Bir grounding transformator ile geleneksel bir transformator arasındaki farklar nelerdir?
Yerleşim Trafo Nedir?
Yerleşim trafo, doldurma ortamına göre yağlı ve kuru türlerine; faz sayısına göre ise üç fazlı ve tek fazlı yerleşim transformatörlerine ayrılabilir.
Yerleşim Transformatörleri ile Geleneksel Transformatörler Arasındaki Fark
Yerleşim tranformatörünün amacı, sistem üçgen (Δ) veya yıldız (Y) yapıda bağlanırken erişilebilir bir nötr nokta olmaması durumunda, yay söndürme bobini veya direnç bağlantısı için yapay bir nötr nokta oluşturmaktır. Bu tür transformatörler zigzag (veya "Z-tipi") sarım bağlantılarını kullanır. Geleneksel transformatörlerden temel fark, her faz sarımı aynı manyetik çekirdek kolunda zıt yönlere sarılmış iki gruba bölünmesidir. Bu tasarım, sıfır-sekans manyetik akımın çekirdek kollarından geçmesine olanak tanır, geleneksel transformatörlerde ise sıfır-sekans akım sızıntı yolları boyunca ilerler.
Bu nedenle, Z-tipi yerleşim transformatörünün sıfır-sekans empedansı çok düşük (yaklaşık 10 Ω), geleneksel bir transformatörün sıfır-sekans empedansı ise çok daha yüksektir. Teknik kurallara göre, yay söndürme bobiniyi bir geleneksel transformatörle bağlamak durumunda, bobinin kapasitesi transformatörün nominal kapasitesinin %20'sini aşmamalıdır. Buna karşılık, Z-tipi bir transformatör, kendi kapasitesinin %90-100'ünü taşıyabilen bir yay söndürme bobini taşıyabilir. Ayrıca, yerleşim transformatörleri ikincil yükleri sağlayabilir ve istasyon hizmeti transformatörü olarak kullanılabilir, bu da yatırım maliyetlerini azaltır.
Yerleşim Transformatörlerinin Çalışma Prensibi
Yerleşim transformatörü, genellikle çok düşük bir direnç (genellikle 5 ohm'dan daha düşük olması gerektiği belirtilir) olan bir yerleşme direnci ile yapay bir nötr nokta oluşturur. Ayrıca, elektromanyetik özelliklerinden dolayı, yerleşim transformatörü pozitif ve negatif sekans akımlarına yüksek empedans gösterir, sadece küçük bir teşvik akımının sarımlarda aktarılmasına izin verir. Her çekirdek kolu üzerinde, iki sarım bölümü zıt yönlere sarılır. Aynı koldaki bu sarmalar üzerinden eşit sıfır-sekans akımları aktarılırken, düşük empedans göstererek minimal gerilim düşümü meydana gelir.
Bir yerleşme hatası sırasında, sarmalar pozitif, negatif ve sıfır-sekans akımlarını taşır. Sarım, pozitif ve negatif sekans akımlarına yüksek empedans, ancak sıfır-sekans akımına düşük empedans gösterir, çünkü aynı fazda, iki sarma zıt polarite ile seri bağlıdır—indüklenen elektromanyetik kuvvetler büyüklükte eşit ancak yönünde zıt olduğundan, birbirini iptal ederler.
Birçok yerleşim transformatörü, sadece düşük dirençli bir nötr nokta sağlamak için kullanılır ve hiçbir ikincil yük sağlamaz; bu nedenle birçok tasarımda ikincil sarma bulunmaz. Normal şebeke işlemi sırasında, yerleşim transformatörü esas olarak boş yük durumunda çalışır. Ancak, bir hata sırasında kısa bir süreliğine hata akımını taşır. Düşük dirençli yerleştirilmiş bir sistemde, tek fazlı yerleşme hatası oluştuğunda, çok hassas sıfır-sekans koruması hatalı besleyiciyi hızlı bir şekilde tespit eder ve geçici olarak izole eder.
