Apakah perbezaan antara transformator grounding dan transformator konvensional?

Apakah Transformer Penyambungan?

Transformer penyambungan, yang disingkat sebagai "transformer penyambungan," boleh diklasifikasikan kepada jenis celup minyak dan kering mengikut medium pengisian; dan kepada transformer penyambungan tiga fasa dan satu fasa mengikut bilangan fasa.

Perbezaan Antara Transformer Penyambungan dan Transformer Konvensional

Tujuan transformer penyambungan adalah untuk mencipta titik neutral buatan bagi menyambungkan koil pemadam lengkung atau perintang apabila sistem disambung dalam konfigurasi delta (Δ) atau wye (Y) tanpa titik neutral yang boleh diakses. Transformer-transformer ini menggunakan sambungan lilitan zigzag (atau "Jenis-Z"). Perbezaan utama daripada transformer konvensional ialah setiap lilitan fasa dibahagikan kepada dua kumpulan yang dililit dalam arah yang berlawanan pada cawangan magnet yang sama. Reka bentuk ini membolehkan aliran fluks magnetik siri nol melalui cawangan-cawangan magnet, manakala dalam transformer konvensional, fluks siri nol bergerak sepanjang laluan kebocoran. 

Oleh itu, rintangan siri nol transformer penyambungan Jenis-Z sangat rendah (sekitar 10 Ω), sementara transformer konvensional jauh lebih tinggi. Mengikut peraturan teknikal, apabila menggunakan transformer konvensional untuk menyambungkan koil pemadam lengkung, kapasiti koil tidak boleh melebihi 20% kapasiti pengecam transformer. Sebaliknya, transformer Jenis-Z boleh membawa koil pemadam lengkung pada 90%–100% kapasiti sendiri. Selain itu, transformer penyambungan boleh menyediakan beban sekunder dan berfungsi sebagai transformer perkhidmatan stesen, dengan demikian menghemat kos pelaburan.

Prinsip Kerja Transformer Penyambungan

Transformer penyambungan mencipta titik neutral buatan dengan perintang penyambungan, yang biasanya mempunyai rintangan yang sangat rendah (umumnya diperlukan kurang dari 5 ohm). Selain itu, kerana ciri-ciri elektromagnetiknya, transformer penyambungan menunjukkan rintangan yang tinggi terhadap arus siri positif dan negatif, membenarkan hanya arus eksitasi yang kecil mengalir dalam lilitan. Pada setiap cawangan magnet, dua bahagian lilitan dililit dalam arah yang berlawanan. Apabila arus siri nol yang sama mengalir melalui lilitan-lilitan ini pada cawangan yang sama, mereka menunjukkan rintangan yang rendah, menghasilkan jatuh tegangan yang minimal. 

Semasa kesalahan tanah, lilitan membawa arus siri positif, negatif, dan nol. Lilitan menunjukkan rintangan yang tinggi terhadap arus siri positif dan negatif, tetapi rintangan yang rendah terhadap arus siri nol kerana, dalam fasa yang sama, kedua-dua lilitan disambung secara siri dengan polariti yang berlawanan—daya gerak elektromagnetik yang diinduksi sama besar tetapi berlawanan arah, dengan demikian saling meniadakan.

Banyak transformer penyambungan digunakan hanya untuk memberikan titik neutral dengan rintangan yang rendah dan tidak menyediakan beban sekunder; oleh itu, banyak direka tanpa lilitan sekunder. Semasa operasi grid normal, transformer penyambungan beroperasi hampir dalam keadaan tanpa beban. Namun, semasa kesalahan, ia hanya membawa arus kesalahan untuk tempoh yang singkat. Dalam sistem penyambungan rintangan rendah, apabila kesalahan tanah satu fasa berlaku, perlindungan siri nol yang sangat sensitif dengan cepat mengenal pasti dan mengasingkan sementara pengumpan yang bermasalah. 

