Жерге түсіру түрткішінің қорғауының қате жұмысының себептерін талдау
Қытайдың электр жүйесінде 6 кВ, 10 кВ және 35 кВ желілері, ережеге сай, нейтралдық нүктесі тұйықталмаған режимде жұмыс істейді. Желідегі негізгі трансформаторлардың тарату кернеу жағы үшбұрыш схемасы бойынша жиналады, осылайша жерге тұйықтау резисторын қосу үшін нейтралдық нүкте пайда болмайды. Нейтралдық нүктесі тұйықталмаған жүйеде фазаның жерге тұйықталуының бір фазалық арқылы қысқа тұйықталуы пайда болған кезде, сызықтық кернеу үшбұрышы симметриялы болып қалады, ол пайдаланушылардың жұмысына минималды әсер етеді. Сонымен қатар, сыйымдылық тогы салыстырмалы түрде аз болған кезде (10 А-ден аз), кейбір уақытша жерге тұйықталулар өздігінен өшеді, бұл электрмен жабдықтандырудың сенімділігін арттыруға және үзілістерді азайтуға өте тиімді.
Дегенмен, электр энергетикасының үздіксіз кеңеюі мен дамуымен бірге бұл қарапайым әдіс қазіргі талаптарды қанағаттандырмайды. Қазіргі заманғы қала электр желілерінде кабельді трассалардың қолданылуы артуымен сыйымдылық токтар әлдеқайда жоғары болады (10 А-ден жоғары). Бұл жағдайларда жерге тұйықталу доғасы сенімді түрде өшпейді, ол мынадай салдарларға әкеледі:
Бір фазалық жерге тұйықталу доғасының үзіліспен өшуі мен қайтадан жануы 4U (мұндағы U — фазалық кернеудің шамасы) немесе одан да жоғары амплитудалы доға-жерге тұйықталу арқылы туындайтын асқын кернеуді тудырады, бұл ұзақ уақыт бойы созылады. Бұл электр жабдықтарының оқшаулауына үлкен қауіп төндіреді, әлсіз оқшаулау нүктелерінде пробой тудырып, үлкен шығындарға әкелуі мүмкін.
Ұзақ уақыт жанып тұратын доға айналасындағы ауаны иондайды, оның оқшаулау қасиеттері нашарлайды және фазааралық қысқа тұйықталу ықтималдығын арттырады.
Феррорезонанстық асқын кернеулер пайда болуы мүмкін, бұл кернеу трансформаторлары мен бұғаттағыштарды оңай зақымдайды — тіпті бұғаттағыштардың жарылуына дейін жетуі мүмкін. Бұл салдарлар желі жабдықтарының оқшаулау бүтіндігіне үлкен қауіп төндіреді және бүкіл электр жүйесінің қауіпсіз жұмыс істеуіне қауіп төндіреді.
Мұндай оқиғаларды болдырмау және жерге тұйықталу қорғанысының сенімді жұмыс істеуі үшін жеткілікті нөлдік тізбекті ток пен кернеуді қамтамасыз ету үшін жасанды нейтралдық нүкте жасалуы керек, сонда жерге тұйықтау резисторын қосуға болады. Осы қажеттілік жерге тұйықтау трансформаторларының (жалпы «жерге тұйықтау трансформаторлары» немесе «жерге тұйықтау блоктары» деп аталады) дамуына әкелді. Жерге тұйықтау трансформаторы жерге тұйықтау резисторы бар жасанды нейтралдық нүкте жасайды, әдетте оның кедергісі өте төмен болады (әдетте 5 Омнан кем).
Сонымен қатар, электромагниттік сипаттамаларына байланысты жерге тұйықтау трансформаторы оң және теріс тізбекті токтарға жоғары импедансты көрсетеді, оның орамдары арқылы тек аз өлшемді ынталандыру тогы өтеді. Әрбір өзекшеге екі орам бөлігі қарама-қарсы бағытта оралады. Тең нөлдік тізбекті токтар осы орамдар арқылы өткен кезде, олар төмен импедансты көрсетеді, нәтижесінде нөлдік тізбекті жағдайларда орамдарда кернеудің төмендеуі аз болады.
