fordele ved zigzag-forbindelsen av Z-type transformatorer:

1. Ved en enefase kortslutning, er jordfeilstrømmen omtrent jevnt fordelt mellom de trefase vindingene. Magnetiske motkrefter (MMF) av de to vindingene på hvert kjernemedlem er motsatt i retning, så det er ingen dempingseffekt, noe som tillater strøm å flyte fritt fra det neutrale punktet til den feilende linjen.

2. Det er ingen tredje-harmonisk komponent i fase spennings fordi, i en zigzag-forbundet tre-enfase transformatorbank, har tredje harmoniske identisk størrelse og retning som vektorer. På grunn av vindingoppsettet, nullstiller de tredje-harmoniske elektromotivkrefter i hver fase hverandre, resulterende i en nesten sinusformet fase spennings.

I en Z-type jordtransformator, flyter nul-sekvens strømmer i de to halve vindingene på samme kjernebein i motsatt retning; derfor, er nul-sekvens reaktansen veldig lav, og den dempes ikke nul-sekvens strøm. Prinsippet bak dens lave nul-sekvens impedans er som følger: på hver av de tre kjernebeina av jordtransformator, er det to vindinger med like antall omganger, hver forbundet til forskjellige fase spenninger. 

Når balanserte positive- eller negative-sekvens trefase spenninger anvendes på linjeterminalene til jordtransformator, er MMF på hvert kjernebein vektorsummen av MMF fra de to vindingene forbundet til ulike faser. De resulterende MMF på individuelle kjernebeiner er forskyvet med 120°, danner en balansert trefase sett. Den enefase MMF kan etablere en magnetisk sirkel over alle tre kjernebeiner, resulterende i lav magnetisk motstand, stor magnetisk flaks, høy induksjon EMF, og dermed veldig høy magnetisering impedans.

 Men når nul-sekvens spenning anvendes på de trefase linjeterminalene, er MMF produsert av de to vindingene på hvert kjernebein like i størrelse men motsatt i retning, resulterende i null netto MMF per bein - derfor, finnes det ingen nul-sekvens MMF i de tre kjernebeina. Nul-sekvens MMF kan bare fullføre sin bane gjennom tanken og omkringliggende medium, som presenterer veldig høy magnetisk motstand; derfor, er nul-sekvens MMF veldig liten, fører til veldig lav nul-sekvens impedans.

3.Jordtransformatorparametre
For å møte kravene til distribusjonsnettverk som bruker bueløsningsspole jordkompenasjon, samt tilfredsstille behovet til stasjonens servicebelastninger for strøm og lys i understasjoner, velges Z-forbundet transformatorer, og nøkkelparametre for jordtransformator må settes rimelig.

3.1 Nominell kapasitet
Kapasiteten på primær siden av jordtransformator skal matche kapasiteten til bueløsningsspolen. Basert på standard bueløsningsspole kapasitetsranger, anbefales det at jordtransformator kapasiteten settes til 1,05–1,15 ganger bueløsningsspole kapasiteten. For eksempel, vil en 200 kVA bueløsningsspole bli parret med en 215 kVA jordtransformator.

3.2 Neutralt punkt kompensasjonstrøm
Total strøm som flyter gjennom transformatorens neutrale punkt under en enefase feil

I formelen ovenfor:

U er linjespenningen i distribusjonsnettverket (V);
Zx er impedansen til bueløsningsspolen (Ω);
Zd er primær nul-sekvens impedansen til jordtransformator (Ω/fase);
Zs er systemimpedansen (Ω).

Varigheten av neutralt punkt kompensasjonstrøm skal være den samme som kontinuerlige driftstid for bueløsningsspolen, som er spesifisert til 2 timer.

3.3 Nullsekvensimpedans
Nullsekvensimpedansen er et kritisk parameter for jordtransformatorer og påvirker betydelig relébeskyttelsesinnstillinger for å begrense enfasjordsfeilstrømmer og dempe overvoltage. For zigzag (Z-type) jordtransformatorer uten sekundærspole, samt de med stjerne/åpen-deltaforbindelser, finnes det bare én impedans—nemlig nullsekvensimpedansen—som tillater produsenter å møte krafverkskrav.

3.4 Tap
Tap er et viktig ytelsesparameter for jordtransformatorer. For jordtransformatorer utstyrt med sekundærspole, kan tomgangstap gjøres tilsvarende tapet for en tospoles transformator med samme effekt. Hensyn til lasttap, når sekundærsiden opererer ved full last, bærer primærsiden en relativt lett last; dermed er dens lasttap lavere enn for en tospoles transformator med samme kapasitet på sekundærsiden.

3.5 Temperaturøkning
I henhold til nasjonale standarder, er temperaturøkningen av jordtransformatorer regulert som følger:

1. Temperaturøkningen ved nominell kontinuerlig strøm skal være i samsvar med bestemmelsene i den nasjonale standarden for generelle krafttransformatorer eller torrtransformatorer. Dette gjelder hovedsakelig jordtransformatorer der sekundærsiden ofte er belasted.

2. Når kortvarig laststrøm ikke varer lenger enn 10 sekunder (et scenario som typisk oppstår når nøytralpunktet er koblet til en motstand), skal temperaturøkningen være i samsvar med grensene spesifisert i den nasjonale standarden for krafttransformatorer under kortslutningsforhold.

3. Når jordtransformatoren opererer sammen med en buelukningsbobine, skal dens temperaturøkning være i samsvar med temperaturøkningskravene for buelukningsbobinen:

• For vindinger som kontinuerlig bærer nominell strøm, er temperaturøkningen begrenset til 80 K. Dette gjelder hovedsakelig jordtransformatorer med stjerne/åpen-deltaforbindelse.

• For vindinger med maksimal strømdurering på 2 timer (som spesifisert for nominell strøm), er den tillatte temperaturøkningen 100 K. Dette tilfellet samsvarer med driftsmåten for de fleste jordtransformatorer.

• For vindinger med maksimal strømdurering på 30 minutter, er den tillatte temperaturøkningen 120 K.

Disse bestemmelsene er basert på å sikre at, under de mest alvorlige driftsbetingelsene, ikke varmetoppunktet i vindinger overstiger 140 °C til 160 °C, dermed garanterer sikker isolasjon og unngår alvorlig reduksjon i isolasjonslevealder.