Τι είναι οι διαφορές μεταξύ ενός τρανσφορματορα γείωσης και ενός συμβατικού τρανσφορματορα;
Τι είναι ένας μετασχηματιστής απόγειωσης;
Ένας μετασχηματιστής απόγειωσης, συντομευμένα "μετασχηματιστής απόγειωσης," μπορεί να ταξινομηθεί σε λιπαντοβυθισμένο και ξηρό, βάσει του πλήρωμα. Κατά τον αριθμό των φάσεων, μπορεί να ταξινομηθεί σε τριφασικούς και μονοφασικούς μετασχηματιστές απόγειωσης.
Διαφορά Μεταξύ Μετασχηματιστών Απόγειωσης και Συνηθισμένων Μετασχηματιστών
Ο στόχος ενός μετασχηματιστή απόγειωσης είναι να δημιουργήσει ένα τεχνητό ουδέτερο σημείο για τη σύνδεση ενός κύκλου κατάρρευσης αρκούς ή ενός αντιστοιχού όταν το σύστημα είναι συνδεδεμένο σε διάταξη τριγώνου (Δ) ή στελέχους (Y) χωρίς προσβάσιμο ουδέτερο σημείο. Οι τέτοιοι μετασχηματιστές χρησιμοποιούν συνδέσεις πλεξίδας (ή "Z-τύπου"). Η βασική διαφορά από τους συνηθισμένους μετασχηματιστές είναι ότι κάθε φάσης πλεξίδα χωρίζεται σε δύο ομάδες που είναι ενεστραμμένες σε αντίθετες κατευθύνσεις στο ίδιο μαγνητικό κοίλο. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει στη μηδενική-ακολουθία μαγνητική ροή να διαρρέει τα μαγνητικά κοίλα, ενώ στους συνηθισμένους μετασχηματιστές, η μηδενική-ακολουθία ροή περιοδεύει μέσω διαρροών.
Επομένως, η μηδενική-ακολουθία αντίσταση ενός Z-τύπου μετασχηματιστή απόγειωσης είναι πολύ χαμηλή (περίπου 10 Ω), ενώ στους συνηθισμένους μετασχηματιστές είναι πολύ υψηλότερη. Σύμφωνα με τους τεχνικούς κανονισμούς, όταν χρησιμοποιείται ένας συνηθισμένος μετασχηματιστής για τη σύνδεση ενός κύκλου κατάρρευσης, η ικανότητα του κύκλου δεν πρέπει να ξεπερνά το 20% της νομικής ικανότητας του μετασχηματιστή. Αντίθετα, ένας Z-τύπος μετασχηματιστής μπορεί να μεταφέρει έναν κύκλο κατάρρευσης στο 90%-100% της δικής του ικανότητας. Επιπλέον, οι μετασχηματιστές απόγειωσης μπορούν να παρέχουν δευτερεύουσες φορτίες και να λειτουργούν ως μετασχηματιστές σταθμικής εξυπηρέτησης, διασφαλίζοντας έτσι οικονομίες στις επενδύσεις.
Λειτουργικός Μηχανισμός Μετασχηματιστών Απόγειωσης
Ένας μετασχηματιστής απόγειωσης δημιουργεί τεχνητά ένα ουδέτερο σημείο με έναν αντιστοιχο, που συνήθως έχει πολύ χαμηλή αντίσταση (συνήθως απαιτείται να είναι λιγότερη από 5 Ω). Επιπλέον, λόγω των ηλεκτρομαγνητικών του χαρακτηριστικών, ο μετασχηματιστής απόγειωσης παρουσιάζει υψηλή αντίσταση στις θετικές και αρνητικές ακολουθίες ροών, επιτρέποντας μόνο μια μικρή ροή εναργήσεως να διαρρέει τις πλεξίδες. Σε κάθε μαγνητικό κοίλο, οι δύο τμήματα της πλεξίδας είναι ενεστραμμένα σε αντίθετες κατευθύνσεις. Όταν ίσες μηδενικές ακολουθίες ροές διαρρέουν αυτές τις πλεξίδες στο ίδιο κοίλο, παρουσιάζουν χαμηλή αντίσταση, αποτελείται σε μικρή πτώση τάσης.
