מה הם ההבדלים בין טרנס גרונדינג לבין טרנס קונבנציונלי?

מהו טרנספורמטור ארק?

טרנספורמטור ארק, המוכר גם בשם "טרנספורמטור ארק," ניתן לשיוך לסוגים שונים בהתאם למילוי: נוזלי או יבש; וכן לפי מספר הפאזה: תלת-פאזי או חד-פאזי.

הבדלים בין טרנספורמטורי ארק לבין טרנספורמטורים קונבנציונליים

מטרת טרנספורמטור הארק היא ליצור נקודה נייטרלית מלאכותית עבור חיבור סליל דיכוי קשת או נגד כאשר המערכת מחוברת בצורה טריאנגולרית (Δ) או כוכבית (Y) ללא גישה לנקודה נייטרלית. טרנספורמטורים אלו משתמשים בקשרי סלילים בצורת זיגזג (או "Z-טיפוס"). ההבדל העיקרי מטרנספורמטורים קונבנציונליים הוא שכל סליל פאזה מתפצל לשני קבוצות שמתפתלות בכיוונים מנוגדים על אותו גזע מגנטי. תכנון זה מאפשר לזרם מגנטי מסדר אפס לזרום בגזעי המגנט, בעוד שבטרנספורמטורים קונבנציונליים, הזרם המגנטי מסדר אפס עובר דרך נתיבי שטף צדדיים. 

לכן, התנגדות מסדר אפס של טרנספורמטור ארק מסוג Z היא מאוד נמוכה (כ-10 אוהמים), בעוד שתנגדות מסדר אפס של טרנספורמטור קונבנציונלי גבוהה בהרבה. לפי התקנים טכניים, כאשר משתמשים בטרנספורמטור קונבנציונלי לחיבור סליל דיכוי קשת,קיבולת הסליל לא יכולה לעלות על 20% מהקיבולת המירבית של הטרנספורמטור. לעומת זאת, טרנספורמטור מסוג Z יכול לשאת סליל דיכוי קשת עד 90%-100% מקיבולו המירבי. בנוסף, טרנספורמטורי ארק יכולים לספק עומס משני ולבוא כטרנספורמטורי שירות תחנה, ובכך לחסוך בעלות השקעה.

עקרון פעולה של טרנספורמטורי ארק

טרנספורמטור ארק יוצר מלאכותית נקודה נייטרלית עם נגד ארק, שמתאפיין בדרך כלל בתנגדות נמוכה מאוד (בדרך כלל נדרשת להיות פחות מ-5 אוהמים). בנוסף, בשל מאפייניו האלקטרומגנטיים, הטרנספורמטור מציג התנגדות גבוהה לזרמי מסדר חיובי ושלילי, ומאפשר רק זרם עידוד קטן לזרום בסלילים. על כל גזע מגנטי, שתי קטעי הסליל מתפתלים בכיוונים מנוגדים. כשהזרמים מסדר אפס שווים זורמים דרך הסלילים על אותו גזע, הם מציגים התנגדות נמוכה, מה שגורם להפחתת מתח קטנה. 

בזמן תקלה בארק, הסלילים נושאים זרמים מסדר חיובי, שלילי ואפס. הסליל מציג התנגדות גבוהה לזרמי מסדר חיובי ושלילי, אך התנגדות נמוכה לזרם מסדר אפס כי בתוך אותה פאזה, שני הסלילים מחוברים בטור עם קיטובים מנוגדים - המתחים המושרה שלהם שווים בגודלם אבל מנוגדים בכיוון, כך שהם מבטלים אחד את השני.

רבים מהטרנספורמטורים לשימור ארק משמשים רק כדי לספק נקודה נייטרלית בתנגדות נמוכה ולא מספקים עומס משני; לכן, רבים מתוכננים ללא סליל משני. במהלך פעילות רגילה של הרשת, הטרנספורמטור עובד בעיקר במצב ללא עומס. עם זאת, בזמן תקלה, הוא נושא זרם תקלה למשך זמן קצר בלבד. במערכת מרובדת בתנגדות נמוכה, כאשר מתרחשת תקלה בארק חד-פאזית, הגנה מסדר אפס רגישה מאוד מזהה ומבודדת זמנית את הקופסן המתקלקל. 

