Koncepti zemljanja transformatora i kabelske tehnologije objašnjeni

Dijeljenje koncepta i terminologije transformatora

• Nultočna impedanca opterećenja je beskonačna, a njegova fazonalna impedanca također je vrlo velika, približno 100 puta veća od fazonalne impedancije linije.

• Kapacitet kabela prema tlu je 25-50 puta veći od kapaciteta nadzemne linije.

• Frekvencija slobodnih oscilacija privremene kapacitivne struje: 300-1500 Hz za nadzemne linije i 1500-3000 Hz za kable.

• Zahtjevi za performanse vanjskog zemljišnog transformatora: Pod normalnim snabdijevanjem mreže strujom, njegova impedancijska vrijednost je izuzetno visoka, a kroz navijeće teče samo mali magnetizacijski tok; kada se u sustavu pojavi jednofazni zemljani kvar, navijeće ima visoku impedanciju za pozitivne i negativne sekvenca, a nisku impedanciju za nultu sekvenca. Spojovi takvih transformatora su Y0/Δ ili Z-tipa.

• Budući da visokonaponska strana transformatora koristi spoj Z-tipa, svako fazno navijeće sastoji se od dvije segmente, koje su smještene na dva različita stupa različitih faza, a ova dva segmenta navijeka su spojena suprotnim polovima. Nultočne magnetske toke generirane dvofaznim navijećima anuliraju jedna drugu, što rezultira izuzetno niskom nultočnom impedancijom i izuzetno malim praznim gubitcima, omogućujući 100% iskorištavanje kapaciteta transformatora. Kada se potisnuća bobina spoji sa običnim transformatorom, njegov kapacitet ne smije premašiti 20% kapaciteta transformatora; dok Z-tip transformator može biti spojen s potisnućom bobinom kapaciteta 90%-100%, što efektivno štedi investicije.

• Osim spajanja s potisnućom bobinom, zemljišni transformator može nositi sekundarne opterećenja i zamijeniti postajni transformator. Kada nosi sekundarna opterećenja, primarni kapacitet zemljišnog transformatora trebao bi biti zbroj kapaciteta potisnuće bobine i kapaciteta sekundarnog opterećenja; kada ne nosi sekundarna opterećenja, njegov kapacitet jednak je kapacitetu potisnuće bobine.

• Cilj dodavanja otpornika prigušenja je ograničiti pomak napona UN neutralne točke na manje od 15% fazonalnog napona kada u sustavu dođe do serijske rezonancije, kako bi se održao normalan rad sustava i sprečili previsoki naponi. Kada u sustavu dođe do jednofaznog zemljanskog kvara, kroz neutralnu točku teče veliki tok, a u tom trenutku otpornik prigušenja mora biti kratkostihačen.

• Koristeći metodu odabira linije s paralelnim srednjim otpornikom, potreban je kutija s paralelnim srednjim otpornikom, koja se spoji paralelno na obje strane potisnuće bobine. Kada uređaj potvrdi da se u sustavu dogodio trajni jednofazni zemljani kvar, srednji otpornik se upotrebljava kako bi se u sustav unijela aktivna struja za odabir linije, a otpornik se isključi nakon kratkog kašnjenja.

• Što je dielektrična konstanta veća, to je provodljivost jača.

• Trokutni transformatori korišteni u distribucijskim sustavima uglavnom koriste spoj Dyn11, koji ima sljedeće prednosti: može smanjiti harmonijsku struju, poboljšati kvalitetu snabdijevanja strujom, ima mali nultočni impedanci, može povećati jednofazni kratkospojni tok, i koristan je za isključivanje jednofaznih zemljanskih kvara; može u potpunosti iskoristiti kapacitet transformatora pod uvjetima neravnotežnog trofaznog opterećenja, istodobno smanjujući gubitke transformatora.

• Valna impedancija linije spojene na primarnu stranu transformatora obično iznosi nekoliko stotina ohma, a ona linije spojene na niskonaponsku stranu obično iznosi nekoliko desetaka do više od stotinu ohmova.

• Prigušeni omjer frekvencije mreže kod normalne nadzemne linije iznosi oko 3%-5%, a može porasti na 10% kada je linija vlažna; prigušeni omjer frekvencije mreže kod kabelske linije iznosi oko 2%-4%, a može doseći 10% kada je izolacija stara.

• Kapacitet prema tlu po fazi 3-35 kV nadzemnih linija iznosi 5000-6000 pF/km. Kapacitivni tok nadzemnih linija u dvostruki liniji na istom stupu iznosi Ic=(1.4-1.6)Id (gdje Id predstavlja kapacitivni tok jedne linije u dvostrukoj liniji; koeficijent 1.6 odgovara 35 kV linijama, a 1.4 odgovara 10 kV linijama).

• Za sustav s rezonantnim zemljanjem neutralne točke, kada dođe do jednofaznog zemljanskog kvara, budući da je nultočna impedancija blizu beskonačnosti, ostatak toka ne sadrži 3. i cijeli višekratne harmonijske toke, već uglavnom 5. i 7. harmonijske toke.

• Prema propisima, kada se potisnuća bobina spoji s običnim transformatorom, njegov kapacitet ne smije premašiti 20% kapaciteta transformatora. Z-transformator može biti spojen s potisnućom bobinom kapaciteta 90%-100%. Osim spajanja s potisnućom bobinom, zemljišni transformator može nositi sekundarne opterećenja i zamijeniti postajni transformator, time štedeći troškove investicija.

• Tokom rada zemljišnog transformatora, kada kroz njega prođe određeni nultočni tok, toci koji prođu kroz dvije jednofazne navijeće na istom stupu su suprotni smjeru i jednaki po veličini, tako da se magnetomotive sile generirane nultočnim tokom točno suprotstavljaju i anuliraju jedna drugu, rezultirajući izuzetno malom nultočnom impedancijom. Zbog niske nultočne impedancije zemljišnog transformatora, kada dođe do jednofaznog zemljanskog kvara u fazi C, zemljani tok I faze C teče preko tla u neutralnu točku i dijeli se na tri jednake dijelove u zemljišni transformator; budući da su trofazni toci koji ulaze u zemljišni transformator jednaki, pomak neutralne točke N ostaje nepromijenjen, a trofazni linijalni naponi ostaju simetrični.

• Harmonici u nultočnom krugu uglavnom su uzrokovani nelinearnim svojstvima jezgre transformatora. Budući da sekundarna strana transformatora u distribucijskim mrežama u Hrvatskoj uglavnom koristi delta spoj, u nultočnom krugu obično nema 3. i cijelih višekratnih harmonijskih toka, tako da osnovni zemljani tok gotovo ne sadrži te višekratne harmonijske komponente, već uglavnom 5. i 7. harmonijske komponente, čija će veličina mijenjati s opterećenjem.

• Za jednofazni zemljani kvar, ekvivalentni sekvenčni mreže su serijsko povezane pozitivne, negativne i nultočne mreže; za dvostruki zemljani kvar, ekvivalentni sekvenčni mreže su paralelno povezane pozitivne, negativne i nultočne mreže; za dvostruki kratkospoj, ekvivalentni sekvenčni mreže su paralelno povezane pozitivne i negativne mreže; za trostruki kratkospoj, ekvivalentni sekvenčni mreže uključuju samo pozitivnu mrežu.