Higidura Transformatoraren Babesaldiak Okerra Egin Dituen Arrazoien Analisia

Txinako elektrizitate sistemaren barnean, 6 kV, 10 kV eta 35 kV sareak oso askotan erabiltzen dute neurri-puntua lotu gabeko modu harrapatzailea. Sareko transformagailu nagusien banatze geruzan oinarritutako tensioaren aldeak ohikoa da triangeluar konfigurazioan konektatuta egotea, horrek ez ditu neurri-punturik zati gorputz batentzat erabilgarri. Neurri-puntua lotu gabeko sistema batean fase bakar baten hutsegitea gertatzen denean, geruzeen arteko tensioaren triangelua mantenduko du simetria, erabiltzaileen lanetan sakonduko duen arrazoia txiki izango da. Gainera, kapazitateko korrontea txikiagoa denean (10 A baino gutxiago), zenbait hutsegite aldizkarriak bere buruari amaitzeko aukera dut, horrek oso efektiboki lagunduko du elektrizitate-emondarraren fiabletasunari hobetu eta iturri galderen kontuan gehitu.

Hala ere, elektrizitate industriaren hedapena eta garapena jarraitzen ahal bezala, metodo hau oraindik ere ez du eraso beharrik betetzen. Hari guztiz, sare elektriko modernoetan, kabeleren erabilera handitzea kapazitateko korronte handiagoa (10 A baino gehiago) eragin du. Balio horietan, lurreko arkua ezin da ziurtasunez amaitu, ondorio hauek sortzen dira:

• Fase bakar baten arkua amaitu eta berriro hasi denean, arkua-lurrerako gain-tentsioak sortzen dira, haien balioa 4Ura (non Uren adierazpena puntuaren tentsio maximoa den) edo gehiago heltzen da, luzera tartean. Honek arrisku handiak ekarri dizkio elektrizitate aparatu guztien aisialkiarentzat, aisialki nahiko ahul eta huts egiten diren puntuetan erradatzeko aukera handiagoa emanda, galderi handiak eragin dezakete.

• Arkua luzeenez mantentzeak inguruko airea ionizatzen du, horrek bere aisialki propietateak murriztuko ditu eta faseen arteko hutsegite laburrazteko probabilitatea handitzen du.

• Ferroresonantezko gain-tentsioak gertatzen dira, haien ondorioz tentsio-transformagailuak eta itsasaldi-galdeak erasotzea erraza da—garrantzitsuenik, galdeak exploditzea posible da. Ondorio hauek sare elektrikoaren aparaturako aisialki integritateari erronka handia egin dute eta osoko elektrizitate-sistema seguru harrapatzea amenaztu dute.

Gertaldi horiek saihesteko eta zerrenda nuluaren tentsio eta korronte nahikoa emateko, lurrerako hutsegite-babesarako harrapatze ziurtasuna eskaintzeko, neurri-puntua artifiziala sortu behar da, horrela lurrerako gorputz bat konektatu daiteke. Beharra hau eraman zuen lurrerako transformagailuen garapenera (normalean "lurrerako transformagailu" edo "lurrerako unitate" deitzen zaie). Lurrerako transformagailuak neurri-puntua artifiziala sortzen du, gorputz lurrerako bat, balioa oso gutxi duena (ohikoa 5 ohm baino gutxiago).

Gainera, bere ezaugarri elektromagnetikoengatik, lurrerako transformagailuak positiboen eta negatiboen sekuentziako korronteetarako goi impedimentua du, bakarrik gorputz txiki bat pasatzen dela bere biraka. Nukleuaren alde bakoitzeko, bi zatitan biraka aurkako norantzan egiten da. Zerrenda nuluaren korronte berdina pasatzen badira birak horietan, zatitzaile baxua erakusten dute, horrek zerrenda nuluaren egoeran birak arteko tentsio gutxitasuna eragiten du.

Zehatzki, lurrerako hutsegitean, birak positibo, negatibo eta zerrenda nuluaren korronteak pasatzen ditu. Positibo eta negatiboen sekuentziako korronteetarako goi impedimentua du, baina zerrenda nuluaren korrontearentzat zatitzaile baxua. Hori da, fase berean, bi birak aurkako polaritatekin seriean konektatuta daude; haien indukitako elektromotrizuak balio berdina dute baina norantza desberdina, horrek elkarrekin kendu egiten diete, horrek zerrenda nuluaren korrontearentzat zatitzaile baxua erakusten dio.

