Mis on erinevused maandusvahetiku ja tavalise vahetiku vahel?

Mis on maandustransformator?

Maandustransformator, mida lühidalt nimetatakse "maandustransformatoriks", saab kategooriseerida nafta- ja õhukeskuste järgi; ja kolme- ja ühefaasi maandustransformatoriteks faaside arvu järgi.

Erinevused maandustransformatorite ja tavaliste transformatorite vahel

Maandustransformatori eesmärk on luua tehniline neutraalpunkt, et ühendada põrkega kaotamiskoil või vastus, kui süsteem on ühendatud nurgaga (Δ) või kolmnurgaga (Y) ilma ligipääsetava neutraalpunktaga. Sellised transformatorid kasutavad zigzag (või "Z-tüüpi") vedrupäringuid. Oluline erinevus tavalistest transformatoritest on see, et igat faasivadrupti jagatakse kaheks gruppiks, mis on päringutud vastupidises suunas sama magnetilise tuvi liigendil. See disain võimaldab nulljärjestiku magnetilise fluxi liikuda tuviluigendites, samas kui tavalistes transformatorites nulljärjestiku flux liigub lekkekanalites.

Seega on Z-tüübi maandustransformatori nulljärjestiku impedants väga madal (umbes 10 Ω), samas kui tavalise transformatori puhul on see palju kõrgem. Tehniliste reeglite kohaselt, kui kasutatakse tavalist transformatorit põrkega kaotamiskoiliga ühendamiseks, ei tohi koili võimsus ületada transformatori nimiajamõõdust 20%. Vastupidi, Z-tüübi transformator võib kannata põrkega kaotamiskoili, mis on tema enda võimsuse 90%–100%. Lisaks võivad maandustransformatorid tarnida sekundaarlaadi ja teenida statioonilaaditransformatorina, säästes nii investeeringuid.

Maandustransformatori tööpõhimõte

Maandustransformator loob tehniliselt neutraalpunkti maandusvastusega, mis tavaliselt on väga madal (tavaliselt nõutav on vähem kui 5 ohmi). Lisaks sellele, tõttu oma elektromagnetilistele omadustele, esitab maandustransformator positiiv- ja negatiivjärjestiku kuludele kõrge impedantsi, lubades ainult väikest jõustamiskulku vedrustes. Igal tuviluigendil on kaks vedruosad päringutud vastupidises suunas. Kui need vedrud kannavad sama luigendi peal võrdseid nulljärjestiku kulge, siis näitavad nad madalat impedantsi, mille tulemuseks on väike voltmide langus.

Põrkega sega korral kannavad vedrud positiiv-, negatiiv- ja nulljärjestiku kulge. Vedruste impedants positiiv- ja negatiivjärjestiku kulge suhtes on kõrge, kuid nulljärjestiku kulge suhtes madal, sest sama faasis olevad kaks vedruosad on ühendatud ridade poolest vastupidises polütsuses—nende indukseeritud elektromotorkulged on võrdsed, kuid vastupidises suunas, nii et need kantserdavad üksteist.

Paljud maandustransformatorid kasutatakse ainult madala vastusega neutraalpunkti andmiseks ning ei tarni mingit sekundaarlaadi; seega on paljud neist disainitud ilma sekundaarvedrusteta. Tavalisel võrgutöö ajal töötab maandustransformator peaaegu laadita olekus. Kuid põrkega sega korral kannab see lühikese aja jooksul segakulu. Madala vastusega maandussüsteemis, kui tekib ühefaasiline põrkega sega, identifitseerib ja ajutiselt isoleerib väga tundlik nulljärjestiku kaitse kiiresti vea linea.

Maandustransformator on aktiivne ainult lühikese perioodi, mis algab sega tekkest ja lõppeb linea nulljärjestiku kaitse toimimisega. Sel ajal voognevad nulljärjestiku kulud neutraalse maandusvastuse ja maandustransformatori kaudu, järgides valem: IR = U / R₁, kus U on süsteemi faasivool ja R₁ on neutraalse maanduse vastus.

