Metode povodne mreže i parametri zemljišnih transformatora

Konfiguracije navijanja zemljušnih transformatora

Zemljušni transformatori se klasiču po vezu navijanja u dva tipa: ZNyn (zigzag) ili YNd. Njihove neutralne tačke mogu biti povezane sa košnog zglobnim bobinama ili zemljušnim otpornicima. Trenutno, najčešće se koristi zigzag (Z-tip) zemljušni transformator povezan preko košnog zglobnim bobine ili nizkouprtnog otpornika.

1. Z-tip zemljušnog transformatora
Z-tipovi zemljušnih transformatora dolaze u verziji namočenih u ulju i verziji sa suhom izolacijom. Među njima, lejnena litija predstavlja tip suhe izolacije. Strukturno, sličan je standardnom trofaznom jadrnu tipu snage transformatora, osim što na svakom faznom stubu navijanje je podijeljeno na dva jednaka odseka—gornji i donji. Kraj jednog odseka je povezan u seriju obrnutog pola sa kraju drugog faznog navijanja. 

Dva odseka navijanja imaju suprotne polaritete, formirajući novu fazu u zigzag konfiguraciji. Početne tačke gornjih navijanja—U1, V1, W1—su izvedene i spojene sa tri faze AC pružalica A, B i C, redom. Početne tačke donjih navijanja—U2, V2, W2—su povezane zajedno kako bi formirale neutralnu tačku, koja je zatim povezana sa zemljušnim otpornikom ili košnim zglobnim bobinom, kao što je prikazano na slici. U zavisnosti od specifične metode spajanja, Z-tipovi zemljušnih transformatora dalje se klasifikuju u konfiguracije ZNvn1 i ZNyn11.

Z-tipovi zemljušnih transformatora takođe mogu biti opremljeni niskonaponskim navijanjem, obično povezanim u zvezdu sa zemljušnom neutralnom (yn), omogućavajući im da služe kao stanici servisni transformatori.

2. Z-tip zemljušnog transformatora
Prednosti zigzag veze Z-tipa transformatora:

1. Tijekom jednofaznog kratkog spoja, strujni greška zemljušnog toka je približno ravnomerno raspoređena među tri-faznim navijanjima. Magnetni pobudni momenti (MMF) dva navijanja na svakom jadrnom stubu su suprotni u smjeru, tako da nema demping efekta, omogućujući slobodan tok struje od neutralne tačke do oštećene linije.

2. Ne postoji treći harmonički komponent u faznom napona jer, u tro-singl-faznom transformatoru spojenom u zigzag, treće harmonike imaju identičnu veličinu i smjer kao vektori. Zbog rasporeda navijanja, treće harmoničke elektromotivne sile u svakoj fazi se anuliraju, rezultirajući gotovo sinusoidnim faznim naponom.

U Z-tipu zemljušnog transformatora, nulte redosledne struje u dva polunavijanja na istom jadrnom stubu teku u suprotnim smjerovima; stoga, nulte redosledne reaktance su vrlo niske, i ne ograničavaju nulte redosledne struje. Princip niske nulte redosledne impedancije je sljedeći: na svakom od tri jadrna stuba zemljušnog transformatora, postoje dva navijanja jednakog broja zavojnica, svako povezano sa različitim faznim naponom. 

Kada su balansirani pozitivni ili negativni redosledni trofazni naponi primijenjeni na linijske terminalne uređaje zemljušnog transformatora, MMF na svakom jadrnom stubu je vektorski zbroj MMFa od dva navijanja povezana sa različitim fazama. Rezultirajući MMF-ovi na pojedinačnim jadrnim stubovima su pomaknuti za 120°, formirajući balansirani trofazni set. Jednofazni MMF može uspostaviti magnetni krug preko sve tri jadrna stuba, rezultirajući niskom magnetnom otporom, velikim magnetnim fluksom, visokim induciranim EMF-om, i stoga vrlo visokom magnetizacijskom impedancijom.

 Međutim, kada se nulti redosledni napon primijeni na trofazne linijske terminalne uređaje, MMF-ovi proizvedeni od dva navijanja na svakom jadrnom stubu su jednaki po veličini ali suprotni po smjeru, rezultirajući nultim neto MMF-om po stubu—stoga, ne postoji nulti redosledni MMF u tri jadrna stuba. Nulti redosledni MMF može završiti svoj put samo kroz posudu i okolinu, što predstavlja vrlo visoku magnetnu otpornost; stoga, nulti redosledni MMF je vrlo mali, dovodeći do vrlo niske nulte redosledne impedancije.