Askotan, lurrerako transformagailuak soilik neurri-puntua artifiziala sortzeko eta gorputz lurrerako txiki bat eman ahal izateko erabiltzen dira, bigarren karga bat eman ez dute. Beraz, lurrerako transformagailu asko bigarren birarik gabe diseinatu dira. Elektrizitate-sistemaren funtzionamenduan normala denean, lurrerako transformagailuak oso gero eta behera karga gabe funtzionatzen du. Baina, hutsegitean, laburra den tartean korronte hutsegitera ukitzen du. Zatitzaile baxuko sistema lurreratuan, 10 kV aldetan fase bakar baten hutsegite lurrerako gertatzen denean, zero-sekuentziako babesa oso sentikorra azkar identifikatzen eta aldizkarri hutsegitera lotura motz bat egiten du.

Lurrerako transformagailuak soilik hutsegitea gertatzen denean eta aldizkarrien zero-sekuentziako babesak funtzionatzen saiatzen duten tartean aktibo dago. Tartean, zerrenda nuluaren korrontea neurri-puntua lurrerako gorputzaren eta lurrerako transformagailuaren bidez doa, formula hau jarraituz: I_R = U / (R₁ + R₂), non Uren adierazpena sistema-ren tentsio puntuokoa, R₁ neurri-puntua lurrerako gorputza, eta R₂ hutsegite lurrerako eremuaren gorputz gehigarria.

Aurretik aipaturiko analisiaren arabera, lurrerako transformagailuen funtzionamendu ezaugarriak dira: funtzionamendu luzea karga gabe eta hutsegitean karga handi motz bat.

Laburbilduz, lurrerako transformagailuak neurri-puntua artifiziala sortzen du gorputz lurrerako bat konektatzeko. Hutsegite lurrerakoan, positibo eta negatiboen sekuentziako korronteetarako goi impedimentua du, baina zerrenda nuluaren korrontearentzat zatitzaile baxua, horrek lurrerako hutsegite-babesaren funtzionamendu ziurtasuna bermatzen du.

Orain egun, subestazioetan instalatutako lurrerako transformagailuak bi funtzio nagusi ditu:

• Subestazioaren laguntza erabilera AC tentsio baxua ematea;

• 10 kV aldetan neurri-puntua artifiziala sortzea, eta horrek arkua-kendeko koilu bat (Petersen koila) konbinatuz, 10 kV fase bakar baten hutsegite lurrerakoan kapazitateko hutsegite lurrerako korrontea kompentsatzeko, horrek arkua hutsegite puntuan kenduko du. Printzipioa hau da:

Hiru faseko elektrizitate-sistemaren kanpo konduen luzera osoan, faseen artean eta fase bakoitzaren eta lurra artean kapazitate existitzen da. Sistemaren neurri-puntua lotu gabeko denean, hutsegite lurrerakoan hutsegiteko fasearen kapazitatea lurrera zero bihurtzen da, beste bi faseen tentsioak normalaren √3 aldiz handitzen dira. Tentsio handi hori aisialki-projektuaren muga barruan mantentzen denean, haien kapazitatea lurrera handitzen da. Fase bakar baten hutsegite lurrerakoan kapazitateko korrontea hiru aldiz gehiago da normala den kapazitateko korrontea. Korronte hori handia denean, errazten da arkua aldizkarri mantentzea, sisteman induktiboko eta kapazitiboko zirkuituaren rezonantezia ekarriko du, horrek gain-tentsioak sortzen ditu, haien balioa 2.5–3 aldiz gehiago da faseko tentsioa. Sistemaren tentsioa altuagoa denean, gain-tentsio horiei dagokion arriskua handiagoa da. Beraz, neurri-puntua lotu gabeko sistemak 60 kV baino behera soilik funtzionatu ahal dira, horiek hutsegite lurrerako kapazitateko korronte txikiak dituztelako. Tentsio altuagoetarako, neurri-puntua impedimentu baten bidez konektatzeko lurrerako transformagailu bat erabili behar da.

