Што се разликува помеѓу трансформатор за земјање и конвенционален трансформатор

Што е трансформатор за земјување?

Трансформаторот за земјување, скратено „трансформатор за земјување“, може да се класифицира во масло-наполнет и сув според наполнителот; и во трифазен и једнофазен трансформатор за земјување според бројот на фази.

Разлика помеѓу трансформаторите за земјување и конвенционалните трансформатори

Целта на трансформаторот за земјување е да создаде вештачка неутрална точка за поврзување на котло-подолгач или резистор кога системот е поврзан во делта (Δ) или звезда (Y) конфигурација без пристапна неутрална точка. Таквите трансформатори користат зиг-заг (или „Z-типа“) поврзувања на обмотките. Клучната разлика од конвенционалните трансформатори е што секоја фазна обмотка е поделена на две групи намотани во противоположни насоки на истата магнетна стапа. Овој дизајн овозможува нултата последователноста магнетна индукција да протече низ стапите, додека во конвенционалните трансформатори, нултата последователноста индукција текува низ патеки на избегнување. 

Затоа, нултата последователноста импеданса на Z-типот трансформатор за земјување е многу ниска ( околу 10 Ω), додека тоа на конвенционалниот трансформатор е многу повисока. Според техничките регулации, кога се користи конвенционален трансформатор за поврзување на котло-подолгач, капацитетот на котлото не треба да надмине 20% од номиналниот капацитет на трансформаторот. На спротивно, Z-типот трансформатор може да носи котло-подолгач со 90%–100% од својот капацитет. Покрај тоа, трансформаторите за земјување можат да доставуваат вторични терени и да служат како станционски трансформатори, со што се штедат инвестиции.

Принцип на работа на трансформаторите за земјување

Трансформаторот за земјување вештачки создава неутрална точка со резистор за земјување, кој типично има многу ниска резистивност (воопшто потребно да биде помала од 5 ом). Покрај тоа, поради нејзините електромагнетни карактеристики, трансформаторот за земјување претставува висока импеданса на положителната и негативната последователноста на стројевите, дозволувајќи само мал избудувачки строј да текне низ обмотките. На секоја магнетна стапа, двата дела на обмотката се намотани во противоположни насоки. Кога еднакви нулти последователности на стројовите текнат низ овие обмотки на истата стапа, тие претставуваат ниска импеданса, што резултира со минимален пад на напон. 

При дефект на земјување, обмотките носат положителни, негативни и нулти последователности на стројовите. Обмотката претставува висока импеданса на положителните и негативните последователности на стројовите, но ниска импеданса на нултата последователноста на стројот, бидејќи, во истата фаза, двата делови на обмотката се поврзани во серија со противоположна поларитет—наведените електромотивни сили се еднакви по големина, но противоположни по насока, па затоа се анулираат една друга.

Многу трансформатори за земјување се користат само за да создадат ниска резистивна неутрална точка и не доставуваат вторични терени; затоа, многу се дизајнирани без вторична обмотка. Во нормална работа на мрежата, трансформаторот за земјување функционира основно во состојба без терени. Меѓутоа, при дефект, носи дефектен строј само за кратко време. Во систем со ниска резистивност на земјување, кога настанува дефект на една фаза, високо чувствителната нултата последователноста заштита брзо го идентификува и временски изолира дефектниот фидер. 

Трансформаторот за земјување е активен само во краткиот интервал помеѓу настанувањето на дефект и операцијата на нултата последователноста заштитата на фидерот. Во овој период, нултата последователноста на стројовите текнува низ неутралниот резистор за земјување и трансформаторот за земјување, според формулата: IR = U / R₁, каде U е фазниот напон на системот, а R₁ е резистивноста на неутралното земјување.

Последици кога дугата на земјување не може надежно да се угаси

• Прекинатост во угашувањето и поновното запалување на дугата на еднофазен дефект на земјување генерира прекоскокови на напон со амплитуда до 4U (каде U е врвниот фазен напон) или уште повисок, кои траат долги периоди. Ова предизвика сериозни опасности за изолацијата на електричната опрема, потенцијално причинувајќи пробоји на слаби точки на изолација и доведувајќи до значајни губитоци.

• Долго трчање на дугата ионизира околната воздух, јадење на неговите изолативни карактеристики и зголемува веројатноста за меѓуфазни кратки поврзувања.

• Може да се појават ферорезонантни прекоскокови, лесно површуваячи напонски трансформатори и заштитни реле—понекогаш чак до експлозии на заштитни реле. Овие последици сериозно опасуваат целоста на изолацијата на опремата на мрежата и загрозуваат сигурната работа на целосниот систем за енергија.

Што се положителни, негативни и нулти последователности на стројовите?

• Негативна последователност на стројовите: Фаза A ја закашни Фаза B за 120°, Фаза B ја закашни Фаза C за 120°, а Фаза C ја закашни Фаза A за 120°.

• Положителна последователност на стројовите: Фаза A ја предварува Фаза B за 120°, Фаза B ја предварува Фаза C за 120°, а Фаза C ја предварува Фаза A за 120°.

• Нултата последователност на стројовите: Сите три фази (A, B, C) се во фаза—нема фаза што предварува или закашни друга.