Нақтырақ айтқанда, жерге тұйықталу қысқа тұйықталуы кезінде орам оң, теріс және нөлдік тізбекті токтарды тасиды. Ол оң және теріс тізбекті токтарға жоғары импедансты көрсетеді, бірақ нөлдік тізбекті токқа төмен импедансты көрсетеді. Себебі бір фазада екі орам бір-біріне қарама-қарсы полярлықпен тізбектеле жалғасады; олардың индукцияланған электр қозғаушы күштері шамасы бойынша тең, бірақ бағыттары қарама-қарсы, нәтижесінде бір-бірін басып тастайды, сондықтан нөлдік тізбекті токқа төмен импедансты көрсетеді.
Көптеген қолданыстарда жерге тұйықтау трансформаторлары тек аз жерге тұйықтау резисторы бар нейтралдық нүкте қамтамасыз ету үшін қолданылады және ешқандай екінші жүктеме бермейді. Сондықтан көптеген жерге тұйықтау трансформаторлары екінші орамсыз жобаланған. Қалыпты желі жұмысы кезінде жерге тұйықтау трансформаторы түбегейлі түрде жүктемесіз күйде жұмыс істейді. Дегенмен, ақау кезінде ол тек қысқа уақыт ғана ақау тогын тасиды. Төмен кедергілі жерге тұйықталған жүйеде 10 кВ жағында бір фазалық жерге тұйықталу қысқа тұйықталуы пайда болған кезде, өте сезімтал нөлдік тізбекті қорғаныс тез анықтап, ақаулы фидерді уақытша бөліп тастайды.
Жерге тұйықтау трансформаторы тек ақау пайда болғаннан кейін және фидердің нөлдік тізбекті қорғанысы іске қосылғанға дейінгі қысқа уақыт аралығында ғана белсенді болады. Бұл уақыт аралығында нөлдік тізбекті ток жерге тұйықтау резисторы мен жерге тұйықтау трансформаторы арқылы өтеді, мына формула бойынша: I_R = U / (R₁ + R₂), мұндағы U — жүйенің фазалық кернеуі, R₁ — нейтралдық нүктенің жерге тұйықтау резисторы, ал R₂ — жерге тұйықталу қысқа тұйықталу тізбегіндегі қосымша кедергі.
Жоғарыда келтірілген талдауға сүйене отырып, жерге тұйықтау трансформаторының жұмыс сипаттамалары: ұзақ уақыт жүктемесіз жұмыс істеу және ақау кезінде қысқа мерзімді асқын жүктеме.
Қорыта келгенде, жерге тұйықтау трансформаторы жерге тұйықтау резисторын қосу үшін жасанды нейтралдық нүкте жасайды. Жерге тұйықталу қысқа тұйықталуы кезінде ол оң және теріс тізбекті токтарға жоғары импедансты, бірақ нөлдік тізбекті токқа төмен импедансты көрсетеді, осылайша жерге тұйықталу қорғанысының сенімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.
