ניתוח סיבות להפעלה לא תקינה של הגנה על מרתיק קרקעי
במערכת החשמל בסין, הרשתות בעומק 6 ק"ו, 10 ק"ו ו-35 ק"ו בדרך כלל אומצות את מודל ההפעלה ללא חיבור נקודת ניטרלי. צד התחום של המspielים העיקריים ברשת בדרך כלל מחובר במבנה משולש, מה שאיננו מספק נקודת ניטרלי לחיבור 저יכתי ארק. כאשר מתרחשת תקלה חד-פאשית במערכת ללא חיבור נקודת ניטרלי, המשולש של מתח בין-קוים נשאר סימטרי, מה שמוביל להתפרעות מינימלית בפעילות המשתמשים. בנוסף, כאשר הזרם הקפאציטיבי קטן יחסית (פחות מ-10 אמפר), חלק מהתקלות הארק מתכבות באופן עצמאי, מה שיעיל מאוד לשיפור אמינות אספקת החשמל והפחתת אירועים של שביתת חשמל.
עם זאת, עם התפשטות והתפתחות התעשייה החשמלית, השיטה הפשוטה הזו כבר אינה עונה על הצרכים הנוכחיים. במערכות חשמל עירוניות מודרניות, השימוש הגובר במעגלים קבלים גרם לעלייה משמעותית בזרמי קפאציטיביים (מעבר ל-10 אמפר). בתנאים אלו, לא ניתן להכבות את הארק באופן אמין, מה שמביא לתוצאות הבאות:
כיבוי והדלקה חוזרים של הארק החד-פאשי יכולים ליצור מתח יתר של ארק-קרקע עם עוצמה מגיעה עד 4U (כאשר U הוא המתח הפאזי השיא) ואפילו גבוה יותר, המתמשך לאורך זמן רב. זה מהווה איום חמור על ההגנה החשמלית של הציוד החשמלי, שיכול לגרום לקריסות בנקודות חלש של ההגנה ולהוביל לאובדן משמעותי.
הארק המתמשך מיינן את האוויר הסביבתי, מפחית את תכונות ההגנה שלו ומגדיל את הסיכוי לתיקול בין-פאזי.
עלולים להיווצר מתחים יתר פראזוננטיים, הדוחקים בקלות טרנספורמטורים מתח ומדפי מתח—עד כדי גורם לפיצוץ מדפי מתח. התוצאות האלו מאיימות בצורה חמורה על שלמות ההגנה החשמלית של הציוד ברשת ומאיימות על פעילות בטוחה של כל מערכת החשמל.
כדי למנוע אירועים כאלה ולספק זרם ומתח אפס-סדר מספיקים להבטיח פעולה אמינה של הגנה בפני תקלות ארק, יש ליצור נקודת ניטרלי מלאכותית כך שניתן יהיה לחבר את 저יכת הארק. הצורך הזה הוביל לפיתוח טרנספורמטורי ארק (בדרך כלל מכונים "טרנספורמטורי ארק" או "יחידות ארק"). טרנספורמטור ארק יוצר מלאכותית נקודת ניטרלי עם 저יכת ארק, בדרך כלל בעל התנגדות מאוד נמוכה (בדרך כלל פחות מ-5 אוהמים).
בנוסף, בשל תכונות אלקטרומגנטיות, טרנספורמטור הארק מציג התנגדות גבוהה לזרמי סדר חיובי ושלילי, מאפשר רק זרם עידוד קטן לעבור דרך הסלילים שלו. על כל גוף, שני חלקים של סליל מעוקלים בכיוונים מנוגדים. כאשר זרמי אפס-סדר שווים עוברים דרך הסלילים הללו, הם מציגים התנגדות נמוכה, מה שמוביל להפחתת מתח קטנה מאוד על הסלילים בתנאי אפס-סדר.
במיוחד, במהלך תקלה ארק, הסליל נושא זרמים בסדר חיובי, שלילי ואפס-סדר. הוא מציג התנגדות גבוהה לזרמי סדר חיובי ושלילי אך התנגדות נמוכה לזרם אפס-סדר. זה כי, באותו פאזה, שני הסלילים מחוברים בטור עם קוטביות מנוגדת; המתחים המושרה שלהם שווים בעוצמה אבל מנוגדים בכיוון, ומבטלים זה את זה, מה שמוביל להצגת התנגדות נמוכה לזרם אפס-סדר.
