Orta voltajlı transformatorun dalgası cihazın kontrollü qapalı edilməsi ilə azaldılması
Orta voltaj aralığında kontrollü anahtar cihazları
Üç on yıl önce Kontrollü Anahtar Cihazları (CSD) ilk kez yüksek voltajlı devre kesicilerin paralel reaktörler ve kondansatör bankalarına bağlanmasına bağlı olarak oluşan geçiş transienlerini azaltmak için tanıtıldı. Daha sonraki araştırmalar, bunların uygulamasını iletim hatları ve güç transformatorlarına genişletti. İlk olarak, bu cihazlar bağımsız pol çalıştırma devre kesicileri (IPO) kullanarak her faz için en uygun anı optimize ettiler.
Son zamanlarda, küresel enerji talebinin artması, yenilenebilir enerji kaynaklarının sadece yüksek voltaj (HV) iletim sistemlerine değil, aynı zamanda orta voltaj dağıtım ağlarına da entegre edilmesini zorunlu kıldı. Bu değişiklik, transformatörün enerjilenmesi sırasında kontrolsüz giriş akımından kaynaklanan gerilim düşüşü sorunlarını ele almayı gerektirdi.
Orta voltajlı anahtar döşemeleri genellikle üç polu aynı anda çalıştırmakta, bu HV uygulamalarındaki bağımsız işlemle karşıtlık göstermektedir. Bu, standart anahtarları ve eş zamanlı pol işlemini kullanarak transformatör enerjilenmesi giriş akımlarını etkili bir şekilde yönetmek için CSD teknolojisinde önemli ilerlemeler gerektirdi. Bugün, bu yenilik rüzgar çiftlikleri ve fotovoltaik güneş santralleri gibi yenilenebilir enerji tesislerinde sadece değil, endüstriyel kurulumlarda ve ulaşım ağlarında da yaygın olarak kullanılmaktadır, burada giriş akımlarının kontrolü hem orta hem de yüksek voltajlı transformatörlerin güvenilir enerjilenmesi açısından önemlidir.
Orta voltajlı transformatörlerde giriş akımı
Transformatörün enerjilenmesi sırasında giriş akımının büyüklüğü, transformatör çekirdeğindeki kalıcı akımın miktarına büyük ölçüde bağlıdır; daha yüksek kalıcı akım seviyeleri, rastgele enerjilenme sırasında daha büyük giriş akımlarına yol açabilir. İşletimsel bozulmalardan kaçınmak ve şebeke istikrarını sağlamak için etkili azaltma stratejileri gerekli olmaktadır.
Gelişmiş kontrollü anahtar tekniklerinin uygulanması, bu giriş akımlarını minimize etme veya tamamen ortadan kaldırma imkanı sağlar. Bu yöntemler, sadece sistem güvenilirliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda ekipman ömrünü uzatır, bakım maliyetlerini azaltır ve orta voltajlı dağıtım ağlarındaki genel verimliliği artırır. Bu teknolojilerin benimsenmesi, modern elektrik dağıtım ağlarının gelişmekte olan taleplerine uyum sağlama konusunda kilit bir ilerleme olarak kabul edilmektedir.
Kalıcı akım ve transformatör giriş akımı arasındaki ilişki
Devre kesiciler ve eş zamanlı pol çalıştırma anahtar döşemeleri üzerinde Kontrollü Anahtar Cihazları (CSD) komisyonlanırken toplanan saha verileri, kalıcı akım ve transformatör giriş akımı arasındaki ilişkini doğrulamıştır. CSD'lerin kullanılması, rastgele enerjilenmeye kıyasla genellikle giriş akımında 3:1 oranında azalmaya neden olur, potansiyel bozulmaları önemli ölçüde azaltır.