Қазіргі уақытта тарату қондырғыларына орнатылған жерге тұйықтау трансформаторлары екі негізгі мақсатқа ие:
Тарату қондырғысының қосымша қажеттіліктері үшін төмен кернеулі айнымалы токты жеткізу;
10 кВ жағында жасанды нейтралдық нүкте жасау, оны доғаны басу катушкасымен (Петерсен катушкасы) бірге қолданған кезде, 10 кВ желіде бір фазалық жерге тұйықталу қысқа тұйықталуы кезінде сыйымдылықты жерге тұйықталу тогын компенсациялайды, нәтижесінде ақау нүктесіндегі доға өшеді. Принципі мынадай:
Үш фазалы электр желісінің өткізгіштерінің бойымен фазалар арасында және әрбір фаза мен жер арасында сыйымдылық бар. Желінің нейтралдық нүктесі қатты жерге тұйықталмаған кезде, бір фазалық жерге тұйықталу қысқа тұйықталуы кезінде ақаулы фазаның жерге тұйықталу сыйымдылығы нөлге тең болады, ал басқа екі фазаның кернеуі қалыпты фазалық кернеудің √3 есе өседі. Бұл артқан кернеу оқшаулау жобасының шектерінде қалса да, олардың жерге тұйықталу сыйымдылығын арттырады. Бір фазалық қысқа тұйықталу кезінде сыйымдылықты жерге тұйықталу тогы қалыпты бір фазалық сыйымдылық тогының шамамен үш есесіне тең. Бұл ток үлкен болған кезде, ол үзілісті доғаны сақтап тұрады, желінің индуктивті-сыйымдылық тізбегінде резонансты тербелістерді шақырады және фазалық кернеудің 2,5–3 есесіне дейінгі асқын кернеулерді туғызады. Желі кернеуі неғұрлым жоғары болса, мұндай асқын кернеулерден туындайтын қауіп соғұрлым жоғары болады. Сондықтан тек 60 кВ-тен төменгі жүйелер ғана нейтралдық нүктесі тұйықталмаған күйде жұмыс істеуге рұқсат етіледі, себебі олардың бір фазалық сыйымдылықты жерге тұйықталу токтары аз болып қалады. Жоғары кернеулі жүйелер үшін нейтралдық нүктені импедансты арқылы жерге тұйықтау үшін жерге тұйықтау трансформаторын қолдану керек.
Трансформатордың бір жағында (мысалы, 10 кВ жағы) тарату қондырғысының негізгі трансформаторы үшбұрыш немесе жұлдызша жинақталған, бірақ ортақ нүктесі шығарылмаған және бір фазалы сыйымдылықты жерге тұйықталу тогы үлкен болған кезде жерге тұйықтау үшін қол жетімді нейтралдық нүкте болмайды. Мұндай жағдайларда жасанды нейтралдық нүкте жасау үшін жерге тұйықтау трансформаторы қолданылады, ол доға өшіру катушкасына жалғануға мүмкіндік береді. Бұл жасанды нейтралдық нүкте жүйеге сыйымдылықты токты компенсациялауға және жерге тұйықталу доғаларын өшіруге мүмкіндік береді — бұл жерге тұйықтау трансформаторының негізгі рөлі.
Қалыпты жұмыс режимінде жерге тұйықтау трансформаторы теңгерілген үш фазалы кернеуге ұшырайды және тек өте аз ынталандыру тогын өткізеді, негізінен жүктеме жоқ күйде жұмыс істейді. Нейтралдық нүкте мен жер арасындағы потенциалдар айырмашылығы нөлге тең (доға өшіру катушкасының азырақ нейтралдық ығысу кернеуін ескермегенде), катушка арқылы ток өтпейді. Мысалы, C фазасы жерге тұйықталу ақауына ұшыраса, пайда болатын нөлдік тізбекті кернеу (ассимметриядан туындайтын) доға өшіру катушкасы арқылы жерге тұйықталады. Катушка индуктивті ток генерациялап, жерге тұйықталу ақауының сыйымдылық тогын компенсациялайды, нәтижесінде доға өшіріледі — функционалдық тұрғыдан бұл дәл сондай өз бетінше доға өшіру катушкасымен бірдей.
Соңғы жылдары белгілі бір ауданның 110 кВ тарату қондырғыларында жерге тұйықтау трансформаторы қорғанысының бірнеше дұрыс емес жұмыс істеуі болды, бұл желі тұрақтылығына үлкен әсер етті. Түбірлік себептерді анықтау үшін талдаулар жүргізілді, түзету шаралары қабылданды және қайталанбауы үшін және басқа аймақтарға бағыт-бағдар беру үшін сабақтар бөлісілді.
110 кВ тарату қондырғысының 10 кВ желілерінде кабельді фидерлердің қолданылуының артуына байланысты бір фазалы сыйымдылықты жерге тұйықталу токтары қатты өсті. Жерге тұйықталу ақаулары кезінде асқын кернеудің шамасын басу үшін көптеген 110 кВ тарату қондырғылары жерге тұйықталу үшін төмен кедергі қондырады, ол нөлдік тізбекті ток жолын құруға мүмкіндік береді. Бұл нөлдік тізбекті ток бойынша орналасуына қарай жерге тұйықталу ақауларын бөлек бөліп қоюға мүмкіндік береді, доғаның қайта тұтануын болдырмауға және қауіпсіз электрмен жабдықтауды қамтамасыз етеді.