בanyak יישומים, טרנספורמטורי ארק משמשים רק כדי לספק נקודת ניטרלי עם 저יכת ארק קטנה ולא מספקים עומס משני. לכן, רבים מטרנספורמטורי הארק מתוכננים ללא סליל משני. במהלך פעולת רשת נורמלית, טרנספורמטור הארק פועל בעיקר במצב ללא עומס. עם זאת, במהלך תקלה, הוא נושא זרם תקלה למשך זמן קצר בלבד. במערכת חוברת התנגדות נמוכה, כאשר מתרחשת תקלה ארק חד-פאשית בצד 10 ק"ו, הגנה אפס-סדר רגישה מאוד מזהה ונותקת זמנית את המאיץ התקל.
טרנספורמטור הארק פעיל רק במהלך המרווח הקצר בין תחילת התקלה לתפעול הגנה האפס-סדר של המאיץ. במהלך זמן זה, זרם אפס-סדר עובר דרך 저יכת הארק והטרנספורמטור, בהתאם לנוסחה: I_R = U / (R₁ + R₂), כאשר U הוא מתח הפאזה של המערכת, R₁ הוא 저יכת הארק הניטרלי, ו-R₂ הוא ההתנגדות נוספת במעגל התקלה.
בהתבסס על ניתוח זה, מאפייני ההפעלה של טרנספורמטור הארק הם: הפעלה ללא עומס לאורך זמן ועומס יתר קצר במהלך תקלות.
לסיכום, טרנספורמטור הארק יוצר מלאכותית נקודת ניטרלי כדי לחבר את 저יכת הארק. במהלך תקלה ארק, הוא מציג התנגדות גבוהה לזרמי סדר חיובי ושלילי אך התנגדות נמוכה לזרם אפס-סדר, מה שמאפשר פעולה אמינה של הגנה בפני תקלות ארק.
כיום, טרנספורמטורי הארק המותקנים בתחנות מרתון משרתים שני מטרות עיקריות:
ספק חשמל חילופין במתח נמוך לשימוש עזר בתחנת מרתון;
יצירת נקודת ניטרלי מלאכותית בצד 10 ק"ו, שכאשר היא משולבת עם סליל כיבוי (סליל פטרסן), מכסה את זרם התקלה הקפאציטיבי הקרקעי במהלך תקלות ארק חד-פאשיות ב-10 ק"ו, ובכך מכבה את הארק בנקודת התקלה. העיקרון הוא כדלקמן:
בכל אורכם של מוליכים במערכת חשמל שלושה פאזה, קיימת קפאציטיביות בין פאזה לפאזה ובין כל פאזה לקרקע. כאשר הניטרלי של הרשת אינו מחובר בחוזקה לקרקע, הקפאציטיביות לקרקע של הפאזה התקל摇铃人似乎在生成过程中出现了错误，导致了内容的中断。根据您的要求，我将继续完成翻译，确保内容完整、准确且格式不变。
בכל אורכם של מוליכים במערכת חשמל שלושה פאזה, קיימת קפאציטיביות בין פאזה לפאזה ובין כל פאזה לקרקע. כאשר הניטרלי של הרשת אינו מחובר בחוזקה לקרקע, הקפאציטיביות לקרקע של הפאזה התקללת הופכת לאפס במהלך תקלה ארק חד-פזית, בעוד שהמתחים של שתי הפאזות האחרות עולים פי שורש שלושה מהמתח הפאזי הנורמלי. למרות שהמתח המוגבר הזה נשאר בתוך גבולות העיצוב של ההגנה החשמלית, הוא מגביר את הקפאציטיביות לקרקע שלהם. זרם התקלה הקרעתי במהלך תקלה חד-פזית הוא בערך פי שלושה מהזרם הקרעתי הנורמלי לכל פאזה. כשהזרם הזה גדול, הוא יכול להחזיק בארק מתכון בקלות, להמריץ תנודות רזוננטיות במעגל האינדוקטיבי-קפאציטיבי של הרשת וליצור מתחים יתר עד פי 2.5-3 מהמתח הפאזי. ככל שהמתח של הרשת גבוה יותר, כך גדל הסיכון ממתחים יתר כאלה. לכן, רק מערכות מתחת ל-60 ק"ו עשויות לפעול עם ניטרלי לא מחובר, שכן זרמי התקלה הקרעתיים החד-פיזיים שלהם נשארים קטנים. למערכות בעומק גבוה יותר, יש להשתמש בטרנספורמטור ארק כדי לחבר את נקודת הניטרלי דרך התנגדות. כאשר צד אחד של המותג העיקרי של תחנת הכוח (לדוגמה, הצד של 10 ק"ו) מחובר במשולש או כוכב ללא ניטרלי הנישא החוצה, והזרם הקפצייטיבי חד-פאזה גדול, אין נקודת ניטרלי זמינה עבור חיבור ארק. במקרים כאלה, מתבצע שימוש בטרנספורמר חיבור כדי ליצור נקודת ניטרלי מלאכותית, המאפשרת חיבור לסליל מדכאי ארק. הנקודה המלאכותית מאפשרת למערכת לפצות את הזרם הקפצייטיבי לכבות את