Koruma Dönüşümünün Yanlış Çalışmasına Neden Olan Faktörlerin Analizi
Çin elektrik sisteminde, 6 kV, 10 kV ve 35 kV şebekeleri genellikle nötr nokta bağlı olmayan bir çalışma modu benimser. Şebekenin ana transformatörlerinin dağıtım gerilimi tarafı genellikle üçgen yapıda bağlanır, bu da yerleştirilebilecek bir nötr nokta sağlamaz. Nötr nokta bağlı olmayan bir sistemde tek fazlı toprak hatası meydana geldiğinde, faz arası gerilim üçgeni simetriğini korur, bu da kullanıcı işlemlerine minimal müdahale eder. Ayrıca, kapasitif akım oldukça düşük olduğunda (10 A'dan az), bazı geçici toprak hataları kendiliğinden sönebilir, bu da elektrik sağlamanın güvenilirliğini artırmada ve kesinti olaylarını azaltmada oldukça etkilidir.
Ancak, elektrik endüstrisinin sürekli genişlemesi ve gelişmesiyle birlikte, bu basit yöntem artık güncel talepleri karşılamıyor. Modern şehir şebekelerinde, kablosuz devrelerin kullanımının artması, kapasitif akımların önemli ölçüde artmasına (10 A'nın üzerinde) yol açmıştır. Bu koşullarda, toprak arkı güvenilir bir şekilde sönmez ve aşağıdaki sonuçlar ortaya çıkar:
Tek fazlı toprak arkanın ara sıra sönüp yeniden yanması, amplitüdü 4U'ya (U, zirve faz gerilimidir) veya daha yüksek olan ark-toprak aşırı gerilimleri oluşturabilir ve uzun süre boyunca sürebilir. Bu, elektrik ekipmanlarının yalıtımına ciddi tehditler oluşturur, zayıf yalıtım noktalarında çökme riskini artırır ve önemli kayıplara yol açabilir.
Sürekli ark, çevresindeki havayı iyonize ederek onun yalıtım özelliklerini düşürür ve faz arası kısa devre riskini artırır.
Ferromanyetik aşırı gerilimler oluşabilir, bu aşırı gerilimler kolayca gerilim dönüştürücülerini ve gerilim kontrolörlerini hasarlandırabilir—hatta kontrolör patlamalarına bile yol açabilir. Bu sonuçlar, şebeke ekipmanlarının yalıtım bütünlüğünü ciddi şekilde tehlikeye atar ve tüm elektrik sisteminin güvenli işletimini tehdit eder.
Böyle olayları önlemek ve yeterli sıfır dizisel akım ve gerilim sağlamak için, toprak hatası korumasının güvenilir çalışmasını sağlamak üzere yapay bir nötr nokta oluşturulmalıdır, böylece bir toprak direnci bağlanabilir. Bu ihtiyaç, toprak transformatörlerinin (genellikle "toprak transformatörü" veya "toprak birimi" olarak adlandırılır) geliştirilmesine yol açtı. Toprak transformatörü, genellikle çok düşük bir dirençle (genellikle 5 ohmdan az) bir toprak direnci ile birlikte yapay bir nötr nokta oluşturur.
Ayrıca, manyetik özellikleri nedeniyle, toprak transformatörü pozitif ve negatif dizisel akımlara yüksek bir impedans sunar, sadece küçük bir tahrik akımının bobinlerinden geçmesine izin verir. Her çekirdek parçasında, iki bobin bölümü zıt yönde sarılır. Eşit sıfır dizisel akımlar bu bobinlerden geçtiğinde, düşük bir impedans gösterir, sıfır dizisel koşullar altında bobinler arasında çok az gerilim düşümü oluşur.
Özellikle, toprak hatası sırasında, bobin pozitif, negatif ve sıfır dizisel akımlar taşır. Pozitif ve negatif dizisel akımlara yüksek bir impedans sunar, ancak sıfır dizisel akıma düşük bir impedans sunar. Çünkü aynı fazda, iki bobin zıt kutupluluğa sahip seri bağlantılıdır; induksiyonlu elektromotor kuvvetleri büyüklük olarak eşittir, ancak yön olarak zıttır, bu nedenle birbirini nötralize eder ve sıfır dizisel akıma düşük bir impedans sunar.
