Analisi ta’ l-Għatijiet tal-Erroganza tal-Protezzjoni tal-Transformer tal-Terra

Fl-Isbaħ sistema tal-elettricità ta' Ċina, il-grids ta' 6 kV, 10 kV, u 35 kV solitament jadoperu mod ta' operazzjoni bl-neutral point mhux imqassma. Il-lanċa tal-voltiġġ distributiva tal-trasformaturi prinċipali fil-grid solitament tkun magħmula b'mod delta, li ma tħallix neutral point għal qassam ta' resistors tat-toroq. Meta jiġi verifikat erġa tal-faża wahda fl-isbaħ sistema ta' neutral point mhux imqassma, it-triq mill-faża għal faża tibqa' simmetrika, li tmexxi minnha l-influenza minimu fuq l-operazzjonijiet tal-utent. F'diżvolguri, meta l-kurrent kapassittiv huwa relattivament żgħir (infernur minn 10 A), dawn l-erġien temporanji jistgħu jisfasfu wara qalbhom, li huwa effettivament importanti biex jitgħallfu t-tqiesa tal-fornitura tal-elettricità u nniqsu l-avvenimenti ta' interruzzjoni.

Ivver, bil-moshtart kontinwu u s-svilupp tal-industrija tal-elettricità, din il-mod ta' sempliċi mhuwiex aktar suffizjenti għal id-domandi attwali. Fl-isbaħ grids urbani moderni, l-ażument tal-użu tal-kabli elektriku rikkondu għal kurrenti kapassittivi akbar (overtu 10 A). F'dawn il-kondizzjonijiet, l-ark tal-toroq mhux jistgħu jisfasfu fid-dinja, li tiffdaw f'diżvolguri:

• Il-miftuħ u s-silġ tal-ark tal-faża wahda intermittenti jistgħu jġeneraw overvoltages tal-ark tal-toroq b'amplitudini ta' 4U (fejn U huwa l-voltiġġ tal-faża) jew aktar, li jagħmlu tfalx tal-ħin. Dan jagħmel minazzla kbira għall-insulazzjoni tal-apparat elettriku, li tista' tiffranka punti ta' insulazzjoni dubbja u tiffdaw l-ħsara mhux żgħira.

• L-ark sustenati jionizzaw il-ħal mil-ġewwa, li jiġbnu l-proprietajiet tal-insulazzjoni u jżidu l-probabbiltà ta' short circuits bejn il-fażi.

• Jistgħu jkunu overvoltages ferroresonanti, li jistgħu jagħmlu ħsara lil transformers tal-voltiġġ u surge arresters—potenzjalment sa jiffdaw esplozzjonijiet tal-arresters. Dawn id-diżvolguri jagħmlu minazzla kbira għall-integrità tal-insulazzjoni tal-apparat tal-grid u jminazzlu l-operazzjoni segura tal-sistema tal-elettricità kollha.

Biex inpreveni dawn id-diżvolguri u ngħibu kurrenti u voltiġġ zero-sequence suffizjenti biex isiguru l-operazzjoni affidabbli tal-protezzjoni tal-erġien tal-toroq, huwa neċessarju li jiġi kkreat un neutral point artifiċjal biex jikkellega ma' resistor tat-toroq. Din il-bisogna ġiet l-ebda tal-svilupp ta' grounding transformers (solitament mmussjaw "grounding transformers" jew "grounding units"). It-transformer tal-toroq jkkrea neutral point artifiċjal mal-resistor tat-toroq, tipikament b'resistenza Żgħira (mhux overt 5 ohms).

F'diżvolguri, għal-li l-grounding transformer ippreżenta impedanza għoli għal kurrenti positive- u negative-sequence, allura jinkiteb tikketta kurrenti ta' motore b'solqiegħ ta' xidew. Fuq kull limb tal-core, huma magħmulin sekzjoni ta' xidew fi direzzjonijiet mhux stess. Meta kurrenti zero-sequence ugwal ikkumuljaw fit-tnejn xidew, huma ippreżentaw impedanza bassa, li tiffdaw ftit drop tal-voltiġġ fit-tnejn xidew taħt kondizzjonijiet zero-sequence.