Transformer penyambungan aktif hanya selama tempoh singkat antara berlakunya kesalahan dan operasi perlindungan siri nol pengumpan. Semasa tempoh ini, arus siri nol mengalir melalui perintang penyambungan neutral dan transformer penyambungan, mengikuti formula: IR = U / R₁, di mana U adalah voltan fasa sistem dan R₁ adalah rintangan penyambungan neutral.

Akibat Apabila Lengkung Kesalahan Tanah Tidak Boleh Dipadamkan dengan Betul

• Pemadam dan penyulitan semula lengkung kesalahan tanah satu fasa menghasilkan tegangan berlebihan kesalahan tanah dengan amplitud mencapai sehingga 4U (di mana U adalah voltan puncak fasa) atau lebih tinggi, berlangsung untuk tempoh yang panjang. Ini membawa ancaman serius kepada isolasi peralatan elektrik, mungkin menyebabkan pecah pada titik isolasi yang lemah dan mengakibatkan kerugian yang besar.

• Lengkung yang berterusan mengionisasikan udara sekitarnya, merosakkan sifat insulasinya dan meningkatkan kemungkinan hubungan pendek antara fasa.

• Tegangan berlebihan ferroresonan mungkin berlaku, mudah merosakkan transformer voltan dan penahan petir—mungkin bahkan menyebabkan ledakan penahan petir. Akibat-akibat ini membawa ancaman serius kepada integriti isolasi peralatan grid dan mengancam operasi selamat keseluruhan sistem tenaga.

Apakah Arus Siri Positif, Negatif, dan Nol?

• Arus siri negatif: Fasa A tertinggal Fasa B sebanyak 120°, Fasa B tertinggal Fasa C sebanyak 120°, dan Fasa C tertinggal Fasa A sebanyak 120°.

• Arus siri positif: Fasa A mendahului Fasa B sebanyak 120°, Fasa B mendahului Fasa C sebanyak 120°, dan Fasa C mendahului Fasa A sebanyak 120°.

• Arus siri nol: Semua tiga fasa (A, B, C) sefasa—tiada fasa yang mendahului atau tertinggal.

Semasa kesalahan hubungan pendek tiga fasa dan operasi normal, sistem mengandungi komponen siri positif sahaja.
Semasa kesalahan tanah satu fasa, sistem mengandungi komponen siri positif, negatif, dan nol.
Semasa kesalahan hubungan pendek dua fasa, sistem mengandungi komponen siri positif dan negatif.
Semasa kesalahan hubungan pendek dua fasa ke tanah, sistem mengandungi komponen siri positif, negatif, dan nol.

Ciri-ciri Operasi Transformer Penyambungan

Pengubah arus grounding beroperasi dalam keadaan tanpa beban semasa operasi grid normal dan mengalami beban berlebihan sementara semasa gangguan. Secara ringkas, fungsi pengubah arus grounding adalah untuk mencipta titik neutral buatan untuk menyambungkan resistor grounding. Semasa gangguan grounding, ia menunjukkan impedans tinggi terhadap arus urutan positif dan negatif tetapi impedans rendah terhadap arus urutan nol, memastikan operasi yang dapat dipercayai bagi perlindungan gangguan grounding.

Grounding Neutral melalui Sistem Koil Pemadam Busur

Apabila gangguan grounding fasa tunggal sementara berlaku di grid disebabkan oleh isolasi peralatan yang buruk, kerosakan luaran, kesalahan operator, tegangan dalaman yang berlebihan, atau sebab lain, arus gangguan grounding mengalir melalui koil pemadam busur sebagai arus induktif, yang berlawanan arah dengan arus kapasitif. Ini boleh mengurangkan arus di titik gangguan kepada nilai yang sangat kecil atau bahkan sifar, dengan demikian memadamkan busur dan menghapuskan bahaya yang berkaitan. Gangguan dibersihkan secara automatik tanpa merangsang perlindungan relai atau pengejan litar, meningkatkan kebolehpercayaan bekalan kuasa secara signifikan.

Tiga Mod Pengendalian Kompensasi

Terdapat tiga mod pengendalian kompensasi yang berbeza: under-kompensasi, penuh kompensasi, dan over-kompensasi.