Eş zamanlı pol çalıştırma devre kesicisi ile giriş akımı azaltma yöntemleri
Aşağıdaki açıklama, güç transformatörlerine uygulanan giriş akımı azaltma için kontrollü anahtar kavramını açıklamaktadır:
Bir manyetize olmayan güç transformatörünün R fazı, gerilimin sıfır geçişinde (Şekil 1'in sol tarafında gösterildiği gibi) enerjilenirse, transformatör çekirdeğini derin doygunluğa iter ve çekirdeğe ekstra 2 per-unit (p.u.) akım ekler. Bu durum, çekirdek doygunluğu nedeniyle önemli giriş akımlarına yol açabilir.
Ancak, transformatör pozitif gerilim zirvesinde enerjilenirse, bu ilk pozitif çeyrek döngü sadece çekirdeğe 1 p.u. akım ekler. Gerilim daha sonra negatif yarım döngüsüne geçtiğinde, çekirdekteki akımı azaltmaya başlar. Transformatör bu koşullar altında doygunluk sınırına ulaşmadığından, çekirdek doygunluğu önlenir ve böylece giriş akımı oluşmaz.
Bu senaryo, çekirdek akımının gerilimden 90 derece geride olduğu durağan durumda transformatörün enerjilenmesine karşılık gelir. Enerjilenme anını gerilim dalga formundaki optimal noktalarla eşleştirmek, giriş akımı riskini minimize eder ve daha düzgün ve daha istikrarlı transformatör çalışmasını sağlar.
Özetle, kontrollü anahtar teknikleri, giriş akımlarını etkili bir şekilde azaltmak için hassas zamanlamayı kullanır. Gerilim döngüsündeki stratejik enerjilenme noktaları aracılığıyla çekirdek doygunluğunu önleyerek, bu yöntemler güvenilir transformatör performansını, şebeke istikrarını sağlar ve işletimsel bozulmaları azaltır. Bu yaklaşım, orta voltajlı anahtar döşeme teknolojisinde kritik bir ilerleme olarak görülür ve yeni kurulumlar ve mevcut sistemlerin güncellemeleri için önemli faydalar sunar.
Eş zamanlı pol çalıştırma üç fazlı anahtarı kullanıldığında durum daha karmaşık hale gelir. Aslında, bir fazda giriş akımını minimize eden enerjilenme anını seçmek diğer iki faz için zararlı olabilir. Bu, Şekil 2'de gösterildiği gibi, manyetize olmayan bir transformatörün R fazında giriş akımını azaltmak (sol), Y ve B fazlarını (sağ) olumsuz etkileyebilir.
Bir faz için giriş akımını azaltmak üzere enerjilenme anını optimize etmek, diğer iki faz için koşulların giriş akımını artırmasına yol açabilir, bu da çok fazlı sistemlerde denge edilmiş bir yaklaşımın gerekliliğini vurgular.
Daha önce açıklandığı gibi, güç transformatöründeki kalıcı akım deseni, önceki de-enerjilenmesinin sonucudur.
Bir transformatör yeniden enerjilenirken, uygulanan gerilim tarafından üretilen dinamik akım, uygulanan gerilimin kutbuna bağlı olarak kalıcı akımdan çıkarılır veya eklenir. Kontrollü anahtar prensiplerine göre, güç transformatör fazı için optimal enerjilenme anı, üretilen muhtemel akım var olan kalıcı akımla eşleştiğinde gerçekleşir (Şekil 3, sol). Örneğin, pozitif kalıcı akım varken, negatif gerilim uygulanması, çekirdekteki akımı negatif gerilim zirvesinde sıfıra indirir ve ardından çekirdek doygunluğunu oluşturmadan transformatörün durağan çalışma haline ulaşır.
Tersine (Şekil 3, sağ), fazın pozitif sıfır geçişinde enerjilenmesi, var olan 0.5 p.u. kalıcı akıma 2 p.u. pozitif akım ekler. Bu, güç transformatör çekirdeğini derin doygunluğa iter ve aşırı giriş akımına neden olur. Bu nedenle, kalıcı akımın varlığı, transformatörün enerjilenmesi kontrolsüz olduğunda maksimum giriş akımını artırır.
