Koje su razlike između transformatora za zemljenje i konvencionalnog transformatora?

Šta je transformator za zemljanje?

Transformator za zemljanje, skraćeno "transformator za zemljanje," može se klasifikovati prema napunjući sredini kao uljani i suhi; i prema broju faza kao trofazni i jednofazni transformatori za zemljanje.

Razlika između transformatora za zemljanje i konvencionalnih transformatora

Cilj transformatora za zemljanje jeste stvaranje umetnog neutralnog tačke za povezivanje dugega koila ili otpornika kada sistem ima delto (Δ) ili zvezdasto (Y) podešenje bez pristupačne neutralne tačke. Takvi transformatori koriste zig-zag (ili "Z tip") vezane navojnice. Ključna razlika u odnosu na konvencionalne transformatore je ta što se svaki fazni navoj podeli u dve grupe namotane u suprotnim smerovima na istom magnetskom stubu. Ovaj dizajn omogućava da nulto-sekvencijski magnetni tok teče kroz magnetske stubove, dok u konvencionalnim transformatorima nulto-sekvencijski tok putuje duž puteva curenja. 

Stoga, nulto-sekvencijsko impedansa Z-tipa transformatora za zemljanje je vrlo niska (oko 10 Ω), dok je kod konvencionalnog transformatora mnogo veća. Prema tehničkim propisima, kada se koristi konvencionalni transformator za povezivanje dugega koila, kapacitet koila ne sme preći 20% kapaciteta transformatora. U suprotnosti, Z-tip transformator može nositi dugi koil na 90%–100% sopstvene kapaciteta. Takođe, transformatori za zemljanje mogu snabdevati sekundarne opterećenja i služiti kao stanici servisni transformatori, čime se štede investicioni troškovi.

Način rada transformatora za zemljanje

Transformator za zemljanje umetno stvara neutralnu tačku sa zemljajućim otpornikom, koji obično ima vrlo nisku otpornost (obično je potrebno da bude manja od 5 ohma). Takođe, zbog svojih elektromagnetskih karakteristika, transformator za zemljanje predstavlja visoku impedansu pozitivno- i negativno-sekvencijskim strujama, dozvoljavajući da tek mala pobudna struja teče kroz navojnice. Na svakom magnetskom stubu, dve sekcije navojnice namotavaju u suprotnim smerovima. Kada jednak nulto-sekvencijski tokove prođu kroz ove navojnice na istom stubu, one pokazuju nisku impedansu, rezultujući minimalnim padom napona. 

Tokom greške zemljanja, navojnice nose pozitivno-, negativno- i nulto-sekvencijske struje. Navojnice predstavljaju visoku impedansu pozitivno- i negativno-sekvencijskim strujama, ali nisku impedansu nulto-sekvencijskoj struji jer, unutar iste faze, dve sekcije navojnice su vezane u seriju sa suprotnim polarnošću—njihove indukovane elektromotivne sile su jednake po veličini, ali suprotne po smeru, tako da se anuliraju.

Mnogi transformatori za zemljanje koriste se isključivo za pružanje niskootporne neutralne tačke i ne snabdevaju nikakvo sekundarne opterećenje; stoga, mnogi su dizajnirani bez sekundarnog navojnice. Tokom normalne radnje mreže, transformator za zemljanje radi gotovo bez opterećenja. Međutim, tokom greške, nosi grešku struju samo kratko vreme. U sistemu sa niskim otpornim zemljanjem, kada dođe do jednofazne greške zemljanja, vrlo osetljiva nulto-sekvencijska zaštita brzo identifikuje i privremeno izoluje grešku feeder-a. 

Transformator za zemljanje aktiviran je samo tokom kratkog intervala između nastanka greške i radnje nulto-sekvencijske zaštite feeder-a. Tokom ovog vremena, nulto-sekvencijska struja teče kroz neutralni zemljajući otpornik i transformator za zemljanje, prema formuli: IR = U / R₁, gde je U fazonapons sistema, a R₁ neutralni zemljajući otpor.

Posledice kada se luka zemljanja ne može pouzdano ugasi

• Intermitentno gasenje i ponovno zapaljivanje jednofazne lukove zemljanja generiše prenapone luk-zemljanja sa amplitudama koje dostižu do 4U (gde je U vrhovni fazonapon) ili čak više, trajući duže vreme. To predstavlja ozbiljnu prijetnju izolaciji električne opreme, mogući slomovi na slabim tačkama izolacije i dovodeći do značajnih gubitaka.

• Održavanje lukovanja jonizuje okružni vazduh, degradirajući njegove izolacione osobine i povećavajući verovatnoću kratak spojeva između faza.

• Može doći do ferorezonantnih prenapona, lako oštećujući transformatore napona i ograničivače prenapona—potencijalno čak i eksplozije ograničivača. Ove posledice ozbiljno opasaju integritet izolacije opreme mreže i pretvoraju sigurnost celog sistema snabdjeve električnom energijom.

Šta su pozitivno-, negativno- i nulto-sekvencijske struje?

• Negativno-sekvencijska struja: Faza A zakasne za Fazom B za 120°, Faza B zakasne za Fazom C za 120°, a Faza C zakasne za Fazom A za 120°.

• Pozitivno-sekvencijska struja: Faza A prethodi Fazi B za 120°, Faza B prethodi Fazi C za 120°, a Faza C prethodi Fazi A za 120°.

• Nulto-sekvencijska struja: Sve tri faze (A, B, C) su u fazi—nijedna faza ne prethodi ili ne zakasne drugu.