Κατά τη διάρκεια μιας απογείωσης, οι πλεξίδες μεταφέρουν θετικές, αρνητικές και μηδενικές ακολουθίες ροών. Η πλεξίδα παρουσιάζει υψηλή αντίσταση στις θετικές και αρνητικές ακολουθίες ροών, αλλά χαμηλή αντίσταση στη μηδενική ακολουθία, καθώς, μέσα στην ίδια φάση, οι δύο πλεξίδες είναι συνδεδεμένες σε σειρά με αντίθετη πολαρότητα—τα ενδυνάμωσης είναι ίσης μεγέθους αλλά αντίθετης κατεύθυνσης, επομένως ακυρώνονται μεταξύ τους.
Πολλοί μετασχηματιστές απόγειωσης χρησιμοποιούνται μόνο για την παροχή ενός ουδέτερου σημείου με χαμηλή αντίσταση και δεν παρέχουν καμία δευτερεύουσα φορτία. Συνεπώς, πολλοί σχεδιάζονται χωρίς δευτερεύουσα πλεξίδα. Κατά την κανονική λειτουργία του δικτύου, ο μετασχηματιστής απόγειωσης λειτουργεί ουσιαστικά χωρίς φορτίο. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια μιας παραβίασης, μεταφέρει παραβιαστική ροή μόνο για μικρή διάρκεια. Σε ένα σύστημα με χαμηλή αντίσταση απόγειωσης, όταν συμβαίνει μια μονοφασική απογείωση, η υπεραίσθητη μηδενική-ακολουθία προστασία αναγνωρίζει γρήγορα και προσωρινά απομονώνει το παραβιασμένο καταναλωτή.
Ο μετασχηματιστής απόγειωσης είναι ενεργός μόνο κατά την σύντομη διάρκεια μεταξύ της εμφάνισης της παραβίασης και της λειτουργίας της μηδενικής-ακολουθίας προστασίας του καταναλωτή. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η μηδενική-ακολουθία ροή διαρρέει μέσω του ουδέτερου αντιστοιχού απόγειωσης και του μετασχηματιστή απόγειωσης, ακολουθώντας την τύπωση: IR = U / R₁, όπου U είναι η φασική τάση του συστήματος και R₁ είναι η αντίσταση απόγειωσης.
Συνέπειες Όταν Η Απόγειωση Δεν Μπορεί Να Ξεσβήσει Βεβαίως
Η διακοπή και η επανάφλεξη της μονοφασικής απογείωσης παράγει υπερτάσεις απόγειωσης με αμπλιτούδες που φτάνουν μέχρι 4U (όπου U είναι η κορυφαία φασική τάση) ή ακόμη υψηλότερες, διαρκώντας για μεγάλες περίοδες. Αυτό αποτελεί σοβαρή απειλή για την απομόνωση των ηλεκτρομηχανικών εξοπλισμών, με πιθανότητα καταστροφής σε αδύναμα σημεία απομόνωσης και οδηγώντας σε σημαντικές απώλειες.
Η συνεχής απόγειωση ιονίζει το περιβάλλον, μειώνοντας τις απομονωτικές του ιδιότητες και αυξάνοντας την πιθανότητα διατομικών συνδέσεων.
Μπορεί να παρουσιαστούν υπερτάσεις φερρορεζωνάντζ, που εύκολα καταστρέφουν τους μετασχηματιστές τάσης και τους προστατευτικούς αντιστοιχούς—πιθανότατα οδηγώντας σε εκρήξεις προστατευτικών. Αυτές οι συνέπειες απειλούν σοβαρά την ακεραιότητα της απομόνωσης του εξοπλισμού του δικτύου και την ασφαλή λειτουργία του ολόκληρου του συστήματος.
Τι είναι Θετικές, Αρνητικές και Μηδενικές Ακολουθίες Ροών;
Αρνητική ακολουθία ροής: Η φάση A υστερεί τη φάση B κατά 120°, η φάση B υστερεί τη φάση C κατά 120°, και η φάση C υστερεί τη φάση A κατά 120°.
Θετική ακολουθία ροής: Η φάση A προηγείται της φάσης B κατά 120°, η φάση B προηγείται της φάσης C κατά 120°, και η φάση C προηγείται της φάσης A κατά 120°.
Μηδενική ακολουθία ροής: Οι τρεις φάσεις (A, B, C) είναι σε φάση—καμία φάση προηγείται ή υστερεί την άλλη.
Κατά τη διάρκεια τριφασικών παραβιάσεων και κανονικής λειτουργίας, το σύστημα περιλαμβάνει μόνο θετικές ακολουθίες συνιστώσες.
Κατά τη διάρκεια μονοφασικών απογειώσεων, το σύστημα περιλαμβάνει θετικές, αρνητικές και μηδενικές ακολουθίες συνιστώσες.