Birçok uygulamada, toprak transformatörleri sadece küçük bir toprak direnci ile bir nötr nokta sağlama amacıyla kullanılır ve herhangi bir ikincil yük sağlama amaçlı değildir. Bu nedenle, birçok toprak transformatörü ikincil bobin olmadan tasarlanmıştır. Normal şebeke işletimi sırasında, toprak transformatörü neredeyse boş yükle çalışır. Ancak, bir hatası sırasında, kısa bir süre için hatası akımı taşır. Düşük dirençli topraklı bir sistemde, 10 kV tarafta tek fazlı toprak hatası meydana geldiğinde, çok hassas sıfır dizisel koruma hızlı bir şekilde hatası beslemeyi belirler ve geçici olarak izole eder.
Toprak transformatörü, hatası meydana gelme ve beslemenin sıfır dizisel korumasının çalışması arasındaki kısa aralıkta aktiftir. Bu süre zarfında, sıfır dizisel akım nötr toprak direncinden ve toprak transformatöründen geçer, formül: I_R = U / (R₁ + R₂), burada U sistem faz gerilimidir, R₁ nötr toprak direncidir ve R₂ toprak hatası döngüsündeki ek dirençtir.
Yukarıdaki analiz ışığında, toprak transformatörünün işletim özellikleri şunlardır: uzun vadede boş yükle çalışır ve hatası sırasında kısa vadede aşırı yüklenir.
Sonuç olarak, toprak transformatörü, bir toprak direnci bağlamak için yapay bir nötr nokta oluşturur. Toprak hatası sırasında, pozitif ve negatif dizisel akımlara yüksek bir impedans sunar, ancak sıfır dizisel akıma düşük bir impedans sunarak, toprak hatası korumasının güvenilir çalışmasını sağlar.
Şu anda, alt trafi merkezlerinde kurulan toprak transformatörleri iki temel amaçla hizmet vermektedir:
Alt trafi yardımcı kullanımı için düşük gerilimli AC enerji sağlama;
10 kV tarafta yapay bir nötr nokta oluşturma, bu, Petersen bobini (ark giderme bobini) ile birleştirildiğinde, 10 kV tek fazlı toprak hatası sırasında kapasitif toprak hatası akımını telafi ederek, hatası noktasındaki arkı söndürür. İlkeli şöyledir:
Üç fazlı elektrik şebekesindeki iletkenlerin tamamı boyunca, fazlar arasında ve her faz ile toprak arasında kapasitans vardır. Şebeke nötrü sıkı bir şekilde topraklanmadığında, tek fazlı toprak hatası sırasında hatası fazının toprağa olan kapasitansı sıfır olur, diğer iki fazın gerilimleri normal faz geriliminin √3 katına yükselir. Bu artan gerilim, yalıtım tasarım sınırları içinde kalır, ancak toprağa olan kapasitanslarını artırır. Tek fazlı hatası sırasında kapasitif toprak hatası akımı, normal per faz kapasitif akımın yaklaşık üç katıdır. Bu akım büyük olduğunda, aralıklı arkı kolayca sürdürür, şebeke indüktif-kapasitif devresinde rezonans salınımlarını tetikleyerek, faz geriliminin 2.5–3 katına kadar aşırı gerilimler oluşturur. Şebeke gerilimi ne kadar yüksek olursa, bu aşırı gerilimlerden dolayı risk de o kadar büyür. Bu nedenle, sadece 60 kV'nin altındaki sistemler nötr nokta bağlı olmayan bir şekilde çalışabilir, çünkü tek fazlı kapasitif toprak hatası akımları küçüktür. Yüksek gerilimli sistemler için, toprak transformatörü kullanılarak nötr nokta, impedans aracılığıyla bağlanmalıdır.