Bihotza transformator baten alde bat (adibidez, 10 kV aldea) delta edo wye itxura duenean, eta neutrala aterata ez denean, eta monofaseko kapazitateko lurrara doazen korrontea handia denean, erabilgarri dagoen neutral puntuak ez dago. Kasu horietan, lurratzeko transformator bat erabiltzen da, artificialki sortutako neutral puntua izan dezan, eta arkuen desagertze-koileari konektatzeko. Artificialki sortutako neutral hau sistemari kapazitateko korrontea konpentsatzeko eta lurrara egiten diren arkuak desagertzeko aukera ematen dio—hau da, lurratzeko transformatorraren funtzio oinarrizkoa.

Erabilerako modu arruntan, lurratzeko transformatorak tresna simetrikoaren tensiona onartzen du eta bakarrik txikien bat da, oso geroztik lan egiten du. Neutralaren eta lurra arteko potentzial-diferentzia zeroa da (arkuen desagertze-koilearen neurri txikiak baztertuta), eta koilearen travesan ez da inolako korronteak igotzen. Adibidez, C fasea lurrara egiten badu falta, sortzen den hasierako ordena nuluaren tensiona (asimetria-tik datorkiona) arkuen desagertze-koilearen bidez lurra travesan igotzen da. Koileak indarkorren korrontea sortzen du, kapazitateko lurrara egiten diren korrontea konpentsatuz, eta horrela arkuak desagertzen dira—funtzionalki identikoak standalone arkuen desagertze-koilearekin.

Azken urteetan, 110 kV subestazioetan, zehaztu batzuei, lurratzeko transformatorren babesarako zenbait falta eraginak gertatu dira, gridaren estabilitatea oso erosean. Arrazoien erroen azterketa egin da, ebidentziak hartu dira, eta ikuspegiak partekatu dituzte beste lekutan berdintasunak saihesteko.

110 kV subestazioetako 10 kV saretan, kabeleren erabilera handitzen denean, monofaseko kapazitateko lurrara doazen korrontea askoz gehiago handitu da. Lurrara egiten diren faltetan gain-tensiona murrizteko, 110 kV subestazio askok lurratzeko transformator instalatzen dituzte, zerrenda-resistentziako lurratzeko bidez, nuluko ordena-korronte baten bidea sortuz. Honek aukeratzea ahalbidetzen du nuluko ordena babesa, lurrara egiten diren faltak kokapena arabera isoleatuz, arkuen berriro agertzea saihestuz eta segurutasunarekin energia eman dezakeen.

2008an hasi izan zen, zehaztu batzuek 110 kV subestazioetako 10 kV sistema batzuk lurratzeko transformator eta asociazionduko babesei instalatuz, zerrenda-resistentziako lurratzeari pasatzen. Horrek 10 kV eramateko lurrara egiten diren faltak azkar isolatzeko aukera ematen dio, gridaren eragina minimizatuz. Noiz bezala, azkenaldi hau, lekuan 110 kV subestazio bostetan, lurratzeko transformatorren babesarako zenbait falta eraginak gertatu dira, itamaldiak eragin eta gridaren estabilitatea arriskutzat jartzeko. Beraz, arrazoien erroak aurkitzea eta ebidentziak hartzea oso garrantzitsu da.

1. Lurratzeko transformatorren babesarako falta eraginen arrazoien azterketa

10 kV eramateak lurrara egiten du falta bat, 110 kV subestazioaren eramateko nuluko ordena babesa lehenik eragin behar du falta isolatzeko. Falta eraginak badira, lurratzeko transformatorren backup nuluko ordena babesa bus tie eta bihotza transformatorren trenkatzaileak trenkatzen ditu falta murrizteko. Beraz, 10 kV eramateko babesa eta trenkatzaileen eraginkorra oso garrantzitsu da. Bost subestazioetako falta eraginen azterketa estatistikoa eramateko babesaren falta eraginak adierazten ditu arrazoia nagusia dela.