При трифазни дефекти на кратки поврзувања и нормална работа, системот содржи само положителни компоненти.
При еднофазни дефекти на земјување, системот содржи положителни, негативни и нулти компоненти.
При двофазни дефекти на кратки поврзувања, системот содржи положителни и негативни компоненти.
При двофазни дефекти на кратки поврзувања со земја, системот содржи положителни, негативни и нулти компоненти.

Оперативни карактеристики на трансформаторите за земјување

Трансформатор за земиње функционира под услови на празна оптеретеност во нормална операција на мрежата и испатува краткосрочни прекомерни оптеретувања при погрешки. Во краци, функцијата на трансформаторот за земиње е да создаде уметно нейтрална точка за поврзување со резистор за земиње. При погрешка на земиње, тој покажува висок импеданс на позитивните и негативните секвенци на стројеви, но ниски импеданс на нултата секвенца, што гарантира надежна работа на заштитата од погрешки на земиње.

Нейтрално земиње преку системи со спојници за гашење на дугови

Кога се случи преминателна једнофазна погрешка на земиње во мрежата поради лоша изолација на опремата, екстерна повреда, грешка на операторот, интерна пренатрага или било каква друга причина, стројот за погрешка на земиње протича низ спојникот за гашење на дугови како индуктивен строј, кој е противоположен на капацитивниот строј. Ова може да намали стројот во точката на погрешка до многу малу вредност или дури и до нула, со што се гаси дугот и се елиминира поврзаната опасност. Погрешката се исцедува автоматски без да се активира реле-заштита или прекинувач, значително подобрувајќи надежноста на снабдувањето со електрична енергија.

Три моди на компензација на работа

Постојат три различни моди на компензација на работа: недостиг на компензација, полна компензација и превишок на компензација.

• Недостиг на компензација: Индуктивниот строј по компензација е помал од капацитивниот строј.

• Превишок на компензација: Индуктивниот строј по компензација е поголем од капацитивниот строј.

• Полна компензација: Индуктивниот строј по компензација е еднаков на капацитивниот строј.

Мод на компензација користен во нейтрално земиње преку системи со спојници за гашење на дугови

Во системите со нейтрално земиње низ спојник за гашење на дугови, треба да се избегне полна компензација. Независно од големината на несбалансираната напонска мрежа, полната компензација може да предизвика серијско резонансно, што спојникот за гашење на дугови подложува на опасно високи напони. Затоа, на практика се применува превишок или недостиг на компензација, со превишок на компензација како најчесто користен мод.

Главни причини за примената на превишок на компензација

Во системите со недостиг на компензација, лесно може да се случат високи прекомерни напони при погрешки. На пример, ако дел од линиите се отсечат поради погрешка или друга причина, систем со недостиг на компензација може да се премести кон полна компензација, што предизвикува серијско резонансно и доведува до многу високи напони на преместување на нейтралитетот и прекомерни напони. Голем преместување на нейтралитетот во системите со недостиг на компензација исто така запризора целоста на изолацијата - недостаток кој не може да се избегне додека се користи недостиг на компензација.

Во нормална операција на систем со недостиг на компензација со значајна трофејна несбалансираност, може да се случат многу високи феромагнетни прекомерни напони. Овој феномен произлегува од феромагнетна резонанса помеѓу спојникот за гашење на дугови со недостиг на компензација (каде ωL > 1/(3ωC₀)) и капацитетот на линијата (3C₀). Таква резонанса не се случува со превишок на компензација.

Енергетските системи непрекинато се прошируваат, и капацитетот на мрежата кон земјата се зголемува соодветно. Со превишок на компензација, спојникот за гашење на дугови кој е веќе инсталиран може да остане во служба за неколку време - дури и ако на крај се премести кон недостиг на компензација. Меѓутоа, ако системот почнува со недостиг на компензација, секое проширување моментално бара дополнителна компензационна капацитет.

Со превишок на компензација, стројот кој протича низ точката на погрешка е индуктивен. Последе гашење на дугот, стапката на поправка на напонот на дефектната фаза е помала, што прави помалку веројатно повторно запалување на дугот.

Под превишок на компензација, намалувањето на фреквенцијата на системот само привремено го зголемува степенот на превишок на компензација, што не претставува проблем во нормална операција. Спротивно, недостиг на компензација заедно со намалена фреквенција може да доведе системот близу до полна компензација, што доведува до зголемен напон на преместување на нейтралитетот.

Заклучок

Трансформаторот за земиње исто така функционира како станционски трансформатор, намалувајќи напонот од 35 кВ до 380 В ниски напон за снабдување со енергија за пунење на батериите, SVG вентилатори, одржувачко осветлување и општи станционски помошни оптеретувања.

Во современите енергетски мрежи, кабелите широко заменуваат високовисоки линии. Бидејќи једнофазниот капацитивен строј на земиње на кабелските линии е многу поголем од он на високовисоките линии, нейтралното земиње преку спојници за гашење на дугови често не успева да угаси дугот на погрешка и да потисне опасните резонантни прекомерни напони. Затоа, нашата подстанција применува схема за нискорезистивно нейтрално земиње. Овој пристап е сличен на системите со тешко земени нейтралитети и бара инсталирање на заштита од једнофазна погрешка на земиње што работи за прекинување на прекинувачите. При настанување на једнофазна погрешка на земиње, дефектната жица брзо се изолира.