Kakšne so razlike med zazemljevalnim transformatorjem in običajnim transformatorjem?

Kaj je zazemljevalni transformator?

Zazemljevalni transformator, ki se skrajša kot "zazemljevalni transformator", se lahko razdeli na mazni in suhe glede na izpolnjevalno sredstvo; in na trofazne in enofazne zazemljevalne transformatorje glede na število faz.

Razlika med zazemljevalnimi transformatorji in običajnimi transformatorji

Cilj zazemljevalnega transformatorja je ustvariti umetno neutralno točko za povezavo arčnega odpravljalnika ali upornika, ko je sistem povezan v delta (Δ) ali wye (Y) konfiguracijo brez dostopne neutralne točke. Takšni transformatorji uporabljajo črevesaste (ali "Z-tip") vezave navojev. Ključna razlika od običajnih transformatorjev je, da se vsak fazni navoj razdeli na dve skupini, ki sta ovitani v nasprotnih smerih na istem magnetnem stolu. Ta dizajn omogoča, da neničelni magnetni tok teče skozi magnetne stolpe, medtem ko v običajnih transformatorjih neničelni tok teče po iztekanjih.

Zato je neničelni upor Z-tipa zazemljevalnega transformatorja zelo nizki (okoli 10 Ω), medtem ko je pri običajnem transformatorju veliko višji. Po tehničnih predpisih, kadar se uporablja običajni transformator za povezavo arčnega odpravljalnika, kapaciteta odpravljalnika ne sme presegati 20 % imenovane kapacitete transformatorja. V nasprotju s tem lahko Z-tip transformator nosi arčni odpravljalnik v 90%–100% svoje lastne kapacitete. Poleg tega lahko zazemljevalni transformatorji oskrbujejo sekundarne obremenitve in delujejo kot stanici za servisne transformatorje, s tem pa varujejo investicijske stroške.

Delovanje zazemljevalnih transformatorjev

Zazemljevalni transformator umetno ustvari neutralno točko s zazemljitvenim upornikom, ki ima tipično zelo nizki upor (na splošno zahteva manj kot 5 ohmov). Poleg tega, zaradi njegovih elektromagnetnih značilnosti, zazemljevalni transformator predstavlja visoki upor pozitivnim in negativnim nizi, dovoljuje pa le majhen vzbušni tok, da teče v navojih. Na vsakem magnetnem stolu sta dva navojna odseka ovitana v nasprotnih smerih. Ko enaki neničelni toki tečejo skozi te navije na istem stolu, kažejo nizki upor, kar povzroča minimalno padec napetosti.

Ob zazemljitvi greške, navoji nosijo pozitivne, negativne in neničelne nize. Navoji predstavljajo visoki upor pozitivnim in negativnim nizom, nizki upor pa neničelnemu toku, ker v isti fazi sta dva navija povezana zaporedno z nasprotno polarnostjo—njuna inducirana elektromotorna sila je enaka po velikosti, ampak nasprotna po smeri, zato se izničita.

Veliko zazemljevalnih transformatorjev se uporablja samo za zagotavljanje zelo nizkotokove neutralne točke in ne oskrbuje nobenih sekundarnih obremenitev; zato so mnogi zasnovani brez sekundarnih navijev. Med normalno delovanjem omrežja zazemljevalni transformator deluje bistveno v stanju brez obremenitve. Vendar nosi greškovni tok le za kratko obdobje ob pojavu greške. V sistemu z nizkim zazemljitvenim uporom, ko pride do enofazne zazemljitve, hitro identificira in začasno izloči greškovni krmar zelo občutljivi neničelni zastopni sistem.

Zazemljevalni transformator je aktiven le za kratko obdobje med pojavom greške in delovanjem neničelnega zastopnega sistema krmarja. V tem času neničelni tok teče skozi neutralni zazemljitveni upornik in zazemljevalni transformator, sledi formuli: IR = U / R₁, kjer je U faze napetost sistema in R₁ neutralni zazemljitveni upor.

Posledice, če ni mogoče zanesljivo ugasiti zazemljitvenega luka

• Intermitentno ugašanje in ponovno zagnalje enofaznega zazemljitvenega luka generira luk-zazemljitvene previsoke napetosti z amplitudami, ki dosežejo do 4U (kjer je U vrhovna fazna napetost) ali celo več, traja pa dolgo. To predstavlja hudo grožnjo za izolacijo električne opreme, lahko pa povzroči propade na šibkih mestih izolacije in povzroči velike izgube.

• Trajno lukovanje jonizira okoliščno zrak, zmanjša njegove izolacijske lastnosti in poveča možnost faznih krakov.

• Lahko nastanejo ferorezonantne previsoke napetosti, ki lahko lahkoma poškodujejo napetostne transformatorje in preplinske zaščitne naprave—potencialno celo do eksplozij zaščitnih naprav. Te posledice hudo ogrožajo integriteto izolacije opreme omrežja in ogrožajo varno delovanje celotnega električnega sistema.

Kaj so pozitivni, negativni in neničelni nizi?

• Negativni niz: Faza A zapostavi Fazo B za 120°, Faza B zapostavi Fazo C za 120°, Faza C zapostavi Fazo A za 120°.

• Pozitivni niz: Faza A vodi Fazo B za 120°, Faza B vodi Fazo C za 120°, Faza C vodi Fazo A za 120°.

• Neničelni niz: Vse tri faze (A, B, C) so v fazi—nobena faza ne vodi ali zapostaja druge.

