Načini povezovanja in parametri zazemljevalnih transformatorjev

Konfiguracije viklajev zazemljevalnega transformatorja

Zazemljevalne transformatorji so razdeljeni glede na povezave viklajev na dva tipa: ZNyn (črešnja) ali YNd. Njihovi neutralni točki lahko pripojujemo do tlačnega črka ali zazemljitvenega upornika. Trenutno se bolj pogosto uporablja črešnja (Z-tip) zazemljevalni transformator, povezan skozi tlačni črkal ali nizkouprni upornik.

1. Z-tip zazemljevalnega transformatorja
Z-tip zazemljevalnih transformatorjev je na voljo v obeh izvedbah - mazni in suhe izolacije. Med njimi je smola preslana vrsta suhe izolacije. Strukturno je podoben standardnemu trofaznemu jadrovnemu snovi transformatorju, le da na vsakem faznem nosilcu je viklaj razdeljen na dve enako navojni odseku – zgornjem in spodnjem. Končna ene odseka je v seriji obrnjenih polaritet povezana s koncem druge faze viklaja. 

Dva viklajna odseka imata nasprotni polaritet, kar oblikuje novo fazo v črešnji konfiguraciji. Začetne konektorje zgornjih viklajev – U1, V1, W1 – so izvedeni in povezani s trofaznimi napajalnimi linijami A, B in C, ustreznimi. Začetne konektorje spodnjih viklajev – U2, V2, W2 – so povezani skupaj, da oblikujejo neutralno točko, ki je nato povezana z zazemljitvenim upornikom ali tlačnim črkalom, kot je prikazano na sliki. Glede na specifično metodo povezave se Z-tip zazemljevalni transformatorji nadalje klasificirajo v konfiguracije ZNvn1 in ZNyn11.

Z-tip zazemljevalni transformatorji lahko tudi opremljajo z nizkonapetostnim viklajem, običajno povezan v zvezdo z zazemljenim neutralom (yn), kar jim omogoča, da delujejo kot stanica za servisne transformatorje.

2. Z-tip zazemljevalnega transformatorja
Prednosti črešnje povezave Z-tipa transformatorjev:

1. Med enofaznim kratkim zaprtjem je tok krivice zazemljenja približno enakomerno porazdeljen med trofaznimi viklaji. Magnetni pospeški (MMF) dveh viklajev na vsakem jadrskem nosilcu sta v nasprotni smeri, zato ni dušenja, kar omogoča, da se tok svobodno pretoka iz neutralne točke do faze s krivico.

2. V faznem napetosti ni tretjega harmonskega komponenta, ker v trofaznem sistemu z črešnjo povezavo tretji harmonski imajo enako velikost in smer kot vektorji. Zaradi povezave viklajev se tretji harmonski elektromotorni sili v vsaki fazi izničijo, kar rezultira v skoraj sinusoidalni fazni napetosti.

V Z-tipu zazemljevalnega transformatorja tečejo nulti vrstni toki v dveh polovkah viklajev na istem jadrskem nosilcu v nasprotni smeri; zato je nulni vrstni reaktanca zelo nizka in ne duši nultega vrstnega toka. Načelo nizke nulte vrstne impedanci je naslednje: na vsakem od treh jadrskih nosilcev zazemljevalnega transformatorja je dva viklaja z enakim številom navojov, vsak povezan z različnimi faznimi napetostmi. 

Ko se na fazne konektorje zazemljevalnega transformatorja uporabijo uravnotežene pozitivne ali negativne trofazne napetosti, je MMF na vsakem jadrskem nosilcu vektorska vsota MMF-jev iz dveh viklajev, povezanih z različnimi fazami. Rezultantni MMFi na posameznih jadrskih nosilcih so zamaknjeni za 120°, kar oblikuje uravnoteženo trofazno množico. Enofazni MMF lahko vzpostavi magnetni krug preko vseh treh jadrskih nosilcev, kar prinaša nizko magnetno upornost, veliko magnetno tok, visok inducirani EMF in tako zelo visoko magnetizacijsko impedanco.

 Ampak, ko se na trofazne fazne konektorje uporabi nulte vrstne napetosti, so MMFi, ki jih ustvarita dva viklaja na vsakem jadrskem nosilcu, enaki po velikosti, a nasprotni po smeri, kar prinaša ničelni neto MMF na vsakem nosilcu – zato nulte vrstne MMF ne obstajajo v treh jadrskih nosilcih. Nulte vrstne MMF lahko zaključi svojo pot skozi rezervoar in okolje, kar predstavlja zelo visoko magnetno upornost; zato so nulte vrstne MMF zelo majhne, kar prinaša zelo nizko nulto vrstno impedanco.