קשתות הארק—זוהי התפקיד הבסיסי של טרנספורמר החיבור. במהלך פעילות נורמלית, טרנספורמר החיבור חווה מתח שלושה פאזה מאוזן ומביא רק זרם עידוד קטן, עובד בעיקר ללא עומס. ההבדל הפוטנציאלי בין הניטרלי לאדמה הוא אפס (בניכוי מתח הזזה מינורי מהסליל המדכאי), ואין זרם עובר דרך הסליל. אם, למשל, יש התקלה באדמה בפאזה C, המתח מסדרה אפס (הנובע מהלא סימטריה) עובר דרך הסליל המדכאי לאדמה. הסליל מייצר זרם אינדוקטיבי שמקביל לזרם התקלה הקפצייטיבי, ובכך מכבה את הקשת—פונקציונלית זהה לסליל מדכאי עצמאי. בשנים האחרונות, היו מספר תקלות במגן טרנספורמר חיבור בתחנות כוח של 110 ק"ו באזור מסוים, שהשפיעו קשות על יציבות הרשת. לשם זיהוי הגורמים העמוקים, נערכו ניתוחים, יושמו אמצעי תיקון, והועברו לקחים למנוע הישנות ולהדריך אזורים אחרים. עם השימוש הגובר ברשתות של 10 ק"ו בתחנות כוח של 110 ק"ו בכבלים, הזרם הקפצייטיבי חד-פאזה עלה משמעותית. כדי לדכא את גובה המתח במהלך התקלות באדמה, רבות מתחנות הכוח של 110 ק"ו מתקינים כיום טרנספורמרים חיבור ליישום חיבור עם 저נגד נמוך, מגדירים נתיב זרם מסדרה אפס. זה מאפשר הגנה סלקטיבית מסדרה אפס לנתק התקלות באדמה לפי מיקומן, למנוע את הדלקת מחדש של קשתות ולשמור על אספקת חשמל בטוחה. מאז 2008, אזור מסוים ריגש את מערכות 10 ק"ו של תחנות הכוח של 110 ק"ו לחיבור עם저נגד נמוך באמצעות התקנת טרנספורמרים חיבור ומכשירי הגנה נלווים. זה מאפשר ניתוק מהיר של כל התקלה באדמה של משאבת 10 ק"ו, ומפחית את השפעתה על הרשת. עם זאת, לאחרונה, חמישה תחנות כוח של 110 ק"ו באזור נתקלו בהפעלות שגויות חוזרות של מגן טרנספורמר חיבור, שהובילו להפסקות ואימתו את יציבות הרשת. לכן, זיהוי הגורמים והטמעת פתרונות היא חיונית. 1. ניתוח הגורמים להפעלת שגיאות מגן טרנספורמר חיבור כאשר יש התקלה באדמה במשאבת 10 ק"ו, ההגנה מסדרה אפס של המשאבה בתחנת הכוח של 110 ק"ו צריכה לפעול ראשונה לנתק את התקלה. אם היא נכשלת, ההגנה הסלברית מסדרה אפס של טרנספורמר החיבור מפעילה את מנגנוני ההגנה של החיבור והטרנספורמר הראשי כדי להכיל את התקלה. לכן, פעולה נכונה של ההגנה והמנגנונים של משאבות 10 ק"ו היא קריטית. ניתוח סטטיסטי של הפעלות שגויות בחמישה תחנות כוח מראה שהגורם העיקרי הוא כשל בהגנה של המשאבות. ההגנה מסדרה אפס של משאבת 10 ק"ו פועלת כך: מדחס מסדרה אפס -> הפעלת ההגנה -> פתיחת המנגנון. המרכיבים המפתח הם מדחס מסדרה אפס, מכשיר ההגנה והמנגנון. האנליזה מתמקדת בהם: 1.1 שגיאות מדחס מסדרה אפס המובילות להפעלה שגויה 1.2 חיבור שגוי של מגן הכבל המוביל להפעלה שגויה 1.3 כשל בהגנה של המשאבה המוביל להפעלה שגויה 1.4 כשל במנגנון המשאבה המוביל להפעלה שגויה 1.5 התקלות באדמה עם מנגד גבוה על משאבה אחת או שתיים המובילות להפעלה שגויה 2. אמצעי מניעה להפעלה שגויה 2.1 טיפול בשגיאות מדחס שימוש במדחס מסדרה אפס איכותי; דחיית יחידות עם שגיאה של מעל 5% במהלך ההתקנה; הגדרת סף הגנה על בסיס ערכים ראשוניים; אימות הגדרות באמצעות בדיקה של הזרמת ראשית. 2.2 תיקון חיבור מגן הכבל הצמידו את חוטי האדמה של המגן למטה דרך ה-CT של הסדרה אפס והפרדו אותם מסלילי הכבלים; נמנעו מגע לפני ה-CT. הותירו קצות מוליכים חשופים לבדיקות; הפרידו את השאר. אם נקודת האדמה של המגן נמוכה מה-CT, אל תובילו אותה דרך ה-CT. נמנעו מלהניח את נקודת האדמה בתוך החלון של ה-CT. למדו את צוותי ההגנה והכבלים על התקנת הנכונה. אלצו בדיקות קבלה משותפות מצידם של צוותי הרילאי, הפעולה והכבלים. 