• Under-kompensasi: Arus induktif selepas kompensasi kurang daripada arus kapasitif.

• Over-kompensasi: Arus induktif selepas kompensasi lebih besar daripada arus kapasitif.

• Penuh kompensasi: Arus induktif selepas kompensasi sama dengan arus kapasitif.

Mod Kompensasi Digunakan dalam Grounding Neutral melalui Sistem Koil Pemadam Busur

Dalam sistem dengan grounding neutral melalui koil pemadam busur, penuh kompensasi mesti dielakkan. Tanpa mengira magnitud voltan ketidakseimbangan sistem, penuh kompensasi boleh menyebabkan resonans siri, mengekspos koil pemadam busur kepada voltan yang sangat tinggi. Oleh itu, over-kompensasi atau under-kompensasi digunakan dalam amalan, dengan over-kompensasi menjadi mod yang paling sering digunakan.

Alasan Utama Menggunakan Over-Kompensasi

Dalam sistem under-kompensasi, voltan berlebihan yang tinggi boleh mudah berlaku semasa gangguan. Sebagai contoh, jika sebahagian laluan diputuskan disebabkan gangguan atau sebab lain, sistem under-kompensasi mungkin beralih ke arah penuh kompensasi, menyebabkan resonans siri dan menghasilkan voltan penempatan neutral yang sangat tinggi dan voltan berlebihan. Penempatan neutral yang besar dalam sistem under-kompensasi juga mengancam integriti isolasi—kekurangan ini tidak dapat dielakkan selagi under-kompensasi digunakan.

Semasa operasi normal sistem under-kompensasi dengan ketidakseimbangan tiga fasa yang signifikan, voltan ferroresonan berlebihan yang sangat tinggi mungkin berlaku. Fenomena ini timbul dari resonans feromagnetik antara koil pemadam busur under-kompensasi (di mana ωL > 1/(3ωC₀)) dan kapasitansi laluan (3C₀). Resonans ini tidak berlaku dengan over-kompensasi.

Sistem kuasa terus berkembang, dan kapasitansi grid ke tanah bertambah dengan sendirinya. Dengan over-kompensasi, koil pemadam busur yang asal dapat kekal dalam perkhidmatan untuk beberapa masa—walaupun akhirnya beralih ke arah under-kompensasi. Namun, jika sistem bermula dengan under-kompensasi, setiap penambahan segera memerlukan kapasiti kompensasi tambahan.

Dengan over-kompensasi, arus yang mengalir melalui titik gangguan adalah induktif. Selepas padaman busur, kadar pemulihan voltan fasa yang rosak lebih perlahan, menjadikan peluang pembakaran busur semula kurang mungkin.

Dalam over-kompensasi, penurunan frekuensi sistem hanya meningkatkan tahap over-kompensasi secara sementara, yang tidak menjadi masalah semasa operasi normal. Sebaliknya, under-kompensasi bersama dengan frekuensi yang berkurang mungkin membawa sistem hampir ke penuh kompensasi, menyebabkan voltan penempatan neutral meningkat.

Kesimpulan

Pengubah arus grounding juga berfungsi sebagai pengubah arus stesen, menurunkan voltan 35 kV kepada voltan rendah 380 V untuk menyediakan bekalan kuasa bagi pengisian bateri, kuasa kipas SVG, pencahayaan penyelenggaraan, dan beban bantu stesen umum.

Dalam grid kuasa moden, kabel secara luas menggantikan laluan udara. Kerana arus gangguan grounding kapasitif fasa tunggal laluan kabel jauh lebih besar daripada laluan udara, grounding neutral melalui koil pemadam busur sering gagal memadamkan busur gangguan dan menekan voltan berlebihan resonan yang berbahaya. Oleh itu, substasi kita mengambil pendekatan grounding neutral dengan rintangan rendah. Pendekatan ini serupa dengan sistem neutral yang di-ground solid dan memerlukan pemasangan perlindungan gangguan fasa tunggal yang beroperasi untuk melepaskan pemutus litar. Apabila gangguan grounding fasa tunggal berlaku, laluan yang rosak diberhentikan dengan cepat.