Speċifikament, waqt l-erġa, ix-xidew jinkiteb kurrenti positive-, negative-, u zero-sequence. Ippreżenta impedanza għoli għal kurrenti positive- u negative-sequence iżda impedanza bassa għal kurrenti zero-sequence. Dan għall-ġewna, fin-naħa stess, it-tnejn xidew huma mkonektati fis-silġ b'polariżtas mhux stess; l-forzi elektromottri indotti huma ugwal fid-magnituda iżda mhux stess fid-direzzjoni, li jiġbnu b'kansella l-akar, li jiġbnu b'impedanza bassa għal kurrenti zero-sequence.

Fil-kemm ta' applikazzjonijiet, l-grounding transformers jintużaw biss biex jfornixxu neutral point mal-resistor tat-toroq Żgħir u mhux biex jfornixxu kargus sekondari. Għalhekk, ħafna grounding transformers huma disegnat bla winding sekondari. Waqt l-operazzjoni normali tal-grid, l-grounding transformer jopra sostanzjalment fis-statu ta' no-load. Iva, waqt l-erġa, jinkiteb kurrenti tal-erġa għal perjodu ċiklu ta' ħin qasir. Fl-isbaħ systems ta' low-resistance grounded, meta jiġi verifikat erġa tal-faża wahda fuq is-silġ ta' 10 kV, protezzjoni zero-sequence sensibbli jidentifika u jisilġa temporanjamenter il-feeder defektiv.

Il-grounding transformer jopra biss waqt l-intervall qasir bejn l-erġa u l-operazzjoni tal-protezzjoni zero-sequence tal-feeder. Waqt dan l-ħin, ikkumulu kurrenti zero-sequence fit-toroq neutral grounding resistor u l-grounding transformer, skont il-formula: I_R = U / (R₁ + R₂), fejn U huwa l-voltiġġ tal-faża tas-sistema, R₁ huwa l-resistor neutral grounding, u R₂ huwa l-resistanza addizzjonali fil-loop tal-erġa tal-toroq.

Bazat fuq l-analiżi diġa', l-caratteristiċi operattivi tal-grounding transformer huma: operazzjoni ta' long-term no-load u overload ta' short-term waqt l-erġa.

Fl-konkluzzjoni, it-transformer tal-toroq jkkrea neutral point artifiċjal biex jikkellega ma' resistor tat-toroq. Waqt l-erġa, ippreżenta impedanza għoli għal kurrenti positive- u negative-sequence iżda impedanza bassa għal kurrenti zero-sequence, li tagħti ssigurtà għal l-operazzjoni affidabbli tal-protezzjoni tal-erġien tal-toroq.

Attwalment, l-grounding transformers installati fil-substations jgħibu żewġ skopi ewlenin:

• Tfornixx tal-energy AC ta' low-voltage għal użu ausiliarju tal-substation;

• Kreazzjoni ta' neutral point artifiċjal fuq is-silġ ta' 10 kV, li, meta mmixja ma' arc suppression coil (Petersen coil), kompenxa għal kurrenti tal-erġa tal-toroq kapassittivi waqt l-erġien tal-faża wahda ta' 10 kV, li jiġbnu b'iskant tal-ark fil-punt tal-erġa. Il-prinċipju huwa hekk:

