อะไรคือความแตกต่างระหว่างหม้อแปลงกราวด์และหม้อแปลงทั่วไป
ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินคืออะไร
ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดิน ซึ่งย่อว่า "ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดิน" สามารถจำแนกได้ตามสื่อที่ใช้บรรจุเป็นแบบจุ่มน้ำมันและแบบแห้ง และจำแนกตามจำนวนเฟสเป็นตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินแบบสามเฟสและแบบเดี่ยวเฟส
ความแตกต่างระหว่างตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินกับตัวแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดา
จุดประสงค์ของตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินคือการสร้างจุดกลางประดิษฐ์เพื่อเชื่อมต่อกับคอยล์ดับอาร์กหรือตัวต้านทานเมื่อระบบเชื่อมต่อในรูปแบบเดลต้า (Δ) หรือไวย์ (Y) โดยไม่มีจุดกลางที่เข้าถึงได้ ตัวแปลงดังกล่าวใช้การต่อขดลวดแบบซิกแซก (หรือเรียกว่า "แบบ Z") ความแตกต่างหลักจากตัวแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดาคือ ขดลวดแต่ละเฟสถูกแบ่งออกเป็นสองชุด ซึ่งพันในทิศทางตรงข้ามกันบนขาแกนแม่เหล็กเดียวกัน การออกแบบนี้ทำให้ฟลักซ์ลำดับศูนย์สามารถไหลผ่านขาแกนแม่เหล็กได้ ในขณะที่ในตัวแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดา ฟลักซ์ลำดับศูนย์จะเคลื่อนที่ตามเส้นทางรั่วไหล
ดังนั้น อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ของตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินแบบ Z จะต่ำมาก (ประมาณ 10 โอห์ม) ในขณะที่ของตัวแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดานั้นสูงกว่ามาก ตามข้อกำหนดทางเทคนิค เมื่อใช้ตัวแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดาในการเชื่อมต่อคอยล์ดับอาร์ก กำลังของคอยล์จะต้องไม่เกิน 20% ของกำลังไฟฟ้าเรทนิงของตัวแปลง ในทางตรงกันข้าม ตัวแปลงแบบ Z สามารถรองรับคอยล์ดับอาร์กได้ถึง 90–100% ของกำลังตนเอง นอกจากนี้ ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินยังสามารถจ่ายโหลดระดับรองและทำหน้าที่เป็นตัวแปลงสถานีบริการ จึงช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการลงทุน
หลักการทำงานของตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดิน
ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินสร้างจุดกลางสำหรับต่อพื้นดินโดยมีตัวต้านทานต่อพื้นดิน ซึ่งโดยทั่วไปมีค่าความต้านทานต่ำมาก (โดยทั่วไปต้องต่ำกว่า 5 โอห์ม) นอกจากนี้ เนื่องจากคุณสมบัติแม่เหล็ก-ไฟฟ้า ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินจะแสดงอิมพีแดนซ์สูงต่อกระแสลำดับบวกและลำดับลบ ทำให้มีเพียงกระแสเหนี่ยวนำขนาดเล็กเท่านั้นที่ไหลผ่านขดลวด ในแต่ละขาแกน ขดลวดสองส่วนจะพันในทิศทางตรงข้ามกัน เมื่อมีกระแสลำดับศูนย์เท่ากันไหลผ่านขดลวดทั้งสองบนขาเดียวกัน จะแสดงอิมพีแดนซ์ต่ำ ส่งผลให้แรงดันตกต่ำมาก
ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดจากการต่อพื้นดิน ขดลวดจะนำกระแสลำดับบวก ลำดับลบ และลำดับศูนย์ ขดลวดจะแสดงอิมพีแดนซ์สูงต่อกระแสลำดับบวกและลำดับลบ แต่แสดงอิมพีแดนซ์ต่ำต่อกระแสลำดับศูนย์ เพราะในเฟสเดียวกัน ขดลวดทั้งสองถูกต่อแบบอนุกรมโดยมีขั้วตรงข้ามกัน แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจะมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกัน จึงหักล้างกันเอง
ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินจำนวนมากใช้เพื่อจัดหาจุดกลางที่มีความต้านทานต่ำเท่านั้น และไม่ได้จ่ายโหลดระดับรองใดๆ ดังนั้น จึงมีการออกแบบจำนวนมากที่ไม่มีขดลวดระดับรอง ในช่วงการทำงานปกติของระบบไฟฟ้า ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินทำงานอยู่ในสภาพที่แทบไม่มีภาระ อย่างไรก็ตาม ในช่วงที่เกิดข้อผิดพลาด จะมีกระแสข้อผิดพลาดไหลผ่านเพียงช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น ในระบบที่ต่อพื้นดินด้วยความต้านทานต่ำ เมื่อเกิดข้อผิดพลาดจากการต่อพื้นดินเฟสเดียว ระบบป้องกันลำดับศูนย์ที่ไวมากจะตรวจพบและแยกสายที่ผิดพลาดออกไปชั่วคราว
ตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดินจะทำงานเฉพาะในช่วงเวลาสั้นๆ ระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาดและการทำงานของระบบป้องกันลำดับศูนย์ของสาย ในช่วงเวลานี้ กระแสลำดับศูนย์จะไหลผ่านตัวต้านทานต่อพื้นดินและตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดิน ตามสูตร: IR = U / R₁ โดยที่ U คือแรงดันเฟสของระบบ และ R₁ คือความต้านทานต่อพื้นดินที่จุดกลาง
ผลกระทบเมื่อไม่สามารถดับอาร์กต่อพื้นดินได้อย่างน่าเชื่อถือ
การดับและจุดติดใหม่ของอาร์กต่อพื้นดินเฟสเดียวอย่างไม่ต่อเนื่องจะสร้างแรงดันเกินจากการอาร์กต่อพื้นดินที่มีแอมพลิจูดสูงถึง 4U (โดยที่ U คือแรงดันเฟสสูงสุด) หรือสูงกว่านั้น และคงอยู่เป็นระยะเวลานาน ซึ่งเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้า อาจทำให้ฉนวนจุดอ่อนเกิดการทะลุและนำไปสู่ความสูญเสียอย่างมาก
การอาร์กที่ดำเนินต่อไปจะทำให้อากาศรอบๆ เกิดไอออน ลดคุณสมบัติการเป็นฉนวน และเพิ่มโอกาสของการเกิดวงจรลัดระหว่างเฟส
อาจเกิดแรงดันเกินจากเฟอร์โรเรโซแนนซ์ ซึ่งสามารถทำลายเครื่องแปลงแรงดันและตัวจับประจุไฟฟ้าได้ง่าย อาจทำให้ตัวจับประจุระเบิดได้ ผลกระทังกล่าวเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อความสมบูรณ์ของฉนวนอุปกรณ์ในระบบกริด และคุกคามความปลอดภัยในการดำเนินงานของระบบไฟฟ้าทั้งระบบ
กระแสลำดับบวก ลำดับลบ และลำดับศูนย์คืออะไร
กระแสลำดับลบ: เฟส A ตามหลังเฟส B 120°, เฟส B ตามหลังเฟส C 120°, และเฟส C ตามหลังเฟส A 120°