2008 жылдан бастап белгілі бір аймақ 110 кВ тарату қондырғысының 10 кВ жүйелерін жерге тұйықтау трансформаторлары мен байланысты қорғаныс құрылғыларын орнату арқылы төмен кедергілі жерге тұйықтауға қайта жабдықтады. Бұл кез-келген 10 кВ фидердегі жерге тұйықталу ақауын тез қосып-ажыратуға мүмкіндік береді, желіге әсерін минималдандырады. Дегенмен соңғы кезде аймақтағы бес 110 кВ тарату қондырғысында жерге тұйықтау трансформаторы қорғанысының қайталанатын дұрыс емес жұмыс істеуі болды, бұл үзілістерге және желі тұрақтылығына қауіп төндірді. Сондықтан себептерді анықтау және шешімдерді енгізу маңызды.
1. Жерге тұйықтау трансформаторы қорғанысының дұрыс емес жұмыс істеуінің себептерін талдау
10 кВ фидерде жерге тұйықталу ақауы болған кезде 110 кВ тарату қондырғысындағы фидердің нөлдік тізбекті қорғанысы алдымен жұмыс істеп, ақауды бөліп тастауы керек. Егер ол жұмыс істемесе, жерге тұйықтау трансформаторының резервтік нөлдік тізбекті қорғанысы шиналық қосылыс пен негізгі трансформатордың сөндіргіштерін ажыратып, ақауды шектейді. Сондықтан 10 кВ фидер қорғанысы мен сөндіргіштердің дұрыс жұмыс істеуі өте маңызды. Бес тарату қондырғысында болған дұрыс емес жұмыс істеулердің статистикалық талдауы фидер қорғанысының істен шығуы негізгі себеп екенін көрсетті.
10 кВ фидердің нөлдік тізбекті қорғанысы мына түрде жұмыс істейді: нөлдік тізбекті ТТ үлгілерді алады → қорғаныс іске қосылады → сөндіргіш ажырайды. Негізгі компоненттер — нөлдік тізбекті ТТ, қорғаныс релеcі және сөндіргіш. Талдау осыларға бағытталады:
1.1 Нөлдік тізбекті ТТ қателері дұрыс емес жұмыс істеуге әкеледі
Жерге тұйықталу ақауы кезінде ақаулы фидердің нөлдік тізбекті ТТ ақау тогын сезіп, қорғанысты іске қосады. Бір уақытта жерге тұйықтау трансформаторының нөлдік тізбекті ТТ да токты сезеді. Таңдалымдылықты қамтамасыз ету үшін фидер қорғанысының баптаулары (мысалы, 60 А, 1,0 с) жерге тұйықтау трансформаторының баптауларынан (мысалы, 75 А, 1,5 с — шиналық қосылысты ажырату, 2,5 с — негізгі трансформаторды ажырату) төмен болады. Дегенмен, ТТ қателері (мысалы, жерге тұйықтау трансформаторының ТТ үшін -10%, фидер ТТ үшін +10%) нақты іске қосылу токтарын теңестіре алады (67,5 А және 66 А), тек уақыт бойынша ғана ажыратуға болады. Бұл жерге тұйықтау трансформаторының артық жұмыс істеу қаупін арттырады.
1.2 Дұрыс емес кабель экранының жерге тұйықталуы дұрыс емес жұмыс істеуге әкеледі
10 кВ фидерлері электромагниттік ынталандыруды азайту үшін экрандалған кабельдерді қолданады, экрандар екі жағынан жерге тұйықталады. Нөлдік тізбекті ТТ әдетте торойдты, коммутациялық құрылғының шығысында кабельдің айналасына орнатылады. Жерге тұйықталу ақауы кезінде тепе-теңдік жоқ ток ТТ-да сигнал тудырады. Дегенмен, экран екі жағынан жерге тұйықталса, экран арқылы циркуляциялық токтар да ТТ арқылы өтеді, өлшеуді бұрмалайды. Дұрыс орнатылмаған жағдайда (мысалы, экран жерге тұйықтау сымы ТТ арқылы дұрыс өтпесе), фидер қорғанысы істен шығуы мүмкін, жерге тұйықтау трансформаторының артық жұмыс істеуіне әкеледі.