Bir transformatörün (örneğin, 10 kV tarafı) bir tarafı delta veya yıldız bağlantılıyken nötr noktası çıkarılmamışsa ve tek faz kapasitif yer akımı büyükse, yerleştirmek için kullanılacak bir nötr nokta mevcut değildir. Bu durumlarda, bir yerleştirici transformator kullanılarak yapay bir nötr nokta oluşturulur, bu da yay抑制程序错误，我将根据您的要求继续完成翻译：
Bir transformatörün (örneğin, 10 kV tarafı) bir tarafı delta veya yıldız bağlantılıyken nötr noktası çıkarılmamışsa ve tek faz kapasitif yer akımı büyükse, yerleştirmek için kullanılacak bir nötr nokta mevcut değildir. Bu durumlarda, bir yerleştirici transformator kullanılarak yapay bir nötr nokta oluşturulur, bu da yayıcı bobinin bağlanmasına olanak tanır. Bu yapay nötr, sistemin kapasitif akımı telafi etmesine ve yer arklarını söndürmesine olanak sağlar—bu, yerleştirici transformatorun temel görevidir. Normal işlem sırasında, yerleştirici transformator dengeli üç faz gerilimini deneyimler ve sadece küçük bir teşvik akımı taşır, neredeyse yüklenmeden çalışır. Nötr-nokta-kara potansiyel farkı sıfırdır (yayıcı bobinden kaynaklanan küçük nötr yer değiştirme voltajını ihmal ederek) ve bobinden herhangi bir akım geçmez. Örneğin, C fazında bir yer hatası oluşursa, oluşan sıfır-dizi gerilimi (asimetriden elde edilir) yayıcı bobinden kara üzerinden akar. Bobin indüktif bir akım oluşturur, bu da kapasitif yer hatası akımını telafi eder ve arkı ortadan kaldırır—bu, ayrı bir yayıcı bobinin işleviyle aynıdır. Son yıllarda, belirli bir bölgedeki 110 kV alt istasyonlarında yerleştirici transformator korumasının birçok yanlış çalışması olmuştur, bu da ağ istikrarını ciddi şekilde etkilemiştir. Kök nedenleri belirlemek için analizler yapıldı, düzeltici önlemler alındı ve diğer bölgeleri yönlendirmek için dersler paylaşıldı. 110 kV alt istasyonlarının 10 kV ağlarında kablo besleyicilerin kullanımının artmasıyla, tek faz kapasitif yer akımları önemli ölçüde artmıştır. Yer hatası sırasında aşırı gerilim miktarlarını baskılamak için, birçok 110 kV alt istasyonu şimdi yerleştirici transformatorları kurarak düşük dirençli yerleştirmeyi uygulamaktadır, bu da sıfır-dizi akım yolunu oluşturur. Bu, konuma göre yer hatalarını seçici sıfır-dizi korumasıyla izole etmeyi, arkın yeniden yanmasını önlemeyi ve güvenli enerji tedarikini sağlar. 2008 yılından beri, belirli bir bölge 110 kV alt istasyonlarının 10 kV sistemlerini yerleştirici transformatorlar ve ilgili koruma cihazları ile düşük dirençli yerleştirmeye dönüştürdü. Bu, herhangi bir 10 kV besleyici yer hatasının hızlı bir şekilde izole edilmesine ve ağ etkisini en aza indirmesine olanak tanır. Ancak, son zamanlarda, bölgedeki beş 110 kV alt istasyonunda yerleştirici transformator korumasının tekrarlayan yanlış işlemleri, kesintilere neden olup, ağ istikrarına tehdit oldu. Bu nedenle, nedenleri belirlemek ve çözümler uygulamak önemlidir. 1. Yerleştirici Transformator Korumasının Yanlış İşlem Nedenlerinin Analizi Bir 10 kV besleyicide yer hatası olduğunda, 110 kV alt istasyonundaki besleyicinin sıfır-dizi koruması önce harekete geçmelidir ve hatayı izole etmelidir. Başarısız olursa, yerleştirici transformatorun yedek sıfır-dizi koruması otobüsü ve ana transformatör anahtarlara devre dışı bırakarak hatayı sınırlar. Bu nedenle, 10 kV besleyici koruması ve anahtarların doğru işlemesi çok önemlidir. Beş alt istasyondaki yanlış işlemlerin istatistiksel analizi, besleyici korumasının başarısızlığının başlıca neden olduğunu göstermektedir. 10 kV besleyici sıfır-dizi koruması şu şekilde çalışır: sıfır-dizi CT örnekleme → korumanın başlatılması → anahtarın açılması. Ana bileşenler sıfır-dizi CT, koruma rölesi ve anahtardır. Analiz, bunlar üzerinde odaklanır: 1.1 Sıfır-dizi CT hatalarından kaynaklanan yanlış işlem 1.2 Yanlış kablo zırhı yerleştirmesinden kaynaklanan yanlış işlem 1.3 Besleyici korumasının başarısızlığından kaynaklanan yanlış işlem 1.4 Besleyici anahtarının başarısızlığından kaynaklanan yanlış işlem 1.5 Bir veya iki besleyicide yüksek impedanslı yer hatalarından kaynaklanan yanlış işlem 2. Yanlış Çalışmanın Önlenmesi İçin Önlemler 2.1 CT hatalarını ele alma Yüksek kaliteli sıfır-dizi CT'ler kullanın; komisyonda >5% hatası olan üniteleri reddedin; koruma eşiğini birincil değerlerine dayalı olarak ayarlayın; birincil enjeksiyon testi ile ayarları doğrulayın. 