3. Parametri zemljušnog transformatora
Da bi se ispunili zahtjevi distribucijskih mreža koje koriste košnu zglobnu bobinu za zemljušnu kompenzaciju, a takođe i potrebe stanica za snabdevanje električnom energijom i osvjetljenjem u pretvorbenim stanicama, odaberu se Z-spojeni transformatori, a ključni parametri zemljušnog transformatora treba da budu razumno postavljeni.

3.1 Nominativna snaga
Nominativna snaga primarnog strane zemljušnog transformatora treba da se podudara sa snagom košne zglobne bobine. Na osnovu standardnih nominativnih snaga košne zglobne bobine, preporučuje se da se nominativna snaga zemljušnog transformatora postavi na 1,05–1,15 puta snaga košne zglobne bobine. Na primjer, 200 kVA košna zglobna bobina bi bila uparena sa 215 kVA zemljušnim transformatorom.

3.2 Struja kompenzacije neutralne tačke
Ukupna struja koja teče kroz neutralnu tačku transformatora tijekom jednofazne greške

U gore navedenom formulom:

U je linijski napon distribucijske mreže (V);
Zx je impedanca košne zglobne bobine (Ω);
Zd je primarna nulta redosledna impedanca zemljušnog transformatora (Ω/faza);
Zs je sistemsko impedanca (Ω).

Trajanje struje kompenzacije neutralne tačke treba da bude isto kao trajanje neprekidnog rada košne zglobne bobine, što je određeno na 2 sata.

3.3 Nula-sequens impedansa
Nula-sequens impedansa je ključan parametar zemljačkog transformatora i značajno utiče na podešavanje relejnog zaštita za ograničavanje struja jednofaznih zemljanih kvarova i smanjenje prenapona. Za zig-zag (Z tip) zemljačke transformatore bez sekundarnog vitiha, kao i one sa zvezdasta/otvoreno-delta spoj, postoji samo jedna impedansa - to jest, nula-sequens impedansa - što omogućava proizvođačima da ispunjavaju zahteve kompanija.

3.4 Gubitci
Gubitci su važan performansni parametar zemljačkih transformatora. Za zemljačke transformatore opremljene sekundarnim vitihom, gubitak bez opterećenja može biti ekvivalentan gubitku dvovitih transformatora iste snage. U pogledu gubitaka pod opterećenjem, kada sekundarni deo radi na punom opterećenju, primarni deo nosi relativno lakše opterećenje; stoga je njegov gubitak manji od gubitka dvovitog transformatora sa istom kapacitetom na sekundarnoj strani.

3.5 Povišanje temperature
Prema nacionalnim standardima, povišanje temperature zemljačkih transformatora uređeno je na sledeći način:

1. Povišanje temperature pod nominalnom kontinuiranom strujom treba da bude u skladu sa odredbama nacionalnog standarda za opšte električne transformatore ili suhe transformatore. Ovo se uglavnom odnosi na zemljačke transformatore čija sekundarna strana često nosi opterećenje.

2. Kada kratkotrajno opterećenje traje ne duže od 10 sekundi (scenarij koji se obično javlja kada neutralna tačka ide na otpornik), povišanje temperature treba da bude u skladu sa granicama predviđenim nacionalnim standardom za električne transformatore pod uslovima kratakog spoja.

3. Kada zemljački transformator radi zajedno sa koilom za gasenje luka, povišanje temperature treba da bude u skladu sa zahtevima za povišanje temperature za koil za gasenje luka:

• Za vitije koje kontinuirano nose nominalnu struju, povišanje temperature ograničeno je na 80 K. Ovo se uglavnom odnosi na zemljačke transformatore sa zvezdastim/otvoreno-delta spojem.

• Za vitije sa maksimalnim vremenom trajanja struje od 2 sata (kao što je predviđeno za nominalnu struju), dozvoljeno povišanje temperature je 100 K. Ova situacija odgovara režimu rada većine zemljačkih transformatora.

• Za vitije sa maksimalnim vremenom trajanja struje od 30 minuta, dozvoljeno povišanje temperature je 120 K.

Ove odredbe bazirane su na osiguranju da, pod najtežim uslovima rada, temperatura točke visoke temperature vitija ne premaši 140 °C do 160 °C, čime se garantuje sigurno radno stanje izolacije i sprečava se značajno smanjenje vek trajanja izolacije.