Tagajärjed, kui põrkega kaotamiseks ei ole usaldusväärne viis

• Ühefaasilise põrkega sega põrkega kaotamise ja taaskäivitumise tulemusena tekivad põrkega kaotamispinge, mille amplituud võib ulatuda kuni 4U (kus U on maksimaalne faasivool) või isegi suurem, kestes pikka aega. See moodustab tõsise ohu elektriseadmete isolatsioonile, võimaldades segade tekke nõrgadel isolatsioonikohtadel ja põhjustades olulisi kahju.

• Pikaajaline põrk ioniseerib ümbritsevat õhkuvürri, halvendades selle isolatsiooniomadusi ja suurendades faasifaasi segade tõenäosust.

• Võivad esineda ferroresonantspinged, mis võivad kahjustada pingetransformatoreid ja surgesid—võimaldades isegi surgeside plahvatuse. Need tagajärjed moodustavad tõsise ohu võrgulaadite isolatsioonipärisusele ja ohustavad terve elektrisüsteemi ohutut tööd.

Mida on positiiv-, negatiiv- ja nulljärjestiku kulud?

• Negatiivjärjestiku kulud: Faas A jääb Faasi B järel 120°, Faas B jääb Faasi C järel 120° ja Faas C jääb Faasi A järel 120°.

• Positiivjärjestiku kulud: Faas A eelneb Faasi B-le 120°, Faas B eelneb Faasi C-le 120° ja Faas C eelneb Faasi A-le 120°.

• Nulljärjestiku kulud: kõik kolm faasi (A, B, C) on fazeeritud—üks faas ei eelne ega jää järelteinevatele.

Kolmefaasilise sega korral ja tavalisel tööperioodil sisaldab süsteem ainult positiivjärjestiku komponente.
Ühefaasilise põrkega sega korral sisaldab süsteem positiiv-, negatiiv- ja nulljärjestiku komponente.
Kaksifaasilise sega korral sisaldab süsteem positiiv- ja negatiivjärjestiku komponente.
Kaksifaasilise põrkega sega korral sisaldab süsteem positiiv-, negatiiv- ja nulljärjestiku komponente.

Maandustransformatori tööomadused

Maandamisega transformaator töötab tühikäigul normaalsetel võrgutingimustel ja kogeb veapuhul lühiajalist ülekoormust. Kokkuvõttes on maandamisega transformaatori funktsioon kunstliku neutraalpunkti loomine maandusrezistori ühendamiseks. Maahäires ilmneb see kui kõrge takistus positiiv- ja negatiivjärjestuse voolude suhtes, kuid madal takistus nulljärjestuse voolu suhtes, tagades nii usaldusväärse töö tootmaahäirekaitsele.

Neutraali maandamine kaarekustutusmooni süsteemide kaudu

Kui võrgus tekib ajutine ühefaasiline maahäire halva seadme isolatsiooni, välistega kahjustuste, operaatori vea, sisemise ülepinge või mõne muu põhjust tõttu, siis voolab maahäirevool läbi kaarekustutusmooni induktiivse vooluna, mis on suunaga vastassuunaline kapasitiivsele voolule. See võib vähendada voolu häirekohas väga väikeseks väärtuseks või isegi nulliks, samuti kustutada kaar ja eemaldada seotud oht. Häire kaob automaatselt ilma, et see aktiveeriks relee-kaitset või lülitaks välja automaatlüliti, parandades oluliselt toitekindlust.

Kolm kompenseerimisrežiimi

On kolm erinevat kompenseerimisrežiimi: alakompensatsioon, täiskompensatsioon ja ülekompensatsioon.

• Alakompensatsioon: Kompenseerimise järel on induktiivne vool väiksem kui kapasitiivne vool.

• Ülekompensatsioon: Kompenseerimise järel on induktiivne vool suurem kui kapasitiivne vool.