2.2 Kablo zırhı yerleştirmesini düzeltme Kablosuz koruma hatlarını sıfır-sekanslı CT üzerinden aşağı yönde geçirin ve kablo tepsilerinden yalıtın; CT öncesinde teması önleyin. Test için açık kalan iletken uçları bırakın; geri kalanını yalıtın. Eğer kalkan yerleştirmesi noktası CT'nin altında ise, onu CT üzerinden geçirmeyin. Yerleştirmeyi CT penceresi içinde yapmayın. Kabloyu ve korumayı doğru bir şekilde kurmak üzere personeli eğitin. Röle, operasyon ve kablo ekipleri tarafından ortak kabul incelemelerini zorunlu tutun. 2.3 Korumanın reddedilmesini önleme Kanıtlanmış, güvenilir röleler kullanın; yaşlı veya hatalı birimleri değiştirin; bakım işlemlerini artırın; soğutma/ventilasyon kurun ki aşırı ısınmaya engel olun. 2.4 Kesicinin reddedilmesini önleme Güvenilir, modern kesicileri kullanın (örneğin, yay-veya motorla şarj edilmiş kapalı tipler); eski GG-1A dolaplarını kullanımdan kaldırın; kontrol devrelerini bakımı yapın; yüksek kaliteli tetik bobinleri kullanın. 2.5 Yüksek impedanslı arızaların risklerini azaltma Yer bağlamaları alarmları olduğunda besleyicileri hızlıca araştırıp temizleyin; besleyici uzunluklarını azaltın; faz yüklerini dengesizlikten koruyarak normal kapasitif akımı minimize edin. 3. Sonuç Yer bağlayıcı transformatörler ağ yapısını ve istikrarını geliştirirken, tekrarlanan yanlış işlemler gizli riskleri vurgular. Bu makale, ana nedenleri analiz ederek ve pratik çözümler önererek, yer bağlayıcı transformatörler kurmuş ya da kurmayı planlayan bölgeleri yönlendirir. Zigzag (Z-Tipi) Yer Bağlayıcı Transformatörler 35 kV ve 66 kV dağıtım ağlarında, transformatör sarımları genellikle wye bağlantılıdır ve bir neutral nokta mevcuttur, bu yüzden yer bağlayıcı transformatörlere ihtiyaç duyulmaz. Ancak, 6 kV ve 10 kV ağlarında, delta bağlantılı transformatörlerde neutral nokta yoktur, bu nedenle bir yer bağlayıcı transformatör gereklidir—öncelikle ark bastırma bobinlerine bağlantı sağlamak için. Yer bağlayıcı transformatörler zigzag (Z-tipi) sarım bağlantılarını kullanır: her faz sarımı iki çekirdek koluna bölünmüştür. İki sarımdan gelen sıfır-sekans manyetik akımlar birbirini götürür, bu da çok düşük sıfır-sekanslı impedans (genellikle <10 Ω), düşük boş yük kaybı ve nominal kapasitenin %90'ından fazlasının kullanılmasını sağlar. Buna karşılık, geleneksel transformatörler çok daha yüksek sıfır-sekanslı impedansa sahiptir, bu da ark bastırma bobinlerinin kapasitesini transformatör kapasitesinin %20'sine kadar sınırlar. Böylece, Z-tipi transformatörler yer bağlama uygulamaları için en uygun seçenektir. Sistem dengesizlik gerilimi büyük olduğunda, dengeli Z-tipi sarımlar ölçüm için yeterlidir. Düşük dengesizlik sistemlerinde (örneğin, tüm kablosuz ağlar), neutral, ölçüm ihtiyaçları için 30–70 V dengesizlik gerilimi üretmek üzere tasarlanmıştır. Yer bağlayıcı transformatörler ayrıca ikincil yükler sağlayabilir, istasyon servis transformatörü olarak görev yapabilir. Bu durumlarda, birincil dereceli kapasite, ark bastırma bobin kapasitesi ile ikincil yük kapasitesinin toplamına eşittir. Yer bağlayıcı transformatörün asıl işlevi, yer hatası telafi akımı sağlamaktır. Şekil 1 ve Şekil 2, iki yaygın Z-tipi yer bağlayıcı transformatör bağlantısını göstermektedir: ZNyn11 ve ZNyn1. Düşük sıfır-sekanslı impedansın arkasındaki prensip şu şekildedir: her çekirdek kolunda, farklı faz gerilimlerine bağlı iki özdeş sarım bulunmaktadır. Pozitif veya negatif sekanslı gerilim altında, her koldaki manyetik itki kuvveti (MMF) iki faz MMF'nin vektörel toplamıdır. Üç koldaki MMF'ler dengededir ve birbirine 120°'lik açı ile ayrılmıştır, bu da düşük direnç, yüksek akım, yüksek indüklenmiş gerilim ve dolayısıyla yüksek manyetize edici impedans oluşturur. Sıfır-sekanslı gerilim altında, her koldaki iki sarım eşit ancak zıt MMF'ler üretir, bu da her kolda net MMF'nin sıfır olmasını sağlar. Sıfır-sekanslı manyetik akım çekirdekte akış yapmaz; bunun yerine, tank ve çevresel ortamda yüksek dirençle karşılaşıp dolaşır. Bu nedenle, sıfır-sekanslı manyetik akım ve impedans çok düşüktür.