1.3 Фидер қорғанысының істен шығуы дұрыс емес жұмыс істеуге әкеледі
Микропроцессорлы релелер жоғары өнімділікке ие болса да, өнім сапасы әртүрлі болады. Жиі кездесетін істен шығулар — қуат, үлгілеу, CPU немесе ажырату шығысы модульдерінде. Егер бұлар анықталмаса, қорғаныс жұмыс істемеуі мүмкін, жерге тұйықтау трансформаторының дұрыс емес жұмыс істеуіне әкеледі.
1.4 Фидер сөндіргішінің істен шығуы дұрыс емес жұмыс істеуге әкеледі
Ескіру, жиі пайдалану немесе сапасыз сөндіргіштер (әсіресе ауылдық аймақтардағы ескі GG-1A түрлері) істен шығу деңгейін арттырады. Басқару тізбегінің ақаулары — әсіресе үзілген ажырату орамасы — қорғаныс ажырату командасын берсе де сөндіргіштің жұмыс істеуіне кедергі жасайды, жерге тұйықтау трансформаторының резервтік қорғанысының жұмыс істеуіне мәжбүр етеді.
1.5 Бір немесе екі фидерде жоғары кедергілі жерге тұйықталу ақаулары дұрыс емес жұмыс істеуге әкеледі
Егер екі фидерде бір уақытта бір фазада жоғары кедергілі жерге тұйықталу ақаулары болса, жеке нөлдік тізбекті токтар (мысалы, 40 А және 50 А) фидердің іске қосылуынан төмен болуы мүмкін (60 А), бірақ олардың қосындысы (90 А) жерге тұйықтау трансформаторының баптауынан (75 А) асады, нәтижесінде артық жұмыс істеу болады. Тіпті бір ауыр жоғары кедергілі ақау (мысалы, 58 А) қалыпты сыйымдылық тогымен (мысалы, 12–15 А) бірге 75 А-ға жақындайды. Жүйедегі бұзылыстар одан әрі дұрыс емес жұмыс істеуге әкелуі мүмкін.
2. Дұрыс емес жұмыс істеуді болдырмау шаралары
2.1 ТТ қателерін шешу
Жоғары сапалы нөлдік тізбекті ТТ қолданыңыз; істен шығару кезінде 5%-дан асатын қате бар құрылғыларды қабылдамаңыз; қорғаныс порогтарын біріншілік мәндер бойынша орнатыңыз; біріншілік инъекциялық сынақ арқылы баптауларды тексеріңіз.
2.2 Кабель экранының жерге тұйықталуын дұрыстау
Жолдық жаңбыр телдерін нөлдік басылым CT арқылы төменге жүктеп, кабель жолдарынан айырмашылықтан сақтаңыз; CT-дан бұрын қонысыздықты басқыт.
Синапс үшін ашық провод ұштарын қалдырып, қалғандарын изоляциялаңыз.
Егер жаңбыр тегісі CT-тен төмен болса, оны CT арқылы жүктеп мезгілденіз. Тегіс нүктесін CT терісінде орналастыруға мүмкіндік бермеңіз.
Қорғау және кабель халықаралықларына турахан орнатуға үйрету.
Реле, иш-аракеттер және кабель тобының ортақ қабылдау тексерулерін қол жетімді ету.
2.3 Қорғау қате жасауын бас алу
Түсіндірілген, тиімді релелерді қолдану; жеңілдікке ұшырайтын немесе қате жұмыс істейтін бірліктерді ауыстыру; қызмет ету процестерін жақсарту; жылулану/жүктелу қосымшаларын орнату, қысынуын бас алу үшін.