Κατά τη διάρκεια διφασικών παραβιάσεων, το σύστημα περιλαμβάνει θετικές και αρνητικές ακολουθίες συνιστώσες.
Κατά τη διάρκεια διφασικών παραβιάσεων προς την γη, το σύστημα περιλαμβάνει θετικές, αρνητικές και μηδενικές ακολουθίες συνιστώσες.
Λειτουργικά Χαρακτηριστικά Μετασχηματιστών Απόγειωσης
Ο εδαφικός μετασχηματιστής λειτουργεί υπό συνθήκες άνευ φορτίου κατά την κανονική λειτουργία του δικτύου και βιώνει μικρής διάρκειας υπερφόρτωση κατά την εμφάνιση σφαλμάτων. Συνοψικά, η λειτουργία ενός εδαφικού μετασχηματιστή είναι να δημιουργήσει τεχνητά ένα ουδέτερο σημείο για τη σύνδεση ενός εδαφικού αντιστοιχού. Κατά την εμφάνιση εδαφικού σφάλματος, παρουσιάζει υψηλή αντίσταση στις θετικές και αρνητικές ακολουθίες ρεύματος, αλλά χαμηλή αντίσταση στην ακολουθία μηδενικού ρεύματος, διασφαλίζοντας έτσι την αξιόπιστη λειτουργία της προστασίας εδαφικών σφαλμάτων.
Εδάφιση Δια της Συστήματος Αφύπνισης Τόξου
Όταν στο δίκτυο εμφανίζεται ένα μεταβλητό μονοφασικό εδαφικό σφάλμα λόγω κακής απομόνωσης εξοπλισμού, εξωτερικής βλάβης, λάθους τεχνικού, εσωτερικής υπερτάσης ή οποιουδήποτε άλλου λόγου, το ρεύμα του εδαφικού σφάλματος διαρρέει μέσω της καταστροφής του τόξου ως ενδεικτικό ρεύμα, το οποίο είναι αντίθετο στο ρεύμα παρασιτικής ακτίνας. Αυτό μπορεί να μειώσει το ρεύμα στο σημείο του σφάλματος σε πολύ μικρή τιμή ή ακόμη και σε μηδέν, έτσι ώστε να εξαλείφεται το τόξο και οι συναφείς οικολογικές απειλές. Το σφάλμα αποκαθίσταται αυτόματα χωρίς να ενεργοποιεί την προστασία ρελέ και τον αποσυρτήρα, συνεπώς αυξάνοντας σημαντικά την αξιοπιστία της παροχής ρεύματος.
Τρεις Λειτουργικές Λειτουργίες Αντιστάθμισης
Υπάρχουν τρεις διαφορετικές λειτουργίες αντιστάθμισης: υπο-αντιστάθμιση, πλήρης αντιστάθμιση και υπερ-αντιστάθμιση.
Υπο-αντιστάθμιση: Το ενδεικτικό ρεύμα μετά την αντιστάθμιση είναι λιγότερο από το ρεύμα παρασιτικής ακτίνας.
Υπερ-αντιστάθμιση: Το ενδεικτικό ρεύμα μετά την αντιστάθμιση είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα παρασιτικής ακτίνας.
Πλήρης αντιστάθμιση: Το ενδεικτικό ρεύμα μετά την αντιστάθμιση ισούται με το ρεύμα παρασιτικής ακτίνας.
Λειτουργία Αντιστάθμισης Χρησιμοποιούμενη στην Εδάφιση Δια της Συστήματος Αφύπνισης Τόξου
Σε συστήματα με εδάφιση μέσω της καταστροφής του τόξου, πρέπει να αποφεύγεται η πλήρης αντιστάθμιση. Ανεξάρτητα από τη μέγεθος της άνισης τάσης του συστήματος, η πλήρης αντιστάθμιση μπορεί να προκαλέσει σειριακή συντονία, υποβάλλοντας την καταστροφή του τόξου σε επικίνδυνα υψηλές τάσεις. Συνεπώς, στην πράξη, χρησιμοποιείται η υπερ-αντιστάθμιση ή η υπο-αντιστάθμιση, με τη υπερ-αντιστάθμιση να είναι η πιο συνηθισμένη λειτουργία.