Fl-ħossok tal-kundutturi ta' grid ta' tri-fażi, hemm kapassità bejn il-fażi u bejn ilkull faża u l-terra. Meta l-neutral tal-grid mhux imqassma solidament, l-kapassità għal l-terra tal-faża defektiva tivvissel sero waqt l-erġien tal-faża wahda, waqt li l-voltiġġi tal-fażi oħrajn jiżdiedu għal √3 darba l-voltiġġ normali tal-faża. Anki jekk din l-aumentazzjoni fil-voltiġġ tibqa' fit-limiti tad-disinn tal-insulazzjoni, tżid il-kapassità għal l-terra. Il-kurrenti tal-erġien tal-toroq kapassittivi waqt l-erġien tal-faża wahda huma approssimativament tliet darba l-kurrenti tal-faża kapassittivi normali. Meta dan il-kurrent diventa kbir, huwa jistgħu jisostni arki intermittenti, li jstimulaw oscillazzjonijiet resonanti fil-circuit induktiv-kapassittiv tal-grid u jġeneraw overvoltages ta' 2.5–3 darba l-voltiġġ tal-faża. Aqwa l-voltiġġ tal-grid, aqwa l-perikolu minn dawn l-overvoltages. Għalhekk, biss is-sistemi inferjur minn 60 kV jistgħu jopraw bl-neutral point mhux imqassma, għax il-kurrenti tal-erġien tal-toroq kapassittivi tal-faża wahda tagħhom jiġbnu Żgħar. Għal is-sistemi ta' voltiġġ aqwa, huwa neċessarju li tintużaw grounding transformers biex jikkellegaw il-neutral point permezz ta' impedanza.

Meta l-ħal meta l-ġid tad-dar tas-silġ (pereżempju, is-silġ ta' 10 kV) jiġi mekkel mill-blokk jew mis-silġ tal-fas u ma jkollux nuwwal tal-neutralità, u l-kurrent kapassittiv tal-fas wahda huwa kbir, mhux hemm nuwwal neutrali disponibbli għall-talba. Fl-każijiet kważi, tiżaġġel transformatur tal-talba biex ikrejja nuwwal neutrali artifiċjal, li jaqbil mal-konnessjoni tal-kulur tal-suppressjoni tar-rabta. Din il-neutralità artifiċjali tħalli s-sistema tkompensa l-kurrent kapassittiv u tispiża r-rabta - din hi l-funzjoni fundamentali tal-transformatur tal-talba.

Waqt it-talba normali, l-transformatur tal-talba jgħaddi żewġ vota tri-fas bil-voltàġġ miblaġġar u jinkludi biss kurrent ekcitazzjonali żgħir, jopra flimkien bla ħalqa. Id-differenza potenzjali mill-neutrali għall-talba hija sero (tiegħed il-voltàġġ tal-displaċament neutrali żgħir minn kulur tal-suppressjoni tar-rabta), u l-ebda kurrent jagħmil passa permezz tal-kulur. Pereżempju, jekk iflas C ikseb erġa tal-talba, ivvultu vota tal-sekwenza sero (derivat mill-asimetrija) jagħmel passa permezz tal-kulur tal-suppressjoni tar-rabta għall-talba. Il-kulur jgħodd kurrent induktiv li jikkompensa l-kurrent kapassittiv tal-erġa tal-talba, bl-għadi jispiża r-rabta - funzjonali identiku b'kulur tal-suppressjoni tar-rabta waħda.

Fl-aħħar snin, ġara n-nuqqas tal-protezzjoni tal-transformatur tal-talba fil-stazzjonijiet tas-silġ ta' 110 kV f'reġjun partikulari, bl-għadi jaffettwaw qishom tas-silġ. Biex jittraskupraw l-erġien fundamentali, ġie miftuħ analizzijiet, implementati misuri korrettivi, u ssareb lezzjonijiet biex jipprevennu l-erġa u jgħadu lill-reġjonijiet oħra.

Meta l-użu tal-kabli fil-ħaliet tas-silġ ta' 10 kV fil-stazzjonijiet tas-silġ ta' 110 kV se jżid, kurrent kapassittiv tal-fas wahda se jżid b'substantjali. Biex issopprimu l-magnitudini tal-overvoltàġġ waqt l-erġa tal-talba, ħafna stazzjonijiet tas-silġ ta' 110 kV issa jinstalloġu transformaturi tal-talba biex jimplementaw talba b'resistanza bassa, bl-għadi jistablu passa tal-kurrent tal-sekwenza sero. Dan jħalli l-protezzjoni selektiva tal-sekwenza sero tisolja l-erġa tal-talba skont l-lokali, bl-għadi jipprevennu l-irrigenerazzjoni tar-rabta u jassiguraw l-forzi tal-enerġija sekura.