Yerleşme transformatörü, hata oluşmasından besleyicinin sıfır-sekans korumasının işlemesine kadar kısa bir süre zarfında etkindir. Bu süre içinde, sıfır-sekans akımı nötr yerleşme direnci ve yerleşim transformatörü aracılığıyla aktarılır, formül: IR = U / R₁, burada U sistem faz gerilimi ve R₁ nötr yerleşme direncidir.
Yerleşme Yayının Güvenilir Olarak Söndürülememesi Durumunda Oluşan Sonuçlar
Tek fazlı yerleşme yayının aralıklı söndürülmesi ve yeniden alev alması, amplitudları 4U (U zirve faz gerilimidir) veya daha yüksek seviyeye ulaşan yay-yerleşme aşırı gerilimler oluşturur, bu aşırı gerilimler uzun süre devam edebilir. Bu, elektrik ekipmanlarının yalıtımına ciddi tehditler oluşturmaktadır, zayıf yalıtım noktalarında çökme riskini artırarak önemli kayıplara yol açabilir.
Sürekli yay, çevresindeki havanın iyonlaşmasına neden olur, bu da havanın yalıtım özelliklerini azaltır ve faz-arası kısa devre riskini artırır.
Ferrorezonans aşırı gerilimleri oluşabilir, bu aşırı gerilimler gerilim transformatörlerini ve dolgusal koruyucuları kolayca hasar gösterebilir—hatta dolgusal koruyucular patlayabilir. Bu sonuçlar, şebeke ekipmanlarının yalıtım bütünlüğünü ciddi bir şekilde tehlikeye atar ve tüm enerji sisteminin güvenli işlemesini tehdit eder.
Pozitif, Negatif ve Sıfır Sekans Akımları Nedir?
Negatif sekans akımı: A fazı, B fazından 120° geride, B fazı, C fazından 120° geride, C fazı, A fazından 120° geride.
Pozitif sekans akımı: A fazı, B fazından 120° önde, B fazı, C fazından 120° önde, C fazı, A fazından 120° önde.
Sıfır sekans akımı: Tüm üç faz (A, B, C) faz ayrımı olmadan birlikte hareket eder—hiçbir faz diğerini önden veya geriden takip etmez.
Üç fazlı kısa devre hataları ve normal işlem sırasında, sistem sadece pozitif sekans bileşenlerini içerir.
Tek fazlı yerleşme hataları sırasında, sistem pozitif, negatif ve sıfır sekans bileşenlerini içerir.
İki fazlı kısa devre hataları sırasında, sistem pozitif ve negatif sekans bileşenlerini içerir.
İki fazlı yerleşme kısa devre hataları sırasında, sistem pozitif, negatif ve sıfır sekans bileşenlerini içerir.
Yerleşim Transformatörlerinin İşleme Özellikleri
Normal şebeke işlemi sırasında yerleştirici transformatör boş yük koşullarında çalışır ve arızalar sırasında kısa süreli aşırı yük yaşar. Özetle, yerleştirici transformatörün işlevi, bir yerleştirici direnç bağlamak için bir nötr nokta yaratmaktır. Yer arızası sırasında, pozitif-ve negatif-dizilme akımlarına yüksek impedans, sıfır-dizilme akımına ise düşük impedans göstererek, yer-arızası korumasının güvenilir çalışmasını sağlar.
Yay Kaldırma Bobini Sistemleri ile Nötr Yerleştirme
Ekipman yalıtımının kötü olması, dış zarar, operatör hatası, iç aşırı gerilim veya herhangi bir başka neden sonucu şebekede geçici tek fazlı yer arızası meydana geldiğinde, arızalı akım yay kaldırma bobini üzerinden endüktif akım olarak akar, bu da kapasitif akımın yönünün tersine yönlendirilir. Bu durum, arızalı noktadaki akımı çok küçük bir değere hatta sıfıra indirir, böylece ark söndürülür ve ilgili tehlikeler ortadan kalkar. Arıza otomatik olarak temizlenir, röle korumasını veya devre kesicinin atılmasını tetiklemez, bu da güç sağlamanın güvenilirliğini önemli ölçüde artırır.
Üç Tane Telafi İşlem Modu
Üç farklı telafi işlem modu vardır: alt telafi, tam telafi ve üst telafi.