Κυρίως Λόγοι Χρήσης της Υπερ-Αντιστάθμισης
Σε συστήματα με υπο-αντιστάθμιση, εύκολα μπορεί να εμφανιστούν υψηλές υπερτάσεις κατά την εμφάνιση σφαλμάτων. Για παράδειγμα, αν μέρος των γραμμών αποσυνδέσει λόγω σφάλματος ή άλλων λόγων, ένα σύστημα με υπο-αντιστάθμιση μπορεί να μετατρέπεται προς πλήρη αντιστάθμιση, προκαλώντας σειριακή συντονία και συνεπώς πολύ υψηλή τάση μετατόπισης του ουδέτερου και υπερτάσεις. Μεγάλη μετατόπιση του ουδέτερου σε συστήματα με υπο-αντιστάθμιση απειλεί επίσης την ακεραιότητα της απομόνωσης - ένα άλλο αδύνατο σημείο που δεν μπορεί να αποφευχθεί όσο χρησιμοποιείται υπο-αντιστάθμιση.
Κατά την κανονική λειτουργία ενός συστήματος με υπο-αντιστάθμιση και σημαντική τριφασική ανισορροπία, μπορεί να εμφανιστούν πολύ υψηλές υπερτάσεις λόγω φερρομαγνητικής συντονίας. Αυτό το φαινόμενο προκαλείται από τη φερρομαγνητική συντονία μεταξύ της υπο-αντισταθμισμένης καταστροφής του τόξου (όπου ωL > 1/(3ωC₀)) και της γραμμικής ακτίνας (3C₀). Αυτή η συντονία δεν εμφανίζεται με τη χρήση υπερ-αντιστάθμισης.
Τα συστήματα παραγωγής ρεύματος διαρκώς επεκτείνονται, και η ακτίνα του δικτύου προς το έδαφος αυξάνεται ανάλογα. Με τη χρήση υπερ-αντιστάθμισης, ο αρχικά εγκατεστημένος αφυπνιστής τόξου μπορεί να παραμείνει σε λειτουργία για κάποιο διάστημα - ακόμη και αν τελικά μετατρέπεται προς υπο-αντιστάθμιση. Ωστόσο, αν το σύστημα ξεκινά με υπο-αντιστάθμιση, κάθε επέκταση απαιτεί αμέσως επιπλέον ικανότητα αντιστάθμισης.
Με τη χρήση υπερ-αντιστάθμισης, το ρεύμα που διαρρέει το σημείο του σφάλματος είναι ενδεικτικό. Μετά την εξαφάνιση του τόξου, η ταχύτητα ανάκτησης της τάσης της σφαλματικής φάσης είναι πιο αργή, κάνοντας λιγότερο πιθανή την επανάφλεξη του τόξου.
Κατά την υπερ-αντιστάθμιση, μια μείωση της συχνότητας του συστήματος μόνον προσωρινά αυξάνει το βαθμό της υπερ-αντιστάθμισης, χωρίς να προκαλεί πρόβλημα κατά την κανονική λειτουργία. Αντίθετα, η υπο-αντιστάθμιση σε συνδυασμό με μειωμένη συχνότητα μπορεί να προσεγγίσει το σύστημα προς πλήρη αντιστάθμιση, προκαλώντας αύξηση της τάσης μετατόπισης του ουδέτερου.
Σύνοψη
Ο εδαφικός μετασχηματιστής λειτουργεί επίσης ως μετασχηματιστής επιστασιακής υπηρεσίας, μειώνοντας την τάση 35 kV σε 380 V χαμηλή τάση για την παροχή ρεύματος για τη φόρτιση μπαταριών, την ενέργεια των οπτικών SVG, την παροχή φωτισμού για συντήρηση και γενικά επιστασιακά επιπλέον φορτία.
Στα σύγχρονα συστήματα παραγωγής ρεύματος, οι καλωδιακές γραμμές αντικαθιστούν ευρέως τις αεροφωριτικές. Επειδή το μονοφασικό ρεύμα παρασιτικής ακτίνας των καλωδιακών γραμμών είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό των αεροφωριτικών, η εδάφιση μέσω της καταστροφής του τόξου συχνά αποτυγχάνει να εξαφανίσει το σφάλμα τόξου και να κατευθύνει τις επικίνδυνες υπερτάσεις συντονίας. Συνεπώς, η υποστασία μας χρησιμοποιεί ένα σύστημα χαμηλής αντίστασης εδάφισης. Αυτή η προσέγγιση είναι παρόμοια με τα συστήματα πλήρης εδάφισης και απαιτεί την εγκατάσταση προστασίας μονοφασικών εδαφικών σφαλμάτων που ενεργοποιούν τον αποσυρτήρα. Επί της εμφάνισης ενός μονοφασικού εδαφικού σφάλματος, η σφαλματική γραμμή απομονώνεται γρήγορα.