Minn 2008, reġjun partikulari rikonverti sustemi ta' 10 kV fil-stazzjonijiet tas-silġ ta' 110 kV għal talba b'resistanza bassa b'installazzjoni tal-transformaturi tal-talba u dispożitivi protezzjonali assoċjati. Dan jħalli l-erġa tal-talba tal-ħaliet ta' 10 kV jiġi isolata rapidament, bl-għadi jiġdud l-impat tas-silġ. Imma, ħafna, ħames stazzjonijiet tas-silġ ta' 110 kV fir-reġjun ikbru n-nuqqas ripetuta tal-protezzjoni tal-transformatur tal-talba, bl-għadi jiġdud l-interruzzjonijiet u jiġboru l-qishom tas-silġ. Għalhekk, huwa essenzjali li jinsabu l-erġien u jimplementaw soluzzjonijiet.

1. Analisi tal-Erġien tal-Nuqqas tal-Protezzjoni tal-Transformatur tal-Talba

Meta l-ħal ta' 10 kV ikseb erġa tal-talba, l-protezzjoni tal-sekwenza sero tal-ħal fis-stazzjon tas-silġ ta' 110 kV għandha topera l-ewwel biex isolaw l-erġa. Jekk tfal, l-protezzjoni tal-sekwenza sero tal-backup tal-transformatur tal-talba tirrompet il-bus tie u l-breakers tal-transformatur prinċipali biex jikbruxxaw l-erġa. Għalhekk, l-operazzjoni korretta tal-protezzjoni tal-ħaliet ta' 10 kV u l-breakers hija importanti. L-analisi statistika tal-nuqqas fit-tmistax stazzjonijiet turi li tfal tal-protezzjoni tal-ħal huwa l-erġa primarju.

L-protezzjoni tal-sekwenza sero tal-ħal ta' 10 kV topera hekk: campjonatura tal-CT tal-sekwenza sero → avviż tal-protezzjoni → trip tal-breaker. L-komponenti ħolostess huma l-CT tal-sekwenza sero, l-relè tal-protezzjoni, u l-breaker. L-analisi se tikkonsentraw fuq dawn:

1.1 Erġien tal-CT tal-sekwenza sero li jikkażaw n-nuqqas
Waqt l-erġa tal-talba, l-CT tal-sekwenza sero tal-ħal defektiv jidher kurrent tal-erġa, bl-għadi jivvjaċċa l-protezzjon tagħha. Fis-samem, l-CT tal-sekwenza sero tal-transformatur tal-talba wkoll jidher il-kurrent. Biex jassegurar selezzjonalita', l-istabbiliment tal-protezzjoni tal-ħal (pereżempju, 60 A, 1.0 s) huwa inferjur għal l-istabbiliment tal-transformatur tal-talba (pereżempju, 75 A, 1.5 s biex jirrompet il-bus tie, 2.5 s biex jirrompet il-transformatur prinċipali). Imma, l-erġien tal-CT (pereżempju, -10% għal CT tal-transformatur tal-talba, +10% għal CT tal-ħal) jistgħu jagħmlu l-aktwali kurrenti tal-pickup quasi ugwal (67.5 A kontra 66 A), dependenti biss fuq it-tardanza. Dan jżid ir-riskju tal-overreach tal-transformatur tal-talba.

1.2 Ttalba tal-grounding tal-skild tal-kablu mhux korretta li jikkażaw n-nuqqas
L-ħaliet ta' 10 kV jistgħu użu kabli msilġa kun skild imgroundjeta f'ċaqda l-estremi - prattika komuni għal mitigazzjoni EMI. L-CTs tal-sekwenza sero solitament huma toroidal, installati attorn il-kablu fil-outlet tal-switchgear. Waqt l-erġa tal-talba, il-kurrent mhux bilanġat jidher segnali fil-CT. Imma, jekk is-skild huwa imgroundjet f'ċaqda l-estremi, il-kurrenti tal-skild jpassjaw permezz tal-CT, bl-għadi jdistortaw il-meżurament. Senza l-installazzjoni korretta (pereżempju, il-kablu tal-grounding tal-skild jipassa korrettament permezz tal-CT), l-protezzjoni tal-ħal tista' tfal, bl-għadi jikkażaw overreach tal-transformatur tal-talba.