2.4 Ауытқу қате жасауын бас алу
Тиімді, жаңа ауытқуларды (мысалы, пружиналық немесе электрмотордық типтер) қолдану; ескі GG-1A шкафтарын қайтару; басқару цептерін қызмет ету; жақсы сападағы трип спирлерін қолдану.
2.5 Жоғары импеданс қателерінің рискаларын азайту
Жаңбыр ескертулері пайда болғанда, қызықталуын тез зерттеу және тазарту; қызықталу ұзындығын азайту; фазалық жүктерді теңестіру, нормалды капаситивті жүктерді минималдау үшін.
3. Нәтиже
Жаңбыр трансформаторлары түрлерін жүйенің құрылымы мен стабилділігін жақсартуға ықпал етеді, бірақ қайталанатын қателер жасырын рискаларды көрсетеді. Бұл мақала негізгі себептерді талдайды және практикалық шешімдерді ұсынады, жаңбыр трансформаторларды орнатқан немесе орнату үшін жоспарлаған аймақтар үшін бағыт беру үшін.
Zigzag (Z-түрі) жаңбыр трансформаторлары
35 кВ және 66 кВ қызмет ету жүйелерінде, трансформатор виткесі әдетте wye-байланысқа ие, нейтраль нүктесі бар, ол жаңбыр трансформаторларын қажет етпейді. Бірақ 6 кВ және 10 кВ жүйелерінде, delta-байланысқа ие трансформаторлар нейтраль нүктесін бере алмайды, сондықтан жаңбыр трансформаторы қажет - негізінен дуга жою спирлерін қосу үшін.
Жаңбыр трансформаторлар zigzag (Z-түрі) виткесінің байланысын қолданады: аралық фаза виткесі екі ядро басына бөлінеді. Екі виткеден генерацияланатын нөлдік магниттік потоктар бір-бірін бас алады, нөлдік импеданс (әдетте <10 Ω) өте төмен, бос жүктердің өтінімі де өте төмен, 90% немесе одан да көп ұсынылған өндірістерді пайдаланады. Салыстырмалы түрде, әдеттегі трансформаторларда өте жоғары нөлдік импеданс бар, дуга жою спирлерінің өндірісі өте шектелген (≤20% трансформатор өндірісінен). Сондықтан, Z-түрі трансформаторлар жаңбыр қолданысы үшін оптималды.
Жүйенің дисбалансы өте үлкен болғанда, балансыр Z-түрі виткесі өлшеу үшін жеткілікті. Төмен дисбалансты жүйелерде (мысалы, барлық кабель жүйелері), нейтраль өлшеу қажеттіліктері үшін 30–70 В дисбалансы вольтты өндіреді.
Жаңбыр трансформаторлар әрі қарай қосымша жүктерді қамтамасыз ету үшін қызмет етуге болады. Осы жағдайларда, негізгі өндіріс дуга жою спирлерінің өндірісі мен қосымша жүк өндірісінің қосындысына тең.
Жаңбыр трансформаторының негізгі функциясы - жаңбыр қателерінің компенсациялық ағымын ұсыну.
Сурет 1 және Сурет 2 екі қарапайым Z-түрі жаңбыр трансформатор байланысын көрсетеді: ZNyn11 және ZNyn1. Өте төмен нөлдік импеданс принципі мынада: аралық басында екі тең виткесі бар, олар әртүрлі фаза напрямделеріне байланысқан. Оң немесе теріс секвенция напрямделерінде, аралық басындагы магниттік момент (MMF) екі фаза MMF-тің векторлық қосындысы. Үш аралық басындагы MMF-тер теңсіздікпен балансыр, 120° аралық бойынша, төмен индуктивті магниттік жол, жоғары индукция, жоғары индуцированный напрямделер, сондықтан жоғары магниттік импеданс.
Нөлдік напрямделерде, аралық басындагы екі виткесі тең, бірақ қарама-қарсы MMF-лер өндіреді, әр аралық басында нөлдік MMF. Ядрода нөлдік магниттік поток өте төмен, ол басқа заттар арқылы айналып, өте жоғары индуктивтілікпен кездеседі. Сондықтан, нөлдік магниттік поток және импеданс өте төмен.