10 kV eramateko nuluko ordena babesa hurrengo moduan eragiten du: nuluko CT laginak → babesa hasten da → trenkatzailea trenkatzen da. Osagarri garrantzitsuak dira nuluko CT, babes relay, eta trenkatzailea. Azterketa hauen gainean markatzen da:

1.1 Nuluko CT erroreak falta eraginetan
Falta bat gertatzen denean, faltarekin dagoen eramateko nuluko CT falta korrontea detektatzen du, bere babes aktibatuz. Orduan, lurratzeko transformatorren nuluko CT ere korrontea detektatzen du. Aukeratzea ziurtatzeko, eramateko babes ezarpenak (adibidez, 60 A, 1.0 s) lurratzeko transformatorren ezarpenetatik (adibidez, 75 A, 1.5 s bus tie trenkatzen, 2.5 s bihotza transformator trenkatzen) txikiagoak dira. Hala ere, CT erroreak (adibidez, -10% lurratzeko transformator CT, +10% eramateko CT) aktibatze korronte errealak (67.5 A vs. 66 A) hurbil egiten dituzte, soilik denbora delaera mendebalda. Honek lurratzeko transformatorren eragin handiagoa ekarri dezake.

1.2 Kablearen babesa okerra falta eraginetan
10 kV eramatek kableak erabiltzen dituzte, haien babesa amaitzeko EMI metodo arrunta da. Nuluko CTak toroidalak dira, kablearen inguruan instalatzen dira switchgear irteera. Falta bat gertatzen denean, orekatu gabeko korrontea CTan senhala sortzen du. Hala ere, kablearen babesa bi amaieran badago, korbila babesteko korronteak CTan igotzen dira, neurtzea distorsionatuz. Ezarpen egokiak gabe (adibidez, kablearen babesa zuzen CTan igotzen), eramateko babesa faltsu egiten da, lurratzeko transformatorren eragin handiagoa ekarri dezake.

1.3 Eramateko babesaren falta falta eraginetan
Microprocessor-based relays oso eraginkorrak dira, baina produktu kalitatea aldatzen da. Ondorio ohikoenak indarra, laginak, CPU, edo trenkatze output moduluak dira. Ez detektatzen badira, hauek babesaren falta eraginak ekar ditzake, lurratzeko transformatorren eragin handiagoa ekarri dezake.

1.4 Eramateko trenkatzailearen falta falta eraginetan
Zaharrerako, erabilpen maiztasuna, edo trenkatzaile kalitate txikia (bereziki, erruraldeko GG-1A mota zaharrak) geroztik eraginak gehitzen ditu. Kontrol circuituaren akatsak—bereziki trenkatze coilak—trenkatzailearen eraginak saihestu dezakete, baita babes komandoak eman balira, lurratzeko transformatorren backup eraginak ekarri behar ditu.

1.5 Bi eramateko altu impedantioko falta eraginetan falta eraginetan
Bi eramatek altu impedantioko falta bat batera gertatzen badute, individualki nuluko korronteak (adibidez, 40 A eta 50 A) eramateko aktibatze korronteaz (60 A) behera geratzen dira, baina batu gero (90 A) lurratzeko transformatorren ezarpena (75 A) gainditzen du, eragin handiagoa ekarri dezake. Batzordeko altu impedantioko falta bakar bat (adibidez, 58 A) normal kapazitateko korrontearekin (adibidez, 12–15 A) batu gero, 75 A kolontzera hurbildu dezake. Sistema pertsonaiak orduan falta eraginak ekar ditzake.

2. Falta eraginen saihesteko neurriak

2.1 CT erroreak saihesteko

Kalitate ondoa duten nuluko CT erabili; >5% erroreko unitateak baztertu; babes muga ezarri primario balioen arabera; ezarpenak primario injection test eginez verifikatu.

2.2 Kablearen babesa zuzendu

• Erantsi larrutzailea zatiak beherantz doan zero-sekuentzia CT-a travesatuz eta isulatzeko kable-eskitarretatik; saihestu kontaktua CT-aren aurretik.

• Utzi probatzeko zatiak ikusten diren konduktoreen amaierak; isulatu gerokoa.

• Larrutzaile-puntuak CT-ren azpian badago, ez erantsi CT-a travesatuz. Saihestu larrutzaile-puntua CT-ren leihoan jaritzea.

• Formazioa ematea instalazio egokiari buruzko babesaketa eta kable-lanpostuen pertsonalei.

• Enfertzu jarduera berdinketa inspektionak relai, operazio eta kable taldeekin.

2.3 Babestu babesaren ukatzea

Erabili frogatutako, fidagarriak diren relaiak; ordezkatu adina edo akastunak diren unitateak; hobetu mantentzea; instalatu ahula/ventilazioa ahulatzeko saihesteko.