Enerjilenme anını, üretilen akımı kalıcı akımla eşleştirmek için doğru bir şekilde seçmek, çekirdek doygunluğunu önleyerek giriş akımlarını azaltır ve transformatörün düzgün çalışmasını sağlar. Bu strateji, sadece sistem güvenilirliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda ekipman ömrünü uzatır ve bakım maliyetlerini azaltır. Çok fazlı sistemlerde, fazlar arasında performansı dengelemek için enerjilenme anının doğru zamanlanması özellikle kritiktir, bu da şebeke istikrarını ve verimliliğini sağlar.
Bu yaklaşım, güç transformatörleri için kontrollü anahtar teknolojileri tasarlanırken ve uygulandığında kalıcı akımın etkisinin düşünülmesi gerektiğini vurgular, daha etkin ve güvenilir güç iletim ağları elde etmeyi amaçlar.
Transformatör çekirdeğinde kalıcı akım olduğunda, eş zamanlı pol çalıştırma devre kesicisi ile durum daha da karmaşık hale gelir. Optimal enerjilenme anı, tüm üç fazın eş zamanlı çalışmasının, kalıcı akımın büyüklüğüne ve kutbuna göre belirlenmelidir. Ancak, her mümkün kalıcı akım deseni için, minimal transformatör doygunluğuna neden olan bir optimal enerjilenme anı vardır (Şekil 4).
Aşağıdaki örnekte, kalıcı akım deseni, R, Y ve B fazlarında sırasıyla 0, -0.5 ve +0.5 p.u. 'dur. Güç transformatörünü 90° (R fazının gerilim zirvesi) enerjilenmesi, fazların minimum doygunluğuna neden olur. Ancak, mavi fazı (B fazı varsayılır) pozitif sıfır geçişinde (240°) kapatmak, en kötü giriş akımına neden olur, bu da Kontrollü Anahtar Cihazı (CSD) tarafından hesaplanan optimal anahtar anına kıyasla 6.5 kat daha yüksektir.
Bu, her özel kalıcı akım durumu için optimal enerjilenme anının doğru bir şekilde belirlenmesinin önemini vurgular, bu da transformatör doygunluğunu ve giriş akımlarını minimize eder. Doğru zamanlama, daha düzgün bir operasyon sağlar ve güç sisteminin güvenilirliğini ve verimliliğini artırır.
Güç transformatörünün enerjilenmesi kontrol edilmediğinde, en kötü giriş akımı her zaman en yüksek kalıcı akım olan fazda ortaya çıkar. Kontrollü Anahtar Cihazı (CSD), kalıcı akım desenine dayalı olarak optimal pol kapanma anını hesaplayarak enerjilenme giriş akımını minimize eder. Sonuç olarak, belirli yüksek kalıcı akım koşullarında, giriş akımı tamamen ortadan kaldırılabilir.
Şekil 5, enerjilenme sırasında teorik göreceli giriş akımını, transformatörde ölçülenden en yüksek üç kalıcı akıma (1.2 p.u. doygunluk dizisi ile) fonksiyonu olarak gösterir. Zirve giriş akımı, demagnetize çekirdeğin maksimum enerjilenme akımı ile normalleştirilmiştir. Çekirdekteki kalıcı akım yüksek olduğunda (yatay eksen üzerinde), CSD, transformatörün doygunluğa girip gitmemesini engelleyerek giriş akımını ortadan kaldırır (mavi çizginin alt alanı). Tersine, güç transformatörünü rastgele bir an enerjilemek, transformatörü tam doygunluğa itebilir (kırmızı çizgi), aşırı giriş akımına ve şebekeye gerilim düşüşüne neden olur. Bu diyagram, rastgele veya kontrolsüz enerjilenmeye kıyasla, CSD'nin giriş akımı azaltma etkinliğini gösterir.