2.3 מניעת דחיית הגנה השתמשו ברילאים מוכחים ומאמינים; החליפו יחידות ישנות או פגומות; הגדילו את תחזוקה; התקינו ריהוט/הנשמה למנוע חימום יתר. 2.4 מניעת דחיית כיבוי השתמשו בכיבויים אמינים ומודרניים (לדוגמה, מסוגים מבודדים שטוענים על ידי קפיץ או מנוע); הפחיתו את השימוש בתיבות GG-1A ישנות; תחזקו מעגלים שליטה; השתמשו בקוי כיבוי איכותיים. 2.5 הפחתת סיכוני תקלה בעומס גבוה חקרו ובצעו ניקוי מיידי של מזינים כאשר מתרחש אזעקה אדמה; הקטינו את אורכי המזינים; שיווו טעונים של שלבים כדי להפחית את הזרם הקפצייטיבי הנורמלי. 3. סיכום בזמן שהטרנספורמרים המאשרים משפרים את מבנה הרשת והיציבות, המקרים החוזרים של פעולות שגויות מדגישים סיכונים נסתרים. מאמר זה מתאר את הגורמים העיקריים ומציע פתרונות מעשיים להנחיה של אזורים שמתכננים להתקין או כבר התקינו טרנספורמרים מאשרים. טרנספורמרים מאשרים מסוג זיגזג (Z-Type) ברשתות הפצה של 35 ק"ו ו-66 ק"ו, סלילים של טרנספורמרים מחוברים בדרך כלל בצורת Y עם נקודה נייטרלית זמינה, מה שמפחית את הצורך בטרנספורמרים מאשרים. אך ברשתות של 6 ק"ו ו-10 ק"ו, טרנספורמרים מחוברים בצורת טריאנג'ל ללא נקודה נייטרלית, ולכן נדרש טרנספורמר מאשר כדי ליצור אחת – בעיקר עבור חיבור קוי כיבוי ארק. טרנספורמרים מאשרים משתמשים בחיבורים בסלילים מסוג זיגזג (Z-Type): כל סליל שלב מחולק בין שתי גפי ליבה. הפלוסות המגנטיות מסדרה אפס משני הסלילים מצטלבות זו עם זו, מה שגורם לאימפדנס אפסי מאוד נמוך (בדרך כלל <10 Ω),lust losses נמוכים מאוד, ומשתמש ביותר מ-90% מהקיבולת המירבית. לעומת זאת, טרנספורמרים קונבנציונליים יש להם אימפדנס אפסי הרבה יותר גבוה, מה שמצמצם את קיבולת קוי הכיבוי ל-≤20% מהקיבולת של הטרנספורמר. לכן, טרנספורמרים מסוג Z הם אופטימליים לשימוש בהאשראות. כאשר מתח האי-איזון של המערכת גדול, סלילים מאוזנים מסוג Z מספיקים למדידה. במערכות עם אי-איזון נמוך (לדוגמה, רשתות כבלים מלאות), הניטרל מתוכנן לייצר 30–70 וולט אי-איזון לצורך הצרכים של המדידה. טרנספורמרים מאשרים יכולים גם לספק עומסים משניים, ושמשים כתור חשמל תחנתי. במקרים כאלה, הקיבולת הראשית שווה לסכום קיבולת קו הכיבוי וה עומס המשני. המטרה העיקרית של טרנספורמר מאושר היא לספק זרם פיצוי באישור תקלה. תמונה 1 ותמונה 2 מראות שתי חיבורים נפוצים של טרנספורמרים מאשרים מסוג Z: ZNyn11 ו-ZNyn1. העקרון מאחורי אימפדנס אפסי נמוך הוא כדלקמן: כל גף ליבה מכיל שני סלילים זהים המחוברים למתחי שלבים שונים. תחת מתח סדרה חיובית או שלילית, המגנטומוטיבית (MMF) על כל גף היא סכום וקטורי של שני MMF של שלבים. שלושת MMF של הגפים מאוזנים ונמצאים במרחק של 120° אחד מהשני, יוצרים מסלול מגנטי סגור עם התנגדות נמוכה, שדה מגנטי גבוה, מתח מושרה גבוה, ולכן התנגדות מגנטיזציה גבוהה. תחת מתח סדרה אפס, שני הסלילים על כל גף מפיקים MMF שווים אך מנוגדים, מה שמביא לתוצאה נטו של MMF אפס לכל גף. אין שדה מגנטי של סדרה אפס זורם בליבה; במקום זאת, הוא זורם דרך הטנק והסביבה המקיפה, מפגש עם התנגדות גבוהה. כתוצאה מכך, השדה המגנטי והאימפדנס של סדרה אפס הם מאוד נמוכים.