הטרנספורמטור פעיל רק במהלך המרווח הקצר בין התרחשות התקלה לתפעול הגנה מסדר אפס של הקופסן. במהלך זמן זה, זרם מסדר אפס זורם דרך הנגד הניטרלי והטרנספורמטור, בהתאם לנוסחה: I R = U / R₁, כאשר U הוא מתח הפאזה של המערכת ו-R₁ הוא ההתנגדות הניטרלית.

השלכות כאשר קשת הארק לא יכולה להכבות באופן надёжный

• כיבוי המתחלף והדלקת מחדש של קשת הארק חד-פאזית מייצרים מתחים גבוהים של קשת-ארק עם עוצמות שמגיעות עד 4U (כאשר U הוא מתח השיא של הפאזה) או אפילו גבוה יותר, לאורך תקופות ארוכות. מצב זה מהווה איום חמור על מבודדי הציוד החשמלי, עשוי לגרום להתפרקות במבודדים חלשים ולגרום לאבדות משמעותיות.

• הארכות הקשת מייצרת יונייזציה של האוויר הסובב, מפחיתה את תכונות המבודק שלו ומרביחה את הסיכוי לקצר בין פאזה לפאזה.

• עלולים להיווצר מתחים גבוהים פרא-רזוננטיים, которые легко повреждают трансформаторы напряжения и ограничители перенапряжения, что может привести к взрыву ограничителя. Эти последствия серьезно угрожают целостности изоляции оборудования сети и безопасной работе всей системы электроснабжения.

מה הם זרמים מסדר חיובי, שלילי ואפס?

• זרם מסדר שלילי: פאזה A מאוחרת ב-120° מפאזה B, פאזה B מאוחרת ב-120° מפאזה C, ופאזה C מאוחרת ב-120° מפאזה A.

• זרם מסדר חיובי: פאזה A מובילה את פאזה B ב-120°, פאזה B מובילה את פאזה C ב-120°, ופאזה C מובילה את פאזה A ב-120°.

• זרם מסדר אפס: כל שלושת הפאזות (A, B, C) נמצאות בפאזה אחת - אין פאזה המובילה או מאוחרת אחרונה.

במהלך תקלות קצר-مدار תלת-פאזי ופעילות רגילה, המערכת מכילה רק מרכיבים מסדר חיובי.
במהלך תקלות ארק חד-פאזיות, המערכת מכילה מרכיבים מסדר חיובי, שלילי ואפס.
במהלך תקלות קצר-مدار דו-פאזי, המערכת מכילה מרכיבים מסדר חיובי ושלילי.
במהלך תקלות קצר-مدار דו-פאזי לאדמה, המערכת מכילה מרכיבים מסדר חיובי, שלילי ואפס.

מאפייני פעולה של טרנספורמטורי ארק

הטרנס החשמלי פועל בתנאי חסרון עומס במהלך הפעילות הנורמלית של הרשת ועובר עליה קצרת-טווח במהלך תקלות. לסיכום, תפקיד הטרנס החשמלי הוא ליצור נקודה ניטרלית מלאכותית לקישור ריסת קרקעית. במהלך תקלה בקרקע, הוא מציג עמידות גבוהה להזרמים סדרתיים חיוביים ושליליים אך עמידות נמוכה להזרם סדרתי אפסי, תוך שמירה על פעולת הגנה מתקלות קרקע מהימנה.

כיבוי קרקעית באמצעות מערכות שפיכת קשת

כאשר מתרחשת תקלה זמנית של גוף יחיד בקרקע בשל בידוד יוזמה לקוי, נזק חיצוני, טעות מפעיל, מתח יתר פנימי או כל סיבה אחרת, הזרם של התקלה בקרקע זורם דרך שפיכת הקשת כזרם השראתי, הפוך בכיוון לזרם קONDENSAȚIE. זה יכול להפחית את הזרם במקום התקלה לערך מאוד קטן או אפילו לאפס, ובכך לכבות את הקשת ולהיפטר מהסכנות הקשורות אליה. התקלה מתנקה באופן אוטומטי מבלי להפעיל הגנה רליאנטית או ניתוק מעגל, מה שמשפר משמעותית את אמינות האספקה החשמלית.

שלושה מצבים מרביים של פיקוח

קיימים שלושה מצבים שונים של פיקוח: פיקוח חסר, פיקוח מלא ופיקוח יתר.