Tokom trofaznih grešaka kratak spoja i normalne operacije, sistem sadrži samo pozitivno-sekvencijske komponente.
Tokom jednofaznih grešaka zemljanja, sistem sadrži pozitivno-, negativno- i nulto-sekvencijske komponente.
Tokom dvofaznih grešaka kratak spoja, sistem sadrži pozitivno- i negativno-sekvencijske komponente.
Tokom dvofaznih grešaka kratak spoja sa zemljanjem, sistem sadrži pozitivno-, negativno- i nulto-sekvencijske komponente.

Operativne karakteristike transformatora za zemljanje

Trafosna transformator rada bez opterećenja tokom normalne operacije mreže i ispušta kratkotrajno preopterećenje tokom grešaka. Sažeto rečeno, funkcija zemljujućeg transformatora jeste umetničko stvaranje neutralne tačke za povezivanje zemljajućeg otpornika. Tijekom zemljajuće greške, pokazuje visok impedans na pozitivne i negativne sekvence struja, ali niski impedans na nultu sekvencu struje, što osigurava pouzdan rad zemljajuće zaštite.

Neutralno zemljenje kroz sisteme potiska luka

Kada dođe do privremene jednofazne zemljajuće greške u mreži zbog loše izolacije opreme, vanjskog oštećenja, greške operatera, unutrašnjeg prenapona ili bilo koje druge uzroke, struja zemljajuće greške protiče kroz cević za potisk luka kao induktivna struja, koja je suprotnog smera kapacitivnoj struji. To može smanjiti struju u tački greške na vrlo malu vrednost ili čak na nulu, time gašenjem luke i eliminisanjem povezanih opasnosti. Greška se automatski otklanja bez aktiviranja relejnog zaštite ili prekidanja prekidača, znatno poboljšavajući pouzdanost snabdevanja električnom energijom.

Tri kompenzacije načina rada

Postoji tri različita kompenzacije načela rada: podkompenzacija, potpuna kompenzacija i prekompenzacija.

• Podkompenzacija: Induktivna struja nakon kompenzacije manja je od kapacitivne struje.

• Prekompenzacija: Induktivna struja nakon kompenzacije veća je od kapacitivne struje.

• Potpuna kompenzacija: Induktivna struja nakon kompenzacije jednaka je kapacitivnoj struji.

Kompenzacije način rada korišćen u neutralnom zemljenju kroz sisteme potiska luka

U sistemima sa neutralnim zemljenjem kroz cević za potisk luka, potpuna kompenzacija mora se izbegavati. Bez obzira na veličinu nesaglasnosti napona sistema, potpuna kompenzacija može dovesti do serije rezonancija, izlagajući cević za potisk luka opasno visokim napona. Stoga, u praksi se koristi prekompenzacija ili podkompenzacija, gde je prekompenzacija najčešće korišćeni način.

Glavni razlozi za usvajanje prekompenzacije

U sistemima sa podkompenzacijom, tokom grešaka lako mogu nastati visoki prenaponi. Na primer, ako se deo linija odvoji zbog greške ili drugih razloga, sistem sa podkompenzacijom može se približiti potpunosti kompenzacije, dovodeći do serije rezonancija i rezultujući vrlo visokim neutralnim pomakom napona i prenaponima. Veliki neutralni pomak u sistemima sa podkompenzacijom takođe prijeti integritetu izolacije - nedostatak koji ne može se izbeći dok se koristi podkompenzacija.

Tokom normalne operacije sistema sa podkompenzacijom sa značajnom nesaglasnošću tri faze, mogu nastati vrlo visoki feromagnetski prenaponi. Ovaj fenomen nastaje iz feromagnetske rezonancije između podkompenziranog cevića za potisk luka (gde je ωL > 1/(3ωC₀)) i kapacitivnosti linije (3C₀). Takva rezonancija ne nastaje sa prekompenzacijom.

Sistemi snabdevanja električnom energijom neprekidno se šire, a kapacitivnost mreže prema zemlji se s tim povećava. Sa prekompenzacijom, originalno instalirani cević za potisk luka može ostati u upotrebi duže vreme - čak i ako se eventualno približi podkompenzaciji. Međutim, ako sistem počinje sa podkompenzacijom, svako proširenje odmah zahteva dodatnu kompenzaciju kapaciteta.

Sa prekompenzacijom, struja koja protiče kroz tačku greške je induktivna. Nakon ugasevanja luke, brzina oporavka napona povredjene faze je sporija, čime se smanjuje verovatnoća ponovnog zapaljenja luke.

Pod prekompenzacijom, smanjenje frekvencije sistema samo privremeno povećava stepen prekompenzacije, što nije problem tokom normalne operacije. S druge strane, podkompenzacija kombinovana sa smanjenom frekvencijom može približiti sistem potpunosti kompenzacije, dovodeći do povećanja neutralnog pomaka napona.

Sažetak

Zemljujući transformator takođe funkcioniše kao stanica servisni transformator, snižavajući napon od 35 kV na niski napon od 380 V kako bi snabdjevao strujom za punjenje baterija, SVG ventilatorsku struju, održavanje svetla i opšte stanice pomoćne opterećenja.

U modernim elektroenergetskim mrežama, kablove sve više zamjenjuju površinske linije. Budući da je jednofazna kapacitivna zemljajuća struja kablove mnogo veća od one površinskih linija, neutralno zemljenje kroz ceviće za potisk luka često ne može ugasiti grešku luku i suzbijati opasne rezonantne prenapone. Stoga, naša postaja usvaja shemu zemljenja sa niskim otpornikom. Ovaj pristup je sličan solidno zemljenim neutralnim sistemima i zahteva instalaciju jednofazne zemljajuće zaštite koja radi prekidanjem prekidača. Kada dođe do jednofazne zemljajuće greške, povredjena feeder se brzo izoluje.