במהלך התקלה באדמה, מדחס מסדרה אפס של המשאבה המוטעית מאתר זרם התקלה ומפעיל את ההגנה שלו. באותו הזמן, מדחס מסדרה אפס של טרנספורמר החיבור גם חווה את הזרם. כדי להבטיח סלקטיביות, הגדרות ההגנה של המשאבה (לדוגמה, 60 אמפר, 1.0 שניות) נמוכות יותר מההגדרות של טרנספורמר החיבור (לדוגמה, 75 אמפר, 1.5 שניות לנתק את החיבור, 2.5 שניות לנתק את הטרנספורמר הראשי). עם זאת, שגיאות מדחס (לדוגמה, -10% עבור מדחס טרנספורמר חיבור, +10% עבור מדחס משאבה) יכולות לגרום לזרמי תפיסה מעשיים להיות כמעט שווים (67.5 אמפר לעומת 66 אמפר), ומכאן רק זמן המתנה. זה מגביר את הסיכון להתפשטות של טרנספורמר החיבור.
משאבות 10 ק"ו משתמשות בכבלים מגוננים, כאשר המגנים מחוברים בשני הקצוות—הכללה מקובלת להפחתת הפרעות אלקטרומגנטיות. מדחס מסדרה אפס בדרך כלל טורואידי, מותקן סביב הכבל ביציאה של ציוד המפסק. במהלך התקלה באדמה, זרם לא מאוזן מפעיל אות במדחס. עם זאת, אם המגן מחובר בשני הקצוות, זרמים סirkulatifs של המגן עוברים דרך המדחס, מעוותים את המדידה. ללא התקנה הנכונה (לדוגמה, חיבור המגן עובר בצורה נכונה דרך המדחס), ההגנה של המשאבה יכולה להיכשל, מובילה להתפשטות של טרנספורמר החיבור.
אם כי רליסים מבוססי מיקרופרוססר מציעים ביצועים גבוהים, איכות המוצר משתנה. כשלים נפוצים כוללים מודולים של חשמל, דגימה, CPU או פלט נתק. אם לא נמצאים, אלה יכולים לגרום לסרבול בהגנה, מוביל להפעלה שגויה של טרנספורמר החיבור.
הזדקנות, פעולות תכופות או מנגנונים גרועים באיכות (במיוחד סוג GG-1A ישן באזורים כפריים) מגבירים את קצב הכשלים. תקלות במעגל הבקרה—במיוחד קוי נתק שנשרפו—מניעים את פעולת המנגנון אפילו כאשר ההגנה מפקיעה נתק, מאלץ את הגנה החיבור להגיב.
אם שתי משאבות חוו התקלות באדמה עם מנגד גבוה בו זמנית על אותה פאזה, זרמי מסדרה אפס בנפרד (לדוגמה, 40 אמפר ו-50 אמפר) עשויים להישאר מתחת לתפיסה של המשאבה (60 אמפר), אבל סכומם (90 אמפר) עולה מעל הגדרת טרנספורמר החיבור (75 אמפר), מוביל להתפשטות. אפילו התקלה קשה אחת עם מנגד גבוה (לדוגמה, 58 אמפר) בתוספת זרם קפצייטיבי נורמלי (לדוגמה, 12–15 אמפר) יכולה להתקרב ל-75 אמפר. הפרעות מערכת עשויות אז להפעיל הפעלה שגויה.
