Объяснение концепций заземления трансформаторов и кабелей

Обмен концепциями и терминологией трансформаторов

• Нулевое сопротивление нагрузки бесконечно, а ее фазное сопротивление также очень велико, примерно в 100 раз больше, чем фазное сопротивление линии.

• Емкость кабеля относительно земли в 25-50 раз больше, чем у воздушной линии.

• Частота свободных колебаний переходного емкостного тока: 300-1500 Гц для воздушных линий и 1500-3000 Гц для кабелей.

• Требования к характеристикам внешнего заземляющего трансформатора: при нормальном питании сети его сопротивление очень высоко, и через обмотки протекает лишь небольшой магнитный ток; при возникновении однофазного замыкания на землю обмотка представляет высокое сопротивление для положительной и отрицательной последовательности, и низкое сопротивление для нулевой последовательности. Способы соединения таких трансформаторов: Y0/Δ или Z-типа.

• Поскольку на высоковольтной стороне трансформатора используется Z-типовое соединение, каждая фазная обмотка состоит из двух секций, которые расположены на двух стержнях разных фаз, и две секции катушки соединены с противоположными полярностями. Нулевые последовательные магнитные потоки, создаваемые двумя фазными обмотками, компенсируют друг друга, что приводит к очень низкому нулевому сопротивлению и очень малым потерям холостого хода, позволяя использовать 100% мощности трансформатора. Когда к обычному трансформатору подключается дроссельный контур, его мощность не должна превышать 20% мощности трансформатора; в то время как Z-типовому трансформатору можно подключить дроссельный контур мощностью 90%-100%, что позволяет эффективно экономить инвестиции.

• Кроме подключения дроссельного контура, заземляющий трансформатор также может нести вторичные нагрузки и заменять станционный трансформатор. При несении вторичных нагрузок первичная мощность заземляющего трансформатора должна быть равна сумме мощности дроссельного контура и мощности вторичной нагрузки; при отсутствии вторичных нагрузок его мощность равна мощности дроссельного контура.

• Цель добавления демпфирующего резистора — ограничить смещение напряжения UN нейтральной точки до менее 15% фазного напряжения при возникновении серийного резонанса в системе, чтобы поддерживать нормальное функционирование системы и предотвращать перенапряжение. При возникновении однофазного замыкания на землю через нейтральную точку протекает большой ток, и демпфирующий резистор должен быть короткозамкнут в этот момент.

• При использовании метода выбора линии с параллельным средним сопротивлением требуется параллельный резистор, который подключается параллельно к обоим концам дроссельного контура. Когда устройство подтверждает, что в системе произошло постоянное однофазное замыкание на землю, среднее сопротивление вводится в эксплуатацию, чтобы ввести активный ток в систему для выбора линии, после чего сопротивление отключается через короткую задержку.

• Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше проводимость.

• Трехфазные трансформаторы, используемые в распределительных сетях, в основном используют режим соединения Dyn11, который имеет следующие преимущества: он может уменьшить гармонические токи, улучшить качество питания, имеет низкое нулевое сопротивление, может увеличить однофазный ток короткого замыкания, что способствует отключению однофазных замыканий на землю; он может полностью использовать мощность трансформатора при неравномерной трехфазной нагрузке, одновременно снижая потери трансформатора.

• Волновое сопротивление линии, подключенной к первичной стороне трансформатора, обычно составляет несколько сотен ом, а линии, подключенной к низковольтной стороне, — обычно несколько десятков до более чем сотни ом.

• Частота демпфирования промышленной частоты обычной воздушной линии составляет около 3%-5%, которая может увеличиться до 10% при увлажнении линии; частота демпфирования промышленной частоты кабельной линии составляет около 2%-4%, которая может достичь 10% при старении изоляции.

• Емкость относительно земли каждой фазы воздушных линий 3-35 кВ составляет 5000-6000 пФ/км. Емкостный ток воздушных линий в двухцепных линиях на одной опоре Ic=(1,4-1,6)Id (где Id — емкостный ток одного цепи в двухцепных линиях; коэффициент 1,6 соответствует линиям 35 кВ, а 1,4 — линиям 10 кВ).

• Для системы с резонансным заземлением нейтральной точки, при возникновении однофазного замыкания на землю, поскольку нулевое сопротивление близко к бесконечности, остаточный ток не содержит 3-ю и целочисленные кратные гармонические токи, в основном 5-ю и 7-ю гармонические токи.

• Согласно регламенту, когда дроссельный контур подключен к обычному трансформатору, его мощность не должна превышать 20% мощности трансформатора. Z-типовому трансформатору можно подключить дроссельный контур мощностью 90%-100%. Кроме подключения дроссельного контура, заземляющий трансформатор также может нести вторичные нагрузки и заменять станционный трансформатор, что позволяет сэкономить инвестиционные затраты.

• Во время работы заземляющего трансформатора, когда через него проходит нулевой ток определенной величины, токи, протекающие через две однофазные обмотки на одном стержне, направлены в противоположные стороны и равны по величине, так что магнитодвижущие силы, создаваемые нулевым током, точно компенсируют друг друга, что приводит к очень низкому нулевому сопротивлению. Благодаря низкому нулевому сопротивлению заземляющего трансформатора, при возникновении однофазного замыкания на землю в фазе C, ток заземления I фазы C поступает в нейтральную точку через землю и делится на три равные части, поступая в заземляющий трансформатор; поскольку токи, поступающие в заземляющий трансформатор, равны, смещение нейтральной точки N остается неизменным, и трехфазные линейные напряжения остаются симметричными.

• Гармоники в нулевой последовательности в основном вызваны нелинейными характеристиками сердечника трансформатора. Поскольку вторичная сторона трансформаторов в распределительных сетях Китая в основном использует треугольное соединение, в нулевой последовательности обычно нет 3-й и целочисленных кратных высших гармоник, поэтому ток замыкания на землю практически не содержит этих высших гармонических компонентов, в основном 5-ю и 7-ю гармонические компоненты, величина которых изменяется в зависимости от нагрузки.

• Для однофазного замыкания на землю эквивалентная последовательная сеть является последовательным соединением положительной, отрицательной и нулевой последовательностей; для двухфазного замыкания на землю эквивалентная последовательная сеть является параллельным соединением положительной, отрицательной и нулевой последовательностей; для двухфазного короткого замыкания эквивалентная последовательная сеть является параллельным соединением положительной и отрицательной последовательностей; для трехфазного короткого замыкания эквивалентная последовательная сеть включает только положительную последовательность.