1.3 Tfal tal-protezzjoni tal-ħal li jikkażaw n-nuqqas
Anki r-relè b'microprocessor joffru performanġi għoli, l-kwalità tal-prodott varja. L-erġien komuni jinkludu l-alimentazzjoni, l-campjonatura, l-CPU, jew moduli tal-output tal-tripp. Jekk mhux iddiskevera, dawn jistgħu jikkażaw refuz tal-protezzjoni, bl-għadi jikkażaw n-nuqqas tal-transformatur tal-talba.

1.4 Tfal tal-breaker tal-ħal li jikkażaw n-nuqqas
L-invecchiamento, l-operazzjonijiet frekwenenti, jew l-breakers tal-qualità bassa (speċjalment il-tipi vecchi GG-1A fi zonas rurali) jiżidu r-tasso tal-falj. L-erġien tal-kirt darba - speċjalment il-coils tal-tripp imburniti - jimpedixxi l-operazzjoni tal-breaker anki meta l-protezzjoni timmeġġa tripp, bl-għadi jikkażaw l-backup tal-transformatur tal-talba li jooperi.

1.5 L-erġa tal-talba tal-impedanza għoli f'ħal jew ħalatajn jikkażaw n-nuqqas
Jekk ħalatajn iksebu erġa tal-talba tal-impedanza għoli f'fas l-istess, il-kurrenti tal-sekwenza sero indiwiđwal (pereżempju, 40 A u 50 A) jistgħu jirdhu taħt il-pickup tal-ħal (60 A), imma il-loro somma (90 A) supera l-istabbiliment tal-transformatur tal-talba (75 A), bl-għadi jikkażaw overreach. Anki erġa tal-impedanza għoli waħda serja (pereżempju, 58 A) maltal-kurrent kapassittiv normali (pereżempju, 12-15 A) jistgħu japproċima 75 A. L-disturbji tas-sistema jistgħu jikkażaw n-nuqqas.

2. Misuri Preventivi biex Ipprevennu n-Nuqqas

2.1 Affronta l-erġien tal-CT

Użu CTs tal-sekwenza sero tal-qualità għoli; rifiutaw l-units b'erġien akbar minn 5% waqt il-kommissjoni; stabbilixxi l-sogħġġiet tal-protezzjoni fuq l-valuri primarji; verifika l-istabbiliment permezz tal-test tal-primary injection.

2.2 Korrigi l-ttalba tal-grounding tal-skild

• Drej il-kabelli tal-ard tal-iskud mal-linja lejn isfel permezz tat-TT ta’ żero-sekwenza u izolaho mis-sajfijiet tal-kabelli; evita l-kontatt qabel it-TT.

• Ħalli tis-seħħien esposti għall-ipprova; izolaha r-rest.

• Jekk il-punt tal-art tal-iskud ikun isfel mit-TT, m’tix tirruħu permezz tat-TT. Evita t-tqegħid tal-punt tal-art ġewwa l-kaxxa tat-TT.

• Ikkurrs il-karigi tal-protezzjoni u tal-kabelli dwar l-installazzjoni korretta.

• Applika inspezzjonijiet konġunti ta’ approvazzjoni minn timijiet tar-relej, operazzjonijiet, u kabelli.

2.3 Prevjenzjoni tad-difett tal-protezzjoni

Uża relejs provati u affidabbli; ibdel unitajiet antikjati jew difettużi; iżgura mantennuta aħjar; installa sistemi ta’ tiswija/ventilazzjoni biex tipprevjeni s-surda.

2.4 Prevjenzjoni tad-difett tal-interruttur

Uża interruttori moderni u affidabbli (eż., tip magħluq b’spring jew b’motor); skadi kabinetijiet GG-1A antiki; immentien il-ċirkwiti tal-kontroll; uża bobbinijiet ta’ trip b’kalità għolja.

2.5 Mitigażżar ir-riskji ta’ difett b’impedenza għolja

Investiga u wassal il-feeder meta jseħħ avviż tal-ard; naqqs it-tul tal-feeder; ibbilanza l-loads tal-fażi biex tinħas ir-riħ kapacittiv normali.