Med trofaznimi kraki in normalnim delovanjem sistem vsebuje le pozitivne komponente.
Med enofaznimi zazemljitvami sistem vsebuje pozitivne, negativne in neničelne komponente.
Med dvofaznimi kraki sistem vsebuje pozitivne in negativne komponente.
Med dvofaznimi zazemljitvami sistem vsebuje pozitivne, negativne in neničelne komponente.

Delovne značilnosti zazemljevalnih transformatorjev

Izolacijski transformator deluje brez optage med običajno delovanjem omrežja in doživi kratkoročno pretovršenje med odpadki. Skupaj povezano, funkcija izolacijskega transformatorja je umetno ustvariti neutralno točko za priključitev zazemlilnega upornika. Med fazi zazemljenja prikazuje visok upor za pozitivne in negativne sekvence tokov, a nizki upor za nulto sekvenco toka, s tem zagotavlja zanesljivo delovanje zaščite pred fazami zazemljenja.

Zazemljanje preko sistemov z iztiranjem lukov

Ko v omrežju pride do povremene enofazne napake zaradi slabe izolacije opreme, zunanje poškodbe, operaterske napake, notranjega previsokega napetosti ali katere koli druge vzroku, tok napake teče skozi cewek za iztiranje luka kot induktivni tok, ki gre v nasprotni smeri od kapacitivnega toka. To lahko zmanjša tok na mestu napake na zelo majhno vrednost ali celo na nič, s tem iztiri luk in odstrani povezane tveganja. Napaka se samodejno odpravi brez aktiviranja relejske zaščite ali preklopnika, kar znatno izboljša zanesljivost oskrbe z energijo.

Tri kompenzacijske načine delovanja

Obstaja tri različne kompenzacijske načine delovanja: podkompenzacija, popolna kompenzacija in prekompenzacija.

• Podkompenzacija: Induktivni tok po kompenzaciji je manjši od kapacitivnega toka.

• Prekompenzacija: Induktivni tok po kompenzaciji je večji od kapacitivnega toka.

• Popolna kompenzacija: Induktivni tok po kompenzaciji je enak kapacitivnemu toku.

Kompenzacijski način uporabljen pri zazemljanju preko sistemov z iztiranjem lukov

V sistemih z zazemljanjem preko cewkov za iztiranje lukov mora biti izogibanje popolni kompenzaciji. Ne glede na velikost neravnovesne napetosti sistema, popolna kompenzacija lahko povzroči serijno resonanco, s tem cewek za iztiranje lukov postane izpostavljen nevarno visokim napetostom. Zato se v praksi uporabljata prekompenzacija ali podkompenzacija, z prekompenzacijo kot najpogosteje uporabljano metodo.

Glavni razlogi za uporabo prekompenzacije

V sistemih z podkompenzacijo lahko med napakami lahko hitro nastanejo visoki previsoki napetosti. Na primer, če je zaradi napake ali drugega razloga odstranjena del linij, sistem z podkompenzacijo lahko preide v smer popolne kompenzacije, s tem povzroči serijno resonanco in zelo visoko premaknjeno neutralno napetost ter previsoko napetost. Veliko premikanje neutralne točke v sistemih z podkompenzacijo tudi ogroža integriteto izolacije – to je nedostatek, ki ga ni mogoče izogibati, dokler se uporablja podkompenzacija.

Med običajnim delovanjem sistema z podkompenzacijo z značilnim neravnovesjem treh faz, lahko nastanejo zelo visoki feromagnetni previsoki napetosti. Ta pojav je posledica feromagnetne resonance med podkompenziranim cewkom za iztiranje lukov (kjer je ωL > 1/(3ωC₀)) in kapacitivnostjo linije (3C₀). Take resonancne pojave ne nastanejo z prekompenzacijo.

Energetska sistemi se stalno širijo, zato se njihova kapacitivnost do zemlje ustrezo povečuje. Z prekompenzacijo lahko originalno nameščeni cewek za iztiranje lukov ostane v uporabi še nekaj časa – tudi če končno preide v podkompenzacijo. Vendar, če sistem začne z podkompenzacijo, vsako širitev takoj zahteva dodatno kompenzacijsko zmogljivost.

Z prekompenzacijo je tok, ki teče skozi mesto napake, induktiven. Po iztiranju luka je obnovitvena stopnja napetosti faze z napako počasnejša, s tem je manj verjetno, da se luk ponovno zazovi.

Pri prekompenzaciji le začasno poveča stopnjo prekompenzacije zmanjšanje frekvence sistema, kar ni problem med običajnim delovanjem. Nasprotno, podkompenzacija skupaj z zmanjšano frekvenco lahko sistem približa popolni kompenzaciji, s tem poveča premaknjeno neutralno napetost.

Povzetek

Izolacijski transformator deluje tudi kot stanici transformator, zniža napetost 35 kV na nizko napetost 380 V za oskrbo z energijo baterijskega nabiranja, SVG ventilatorja, vzdrževalnega razsvetljava in splošnih staničnih pomočnih optag.

V sodobnih energetskih omrežjih se kabli pogosto nadomeščajo z nadzemnimi linijami. Ker je enofazni kapacitivni tok zazemljenja kablove linije daleč večji od nadzemne linije, zazemljanje preko cewkov za iztiranje lukov pogosto ne more iztiriti luka napake in potlačiti nevarnih resonantnih previsokih napetosti. Zato naše postaje uporabljajo shemo z nizkokompenzacijskim zazemljanjem. Ta pristop je podoben trdno zazemljenim sistemom in zahteva namestitev enofazne zaščite pred zazemljenjem, ki deluje za preklop preklopnika. Ko pride do enofazne napake zazemljenja, je hrbtena vodilo hitro izolirano.