• Täiskompensatsioon: Kompenseerimise järel on induktiivne vool võrdne kapasitiivse vooluga.

Kaarekustutusmooni süsteemides kasutatav kompenseerimisrežiim

Süsteemides, kus neutraal on maandatud kaarekustutusmooni kaudu, tuleb vältida täiskompensatsiooni. Sõltumata süsteemi ebavõrdsuse pingest, võib täiskompensatsioon tekitada jadamoonetuse, mis seab kaarekustutusmooni ohtlikult kõrgetele pingeile. Seetõttu praktikas rakendatakse ülekompensatsiooni või alakompensatsiooni, kusjuures enimkasutatav on ülekompensatsioon.

Ülekompensatsiooni kasutamise peamised põhjused

Alakompensatsioonisüsteemides võivad häirete korral tekkida kõrged ülepinged. Näiteks kui osa liinidest on häire tõttu või mõnel muul põhjusel lahti lülitatud, võib alakompensatsioonisüsteem liikuda poole täiskompensatsiooni, põhjustades jadamoonetuse ning tõstes neutraalsihetuse pinget ja ülepinget väga kõrgeks. Suur neutraalsihetus alakompensatsioonisüsteemides ohustab ka isolatsiooni terviklikkust – see puudus on vältimatu niikaua kui kasutatakse alakompensatsiooni.

Normaalses töös toimiva alakompensatsioonisüsteemi korral, kui on oluline kolmefaasiline ebavõrdsus, võivad tekkida väga kõrged ferroresonantsete ülepinged. See nähtus tekib ferromagnetilise resonantsi tõttu alakompensatsioonis oleva kaarekustutusmooni (kus ωL > 1/(3ωC₀)) ja liini mahtuvuse (3C₀) vahel. Sellist resonantsi ei esine ülekompensatsiooni korral.

Energiasüsteemid laienevad pidevalt ja võrgu mahtuvus maa suhtes suureneb vastavalt. Ülekompensatsiooni korral saab varasema paigaldatud kaarekustutusmooni veel mõnda aega kasutada – isegi juhul, kui see lõpuks liigub poole alakompensatsiooni. Kui aga süsteem algab alakompensatsiooniga, siis igasugune laienemine nõuab kohe täiendavat kompenseerimisvõimsust.

Ülekompensatsiooni korral on vool, mis voolab läbi häirekoha, induktiivne. Pärast kaare kustumist on rikkunud faasi pinge taastumiskiirus aeglasem, mistõttu on kaare uuesti süttimine vähem tõenäoline.

Ülekompensatsiooni tingimustes viib sageduse vähenemine ainult ajutiselt ülekompensatsiooni astme suurenemiseni, mis normaalses töös probleemi ei teki. Vastupidi, alakompensatsioon koos sageduse vähenemisega võib viia süsteemi täiskompensatsiooni lähedale, põhjustades neutraalsihetuse pinge tõusu.

Kokkuvõte

Maandamisega transformaator töötab samuti ka kui jaama teenindustransformaator, alandades 35 kV pinge 380 V madalpingeks, et tarnida energiat aku laadimiseks, SVG ventilaatori toiteks, hooldusvalgustuseks ja üldisteks jaama abikojundite koormusteks.

Modernsetes võrkudes asendavad kabelid laialdaselt õhuliine. Kuna kaabliliinide ühefaasilise mahtuvusliku maahäirevool on palju suurem kui õhuliinidel, ei suuda kaarekustutusmoonide kaudu toimiv neutraalmaandus sageli häirekaart kustutada ega ohtlike resonantsete ülepingete arengut piisavalt pidurdada. Seetõttu kasutab meie jaam madalta takistusega neutraalmaanduse lahendust. See meetod sarnaneb kindlalt maandatud neutraalsüsteemidele ja nõuab ühefaasilise maahäire kaitset, mis toimib lüliti väljalülitamiseks. Ühefaasilise maahäire tekkimisel eraldatakse vigane toitejuht kiiresti.