กระแสลำดับบวก: เฟส A นำหน้าเฟส B 120°, เฟส B นำหน้าเฟส C 120°, และเฟส C นำหน้าเฟส A 120°
กระแสลำดับศูนย์: ทั้งสามเฟส (A, B, C) มีเฟสเดียวกัน—ไม่มีเฟสใดนำหรือตามเฟสอื่น
ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดจากการลัดวงจรสามเฟสและในช่วงการทำงานปกติ ระบบจะมีเพียงส่วนประกอบลำดับบวกเท่านั้น
ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดจากการต่อพื้นดินเฟสเดียว ระบบจะมีส่วนประกอบลำดับบวก ลำดับลบ และลำดับศูนย์
ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดจากการลัดวงจรสองเฟส ระบบจะมีส่วนประกอบลำดับบวกและลำดับลบ
ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดจากการลัดวงจรสองเฟสต่อพื้นดิน ระบบจะมีส่วนประกอบลำดับบวก ลำดับลบ และลำดับศูนย์
ลักษณะการดำเนินงานของตัวแปลงไฟฟ้าต่อพื้นดิน
ทรานส์ฟอร์มเมอร์กราวนด์ทำงานภายใต้เงื่อนไขไม่มีโหลดระหว่างการดำเนินงานของระบบไฟฟ้าปกติและประสบกับภาระเกินระยะสั้นระหว่างเหตุขัดข้อง ในสรุป หน้าที่ของทรานส์ฟอร์มเมอร์กราวนด์คือการสร้างจุดกลางเทียมเพื่อเชื่อมต่อตัวต้านทานกราวนด์ ระหว่างเหตุขัดข้องทางกราวนด์ มันแสดงความต้านทานสูงต่อกระแสลำดับบวกและลบแต่แสดงความต้านทานต่ำต่อกระแสลำดับศูนย์ ทำให้การทำงานของระบบป้องกันเหตุขัดข้องทางกราวนด์เป็นไปได้อย่างเชื่อถือได้
การกราวนด์ผ่านระบบโค일ดับอาร์ค
เมื่อเกิดเหตุขัดข้องทางกราวนด์เฟสเดียวชั่วคราวในระบบเนื่องจากฉนวนอุปกรณ์ไม่ดี การเสียหายจากภายนอก ความผิดพลาดของผู้ปฏิบัติงาน แรงดันภายในสูงเกินไป หรือสาเหตุอื่น ๆ กระแสขัดข้องทางกราวนด์จะไหลผ่านโคイルดับอาร์คในฐานะกระแสเหนี่ยวนำซึ่งมีทิศทางตรงข้ามกับกระแสแบบประจุไฟฟ้า นี่สามารถลดกระแสถึงจุดขัดข้องลงเหลือค่าเล็กน้อยหรือแม้กระทั่งศูนย์ ทำให้อาร์คดับและกำจัดอันตรายที่เกี่ยวข้อง เหตุขัดข้องจะล้างโดยอัตโนมัติโดยไม่กระตุ้นการป้องกันรีเลย์หรือการขัดข้องวงจรเบรกเกอร์ ทำให้ความน่าเชื่อถือของการจ่ายไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก
โหมดการทำงานการชดเชยสามประเภท
มีโหมดการทำงานการชดเชยสามประเภท: ชดเชยไม่เพียงพอ ชดเชยเต็มที่ และชดเชยเกิน
ชดเชยไม่เพียงพอ: กระแสเหนี่ยวนำหลังจากการชดเชยน้อยกว่ากระแสแบบประจุไฟฟ้า
ชดเชยเกิน: กระแสเหนี่ยวนำหลังจากการชดเชยมากกว่ากระแสแบบประจุไฟฟ้า
ชดเชยเต็มที่: กระแสเหนี่ยวนำหลังจากการชดเชยเท่ากับกระแสแบบประจุไฟฟ้า
โหมดการชดเชยที่ใช้ในการกราวนด์ผ่านระบบโคイルดับอาร์ค
ในระบบที่มีการกราวนด์ผ่านโคイルดับอาร์ค ควรหลีกเลี่ยงการชดเชยเต็มที่ ไม่ว่าแรงดันไม่สมดุลของระบบจะมีขนาดเท่าใด การชดเชยเต็มที่อาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนอนุกรม ทำให้โคイルดับอาร์คเผชิญกับแรงดันสูงอย่างอันตราย ดังนั้น ในทางปฏิบัติจึงใช้การชดเชยเกินหรือชดเชยไม่เพียงพอ โดยการชดเชยเกินเป็นโหมดที่ใช้มากที่สุด