3. Konklużjoni

Għalkemm it-transformers tal-ard jibnu struttura grid iktar stabbli, il-malfunzjonamenti ripetuti iwasslu għal riskji mhux visti. Dan il-kart discuta l-każi ewlenin u jipproponi soluzzjonijiet prattiċi biex iwassal ir-reġjuni li installaw jew pjanjaw jinstallaw transformers tal-ard.

Transformers tal-Ard Zigzag (Tip Z)

F’networks distributivi ta’ 35 kV u 66 kV, il-windings tat-transformer huma kkollegjati normalment f’forma wye b’punt neutturli disponibbli, li jitħassar il-bżonn għal transformer tal-ard. Madankollu, f’networks ta’ 6 kV u 10 kV, transformers kkollegjati f’delta ma jkollhomx punt neutturli, li jagħmlu neċessarju l-użu ta’ transformer tal-ard biex ipprovdi wieħed – prinċipalment biex jikkollegħa bobbinijiet ta’ supressjoni tal-arkata.

Il-transformers tal-ard jużaw koneksjonijiet zigzag (tip Z) tal-windings: kull winding tal-fażi hija mgħodda fuq tnejn il-ġabra tal-core. Il-fluss mgħaqqad mal-zero-sekwenza mill-żewġ windings jibbatel wieħed l-ieħor, li jirriżulta f’impedenza baxxa ħafna ta’ zero-sekwenza (normalment <10 Ω), perdita baxxa bl-ebda load, u utlizzazzjoni ta’ aktar minn 90% tal-kapaċità nominali. Fil-kontrast, il-transformers konvenzjonali għandhom impedenza ta’ zero-sekwenza iktar għolja ħafna, li tlimita l-kapaċità tal-bobbin tal-supressjoni tal-arkata għal ≤20% tal-rating tat-transformer. Għalhekk, it-transformers tat-tip Z huma l-optimali għall-applikazzjonijiet tal-ard.

Meta l-voltat tal-mibniġġ fis-sistema ikun kbir, windings bilanċjati tat-tip Z idum suffiċjenti għall-miżura. F’sistemi b’biniġġ baxx (eż., network kollu kabelli), id-dispożittiva tan-neutrulu tidisinnjah biex tipproduċi voltat ta’ mibniġġ ta’ 30–70 V għal bżonnijiet tal-miżura.

Il-transformers tal-ard jistgħu wkoll jipprovdu loads sekondarji, u jagħmlu xogħol bħala transformers tal-stazzjon. F’dan il-każ, ir-rating primarju huwa ugwali għall-għodod tal-kapaċità tal-bobbin tal-suppressjoni tal-arkata u dawk tal-load sekondarju.

Il-funzjoni primarja tat-transformer tal-ard hija li tiprovduti kurrent ta’ kompensazzjoni ta’ difett tal-ard.

Figura 1 u Figura 2 juru żewġ koneksjonijiet komuni ta’ transformers tal-ard tat-tip Z: ZNyn11 u ZNyn1. Il-prinċipju wara l-impedenza baxxa ta’ zero-sekwenza huwa kif ifolgħu: kull limb tal-core fih żewġ windings identiki kkollegjati għal differenti voltajiet tal-fażi. Taħt voltat positiv jew negattiv ta’ sekwenza, il-forza magnetomottri (MMF) fuq kull limb hija s-somma vettorjali ta’ żewġ MMFs tal-fażi. It-tliet MMFs tal-limb huma bilanċjati u 120° apart, jiffurmaw paħal magnetiku magħluq b’reluttanza baxxa, fluss għoli, voltat indott għoli, u għalhekk impedenza ta’ magnetizzazzjoni għolja.

Taħt voltat ta’ zero-sekwenza, iż-żewġ windings fuq kull limb jipproduċu MMFs ugwali iżda opposti, li jirriżulta f’MMF nett zeru kull limb. L-ebda fluss ta’ zero-sekwenza ma jmer fil-core; anzi, jiddevja permezz tat-tank u l-medju madwaru, sabiħ reluttanza għolja. Di conseguenza, il-fluss u l-impedenza ta’ zero-sekwenza huma baxxi ħafna.