Bir yer hatası sırasında, hatalı besleyicinin sıfır-dizi CT'si hatası akımını algılar ve korumasını tetikler. Aynı zamanda, yerleştirici transformatorun sıfır-dizi CT'si de akımı hisseder. Seçiciliği sağlamak için, besleyici koruma ayarları (örneğin, 60 A, 1.0 s) yerleştirici transformator ayarlarından daha düşüktür (örneğin, 75 A, 1.5 s otobüsü devre dışı bırakmak için, 2.5 s ana transformatörü devre dışı bırakmak için). Ancak, CT hataları (örneğin, yerleştirici transformator CT'sinde -10%, besleyici CT'sinde +10%) gerçek alınan akımları neredeyse eşit hale getirebilir (67.5 A vs. 66 A), sadece zaman gecikmesine bağlı kalır. Bu, yerleştirici transformatorun aşırı çalışma riskini artırır.
10 kV besleyiciler genellikle her iki ucunda da zırhlanmış kablolar kullanır—bu, EMI azaltma için yaygın bir uygulamadır. Sıfır-dizi CT'ler genellikle toroidaldir ve anahtar panosundan çıkan kablonun etrafına monte edilir. Bir yer hatası sırasında, dengesiz akım CT'de bir sinyal induksiyonu oluşturur. Ancak, zırh her iki uçta da yerleştirilmişse, dolaşan zırh akımları da CT üzerinden geçer, ölçümü bozar. Doğru montaj olmadan (örneğin, zırh kara kablosunun doğru şekilde CT üzerinden geçirilmesi), besleyici koruması başarısız olabilir, bu da yerleştirici transformatorun aşırı çalışmasına neden olur.
Mikroişlemci tabanlı röleler yüksek performans sunar, ancak ürün kalitesi değişebilir. Yaygın hatalar güç, örnekleme, CPU veya trip çıkış modüllerine ilgilidir. Algılanmazsa, bu koruma reddiye neden olabilir, bu da yerleştirici transformatorun yanlış çalışmasına neden olur.
Yaşlanma, sık işlemler veya düşük kaliteli anahtarlar (özellikle kırsal alanlardaki eski GG-1A tipleri) arızalıklığı artırır. Kontrol devresi arızaları—özellikle yanmış trip bobinleri—koruma bir tripte komuta etse bile anahtarın çalışmasını engeller, bu da yerleştirici transformator yedeğinin harekete geçmesini zorunlu kılar.
Eğer iki besleyicide aynı fazda eşzamanlı olarak yüksek impedanslı yer hataları meydana gelirse, bireysel sıfır-dizi akımları (örneğin, 40 A ve 50 A) besleyici alıcısının altında kalabilir (60 A), ancak toplamları (90 A) yerleştirici transformator ayarını (75 A) aşar, bu da aşırı çalışmayı tetikler. Hatta tek bir ciddi yüksek impedanslı hatası (örneğin, 58 A) normal kapasitif akım (örneğin, 12–15 A) ile birlikte 75 A'ya yaklaşabilir. Sistem pertürbasyonları yanlış çalışmayı tetikleyebilir.