Alt telafi: Telafi sonrası endüktif akım, kapasitif akımdan daha azdır.
Üst telafi: Telafi sonrası endüktif akım, kapasitif akımdan daha fazladır.
Tam telafi: Telafi sonrası endüktif akım, kapasitif akıma eşittir.
Yay Kaldırma Bobini Sistemleri ile Nötr Yerleştirme'de Kullanılan Telafi Modu
Nötr noktayı yay kaldırma bobini ile yerleştiren sistemlerde, tam telafinin önlenmesi gerekir. Sistemin dengesizlik voltajının büyüklüğü ne olursa olsun, tam telafi seri rezonans oluşturabilir, bu da yay kaldırma bobinini tehlikeli derecede yüksek gerilimlere maruz bırakır. Bu nedenle, uygulamada üst telafi veya alt telafi kullanılır, en yaygın kullanılan mod üst telafidir.
Üst Telafiye Geçişin Ana Nedenleri
Alt telafi sistemlerinde, arızalar sırasında kolayca yüksek aşırı gerilimler oluşabilir. Örneğin, bir hat kısmen arızalı veya diğer nedenlerden dolayı bağlantısından çıkarıldığında, alt telafi sistemi tam telafiye doğru kayabilir, bu da seri rezonansı tetikleyerek çok yüksek nötr yer değiştirme gerilimi ve aşırı gerilime yol açar. Alt telafi sistemlerindeki büyük nötr yer değiştirme, izolasyon bütünlüğünü tehdit eder—bu dezavantaj, alt telafi kullanılıyorsa kaçınılmazdır.
Aşırı üç faz dengesizliği olan bir alt telafi sisteminin normal işlemi sırasında, çok yüksek ferromanyetik aşırı gerilimler meydana gelebilir. Bu fenomen, alt telafi yay kaldırma bobini (ωL > 1/(3ωC₀)) ile hat kapasitesi (3C₀) arasındaki ferromanyetik rezonans sonucu ortaya çıkar. Üst telafi ile bu rezonans gerçekleşmez.
Güç sistemleri sürekli genişler ve şebeke toprağa olan kapasitesi de artar. Üst telafi ile, orijinal olarak monte edilen yay kaldırma bobini bir süre boyunca hizmette kalabilir—sonunda alt telafiye doğru kaysa bile. Ancak, sistem alt telafi ile başlarsa, herhangi bir genişleme hemen ek telafi kapasitesi gerektirir.
Üst telafi ile, arızalı noktadan geçen akım endüktiftir. Ark söndükten sonra, arızalı faz geriliminin kurtarma hızı daha yavaş olur, bu da arkın yeniden yanması olasılığını azaltır.
Üst telafi altında, sistem frekansının düşmesi sadece geçici olarak telafi derecesini artırır, bu normal işlem sırasında sorun oluşturmaz. Buna karşılık, alt telafi ile birlikte frekansın düşmesi, sistemi tam telafiye yakınlaştırabilir, bu da nötr yer değiştirme gerilimini artırır.
Özet
Yerleştirici transformatör aynı zamanda istasyon servis transformatörü olarak da görev yapar, 35 kV gerilimi 380 V düşük gerilime indirir ve pil şarjı, SVG fan gücü, bakım aydınlatması ve genel istasyon yardımcı yükleri için güç sağlar.
Modern güç şebekelerinde, kablolar hava hatları yerini almakta. Kablo hatlarının tek fazlı kapasitif yer arızası akımı, hava hatlarından çok daha büyüktür, bu nedenle yay kaldırma bobini ile nötr yerleştirme, arızalı arkı söndürme ve tehlikeli rezonans aşırı gerilimlerini baskılamada başarısız olabilir. Bu nedenle, altımızda düşük dirençli nötr yerleştirme şeması kullanılmaktadır. Bu yaklaşım, katı nötr sistemlere benzerdir ve tek fazlı yer arızası koruması gerektirir. Tek fazlı yer arızası olduğunda, arızalı besleyici hızlı bir şekilde izole edilir.