• פיקוח חסר: הזרם ההשראתי לאחר הפיקוח קטן מהזרם הקONDENSAȚIE.

• פיקוח יתר: הזרם ההשראתי לאחר הפיקוח גדול מהזרם הקONDENSAȚIE.

• פיקוח מלא: הזרם ההשראתי לאחר הפיקוח שווה לזרם הקONDENSAȚIE.

מצב פיקוח בשימוש בקרקעית באמצעות מערכות שפיכת קשת

במערכות עם קרקעית באמצעות שפיכת קשת, יש להימנע ממצב פיקוח מלא. ללא קשר לגודל המתח האי-סימטרי של המערכת, מצב פיקוח מלא יכול לגרום לתנודות רצוננסיות, שמענות את שפיכת הקשת למתחים מסוכנים מאוד. לכן, במישרין משתמשים בפיקוח יתר או חסר, כאשר פיקוח יתר הוא המצב הנפוץ ביותר.

סיבות עיקריות לשימוש בפיקוח יתר

במערכות עם פיקוח חסר, ניתן בקלות להיווצרות מתחים גבוהים מאוד במהלך תקלות. למשל, אם חלק מהקווים מתנתקים עקב תקלה או סיבה אחרת, מערכת עם פיקוח חסר יכולה להתקרב למצב פיקוח מלא, מה שגורם לתנודות רצוננסיות וכתוצאה מכך למתח ניטרלי גבוה מאוד ומתח גבוה. העתק ניטרלי גדול במערכות עם פיקוח חסר גם מאיים על שלמות הבידוד - חיסרון שלא ניתן להימנע ממנו כל עוד משתמשים בפיקוח חסר.

במהלך פעילות נורמלית של מערכת עם פיקוח חסר עם אי-איזון של שלושה גופים משמעותי, יכולים להיווצר מתחים גבוהים מאוד של רזוננס פרומגנטי. תופעה זו נובעת מרצוננס פרומגנטי בין שפיכת הקשת עם פיקוח חסר (שבו ωL > 1/(3ωC₀)) לבין קONDENSAȚIE הקו (3C₀). רזוננס כזה אינו קורה עם פיקוח יתר.

מערכות חשמל מתרחבות בהתמדה, והקONDENSAȚIE של הרשת לקרקע גדלה בהתאם. עם פיקוח יתר, שפיכת הקשת המותקנת בהתחלה יכולה להישאר בשירות למשך זמן מסוים - גם אם בסופו של דבר היא מתקרבת למצב פיקוח חסר. לעומת זאת, אם המערכת מתחילה עם פיקוח חסר, כל הרחבת המערכת דורשת מיידית תוספת יכולת פיקוח.

עם פיקוח יתר, הזרם הזורם במקום התקלה הוא השראתי. לאחר כיבוי הקשת, קצב השחזור של מתח הגוף התקלקל איטי יותר, מה שהופך את הרגיעת הקשת פחות סבירה.

בפיקוח יתר, ירידה בתדירות המערכת מגבירה באופן זמני את דרגת הפיקוח היתר, מה שאינו מהווה בעיה במהלך פעילות נורמלית. לעומת זאת, פיקוח חסר בתוספת תדר נמוך עשוי להביא את המערכת קרוב למצב פיקוח מלא, מה שגורם להגדלת מתח הניטרלי.

סיכום

הטרנס החשמלי מתפקד גם כטרנס תחנת שירות, מוריד מתח של 35 kV למתח נמוך של 380 V כדי לספק אנרגיה לטעינת סוללות, מנועי SVG, תאורה תחזוקה ואגרגטים עזר כלליים בתחנה.

ברשתות חשמל מודרניות, כבלים מחליפים בהדרגה קווי אוויר. מכיוון שהזרם הקONDENSAȚIE של תקלות גוף יחיד של קווי כבלים הרבה יותר גדול מאשר של קווי אוויר, קרקעית באמצעות שפיכת קשת לעיתים קרובות נכשלת בכיבוי הקשת ובלכידת מתחים רצוננסיים מסוכנים. לכן, בתחנתנו מאמצים את הסכמת הקרקעית הנמוכה. גישה זו דומה למערכות עם קרקעית מוצקה ודורשת התקנת הגנה מתקלות גוף יחיד שמבצעת ניתוק מעגל. במקרה של תקלה בגוף יחיד, המוביל התקלקל מנותק במהירות.