3.Parametri zazemljevalnega transformatorja
Da bi zadostila zahteve distribucijskih omrežij, ki uporabljajo tlačni črkal za zazemljitev, ter hkrati zadostila potrebam postajskih bremen za energijo in osvetlitev v pretvorovalnih postajah, se izbere Z-povezani transformator, in ključni parametri zazemljevalnega transformatorja morajo biti razumno nastavljeni.

3.1 Nominirana kapaciteta
Kapaciteta primarnega strani zazemljevalnega transformatorja bi morala ujemati kapaciteto tlačnega črkala. Na podlagi standardnih kapacitet tlačnega črkala se priporoča, da se kapaciteta zazemljevalnega transformatorja nastavi na 1,05–1,15-krat kapaciteta tlačnega črkala. Na primer, 200 kVA tlačno črkal bi bilo povezano z 215 kVA zazemljevalnim transformatorjem.

3.2 Tok kompenzacije neutralne točke
Celoten tok, ki teče skozi neutralno točko transformatorja med enofazno krivico

V zgornji formuli:

U je fazna napetost distribucijskega omrežja (V);
Zx je impedanca tlačnega črkala (Ω);
Zd je primarna nulta vrstna impedanca zazemljevalnega transformatorja (Ω/faza);
Zs je sistemsko impedanca (Ω).

Trajanje toka kompenzacije neutralne točke bi moralo biti enako trajanju neprekinjenega delovanja tlačnega črkala, ki je določeno na 2 ure.

3.3 Neničelna impedanca
Neničelna impedanca je ključni parameter zazemljevalnega transformatorja in veliko vpliva na nastavitev relayske zaščite za omejevanje enofaznih zazemljitvenih tokov in utlačevanje previsokih napetosti. Za zigzag (Z-tip) zazemljevalne transformatorje brez sekundarnega ovijača ter tiste z vezjo zvezdica/odprti trikotnik obstaja samo ena impedanca – neničelna impedanca – s čimer proizvajalci lahko izpolnijo zahteve distribucijskih podjetij.

3.4 Izgube
Izgube so pomembni parametri zmogljivosti zazemljevalnih transformatorjev. Za zazemljevalne transformatorje opremljene z sekundarnim ovijačem se lahko prazno bremenske izgube uvrstijo kot ekvivalentne izgubam dvoodvijačnega transformatorja enake moči. Glede bremenskih izgub, ko se sekundarni del operira pri polnem bremenu, nosi primarni del relativno lažji nalog; tako so njegove bremenske izgube manjše od dvoodvijačnega transformatorja z enako sekundarno kapaciteto.

3.5 Temperaturni naraščaj
Temperaturni naraščaj zazemljevalnih transformatorjev je po nacionalnih standardih urejen takole:

1. Temperaturni naraščaj pri nominalnem neprekinjenem toku mora biti v skladu z določbami nacionalnega standarda za splošne električne ali suhe transformatorje. To se predvsem nanaša na zazemljevalne transformatorji, katerih sekundarni del je pogosto obremenjen.

2. Ko traja kratkotrajna obremenitvena struja ne več kot 10 sekund (skupina, ki se običajno pojavi, ko je neutralna točka povezana z upornikom), mora temperaturni naraščaj biti v skladu z omejitvami, določenimi v nacionalnem standardu za električne transformatorje v stanju kratkog zapora.

3. Ko zazemljevalni transformator deluje skupaj s kitajskim zavojem, mora njegov temperaturni naraščaj biti v skladu s temperaturnimi naraščaji za kitajski zavoj:

• Za ovije, ki neprekinjeno prenašajo nominalni tok, je temperaturni naraščaj omejen na 80 K. To se predvsem nanaša na zazemljevalne transformatorje z vezjo zvezdica/odprti trikotnik.

• Za ovije, pri katerih je najdaljša doba pretekanja maksimalnega toka 2 uri (kot je določeno za nominalni tok), je dovoljen temperaturni naraščaj 100 K. Ta pogoj se ujema z načinom delovanja večine zazemljevalnih transformatorjev.

• Za ovije, pri katerih je najdaljša doba pretekanja maksimalnega toka 30 minut, je dovoljen temperaturni naraščaj 120 K.

Te določbe temeljijo na zagotavljanju, da pri najhujših delovnih pogojiji temperature globoke točke ovije ne presežejo 140 °C do 160 °C, s tem pa zagotavljajo varno delovanje izolacije in izogibajo resnemu skračevanju življenjskega časa izolacije.