2.4 Babestu iturriaren ukatzea

Erabili fidagarriak, modernoak diren iturrizko (adibidez, muelle edo motorrekin kargatutako itxuratuta); ateratzean GG-1A armairu zaharrak; mantendu kontrol-kircuituak; erabili kalitate handiko trip-hiloak.

2.5 Murriztu oso-impedantziako faltsuen arriskuak

Iraztartzeko eta garbitzeko alimentazioak zerrendatik, larrutzaile jakinarazpenak gertatzen direnean; murriztu zerrenda luzerak; orekatu fase-kargaak kapasitateko kargu normala gutxienez posible izateko.

3. Bukaera

Hala ere, larrutzaile transformadoreak sarearen egoera eta estabilitatea hobetzen dituzte, baina berriz errepikatzen diren misoperazioak errazki ezagutzen dira arazo gortutzat. Lan honetan, arrazoien nagusiak analizatzen dira eta praktiko soluzio batzuk proposatzen dira, larrutzaile transformadoreak instalatu dituzten edo instalatuko dituzten herrialde guztientzat.

Zigzag (Z-Mota) Larrutzaile Transformadoreak

35 kV eta 66 kV banaketako sareetan, transformadoreen biribilak wye-elkarlanean daude, neurri puntu neutro bat eskaintzen dute, larrutzaile transformadoreak beharrezkoa ez zirelarik. Hala ere, 6 kV eta 10 kV sareetan, delta-elkarlanean dauden transformadoreek ez dute puntu neutro, larrutzaile transformadore bat beharrezkoa da batuketa arkuen amaitasuna lotzeko.

Larrutzaile transformadoreek zigzag (Z-mota) biribil elkarlanean: fase bakoitzeko biribilak bi nukleu-limban banatuta daude. Zero-sekuentziako magnetismo fluxuak bi biribil horietatik kendu egiten dira, zero-sekuentziako impedantzia oso baxua (ohikoa <10 Ω), karga hutsaren galduak txikiak eta indar-tasa %90 baino gehiagorako erabilera ematen du. Aldiz, transformadore arruntek zero-sekuentziako impedantzia oso altua dute, arkuen amaitasuna transformadorearen indar-tasaren %20 baino gutxiagora murriztuz. Beraz, Z-mota transformadoreak hobetsi behar dira larrutzaile aplikazioetarako.

Sistema desegokiaren tensioa handia denean, balantzeatutako Z-mota biribilak neurrirako nahikoa dira. Desegoki txikiko sistemetan (adibidez, sistema guztiak kablez osatuta), neutroa 30-70 V desegoki tensioa sortzen du neurrirako beharrezkoa dena.

Larrutzaile transformadoreek sekundarioa karga asko eman ditzake, estazioaren servizio transformadore bezala ari. Kasu horietan, lehentsia-indarra arkuen amaitasunaren kapasitatearen eta sekundarioa karga kapasitatearen batuketa da.

Larrutzaile transformadorearen funtzio nagusia larrutzaile-faltsuen kompentsazio-karga eman dezala.

Irudi 1 eta Irudi 2 bi ohikoen Z-mota larrutzaile transformadore elkarlanean: ZNyn11 eta ZNyn1. Zero-sekuentziako impedantzia baxua dugunean, printzipioa hau da: nukleu-limb bakoitzak bi biribil identikokoak ditu, faze desberdinetan kokatuta. Positibo edo negatiboko sekuentziako tensioan, nukleu-limb bakoitzeko magnetismo indar-eragingarria (MMF) bi faze MMF-en vectorra da. Hiru nukleu-limb MMFak balantzeko eta 120° artean, magnetismo bide irekia formatzen du, erresistentzia baxua, fluxua handia, induzitutako tensio handia eta beraz, magnetizatze impedantzia handia.

Zero-sekuentziako tensioan, nukleu-limb bakoitzeko bi biribilak MMF berdina, baina alderantzizkoak sortzen dituzte, nukleu-limb bakoitzeko MMF neto zeroa ematen duena. Ez dago zero-sekuentziako fluxurik nukleuan; ordez, tank eta inguruko mediatraven zehar zirkulatzen du, erresistentzia handia aurkituz. Ondorioz, zero-sekuentziako fluxua eta impedantzia oso baxuak dira.