เหตุผลหลักในการใช้การชดเชยเกิน
ในระบบที่ชดเชยไม่เพียงพอ อาจเกิดแรงดันสูงเกินขึ้นได้ง่ายระหว่างเหตุขัดข้อง ตัวอย่างเช่น หากสายบางส่วนถูกตัดขาดเนื่องจากเหตุขัดข้องหรือเหตุอื่น ๆ ระบบที่ชดเชยไม่เพียงพออาจเปลี่ยนแปลงไปสู่การชดเชยเต็มที่ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนอนุกรมและทำให้แรงดันจุดกลางเคลื่อนที่สูงและแรงดันสูงเกิน แรงดันจุดกลางเคลื่อนที่สูงในระบบที่ชดเชยไม่เพียงพออาจคุกคามความสมบูรณ์ของฉนวน—ข้อเสียนี้ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ตราบใดที่ยังใช้การชดเชยไม่เพียงพอ
ระหว่างการดำเนินงานปกติของระบบที่ชดเชยไม่เพียงพอและมีความไม่สมดุลของเฟสสามอย่างมาก อาจเกิดแรงดันสูงเกินจากการสั่นสะเทือนเฟอร์โรแมกเนติค ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการสั่นสะเทือนระหว่างโคイルดับอาร์คที่ชดเชยไม่เพียงพอ (เมื่อ ωL > 1/(3ωC₀)) และความจุของสาย (3C₀) ปรากฏการณ์นี้ไม่เกิดขึ้นกับการชดเชยเกิน
ระบบไฟฟ้าขยายตัวอย่างต่อเนื่องและความจุของระบบต่อพื้นดินเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ด้วยการชดเชยเกิน โคイルดับอาร์คที่ติดตั้งไว้แล้วสามารถทำงานต่อไปได้สักระยะหนึ่ง แม้ว่าในที่สุดจะเปลี่ยนแปลงไปสู่การชดเชยไม่เพียงพอ อย่างไรก็ตาม ถ้าระบบเริ่มต้นด้วยการชดเชยไม่เพียงพอ การขยายตัวทันทีจะต้องการความจุการชดเชยเพิ่มเติม
ด้วยการชดเชยเกิน กระแสที่ไหลผ่านจุดขัดข้องเป็นกระแสเหนี่ยวนำ หลังจากการดับอาร์ค ความเร็วในการฟื้นฟูแรงดันเฟสที่ขัดข้องช้าลง ทำให้การกลับมาเกิดอาร์คน้อยลง
ภายใต้การชดเชยเกิน การลดลงของความถี่ของระบบเพียงแค่เพิ่มระดับการชดเชยเกินชั่วคราว ซึ่งไม่เป็นปัญหาในการดำเนินงานปกติ อย่างไรก็ตาม การชดเชยไม่เพียงพอร่วมกับความถี่ที่ลดลงอาจทำให้ระบบเข้าใกล้การชดเชยเต็มที่ ทำให้แรงดันจุดกลางเคลื่อนที่สูงขึ้น
สรุป
ทรานส์ฟอร์มเมอร์กราวนด์ยังมีหน้าที่เป็นทรานส์ฟอร์มเมอร์สถานี ลดแรงดันจาก 35 kV เป็นแรงดันต่ำ 380 V เพื่อจ่ายไฟสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ กำลังสำหรับพัดลม SVG แสงสว่างสำหรับการบำรุงรักษา และโหลดเสริมทั่วไปของสถานี
ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ สายเคเบิลแทนที่สายอากาศอย่างกว้างขวาง เนื่องจากกระแสขัดข้องทางกราวนด์เฟสเดียวของสายเคเบิลมีขนาดใหญ่กว่าสายอากาศ การกราวนด์ผ่านโคイルดับอาร์คบ่อยครั้งไม่สามารถดับอาร์คขัดข้องและยับยั้งแรงดันสูงเกินจากการสั่นสะเทือนที่อันตราย ดังนั้น สถานีของเราจึงใช้แผนการกราวน์จุดกลางด้วยความต้านทานต่ำ วิธีการนี้คล้ายกับระบบกราวน์จุดกลางที่แข็งแกร่งและต้องติดตั้งระบบป้องกันขัดข้องเฟสเดียวที่ทำงานเพื่อขัดข้องวงจรเบรกเกอร์ เมื่อเกิดเหตุขัดข้องทางกราวนด์เฟสเดียว สายที่ขัดข้องจะถูกแยกออกอย่างรวดเร็ว
