Analiza tehnologije zaštitnog zemljanja transformatora na građevinskim stranicama

Trenutno je Kina postigla određene uspjehe u ovoj sferi. Relevantna literatura dizajnirala je tipične konfiguracijske sheme za zaštitu od grešaka zemlja u niskonaponskim distribucijskim sustavima nuklearnih elektrana. Na osnovu analize domaćih i međunarodnih slučajeva u kojima su greške zemlja u niskonaponskim distribucijskim sustavima nuklearnih elektrana uzrokovale nepravilno funkcioniranje nultog reda transformatora, identificirane su temeljne uzroke. Nadalje, na osnovu ovih tipičnih konfiguracijskih shema predloženi su unaprijedili za mjere zaštite od grešaka zemlja u pomoćnim strujnim sustavima nuklearnih elektrana.

Relevantna literatura proučila je modele varijacije diferencijalne struje i struje ograničenja, te kroz izračunavanje omjera između diferencijalne struje i struje ograničenja provedena je kvantitativna analiza adaptabilnosti različitosti transformatora pod takvim uvjetima greške.

Ipak, prethodni metodi još uvijek suočavaju se s mnogo problema koji se trebaju urgentno riješiti. Na primjer, preveliki otpor zemlja, nepravilan izbor metoda zemljanja i nedovoljna mjerodavnost zemljanja od gromovine—sve to može dovesti do grešaka transformatora i čak pokretanja sigurnosnih incidenta. Stoga je potrebno provesti još dublje istraživanje i analizu tehnologija zaštite od zemljanja transformatora na građevinskim lokacijama, inkorporirajući najnovije rezultate istraživanja i tehnološki razvoj.

Kroz ovo istraživanje, ne samo da se može poboljšati teorijski razina tehnologije zaštite od zemljanja transformatora, već se mogu pružiti i praktična i izvediva rješenja i mjere za stvarne građevinske projekte. Nade se da će ovo istraživanje privući više pažnje i naglašenja od strane akademskih stručnjaka na tehnologiju zaštite od zemljanja transformatora na građevinskim lokacijama, zajednički promičući razvoj ove sfera.

1 Određivanje metoda zemljanja transformatora

Tradicijski način direktnog zemljanja neutralne točke transformatora može pod određenim uvjetima uzrokovati prekomjerne struje kratkog spoja, potencijalno oštećujući opremu. Stoga se predlaže metoda zemljanja neutralne točke s niskim otporom. Zemljanje neutralne točke s niskim otporom je učinkovit pristup zemljanja transformatora koji postiže učinkovitu kontrolu struje zemljanja transformatora spajanjem niskog otpora između neutralne točke transformatora i tla. Ova metoda zemljanja može ne samo regulirati veličinu struje zemljanja i smanjiti utjecaj gromovine i prekomjernog napona na transformatore, time poboljšavajući operativnu stabilnost, već također ograničiti struje kratkog spoja i smanjiti rizik od oštećenja opreme.

Konkretno, kada se implementira zemljanje neutralne točke s niskim otporom za transformatore na građevinskim lokacijama, prvi korak je odrediti prikladnu vrijednost otpora zemljanja. Prema Ohmovom zakonu, vrijednost otpora zemljanja je obrnuto proporcionalna struja zemljanja i napona zemljanja. Stoga, kada se bira vrijednost otpora zemljanja za metodu zemljanja neutralne točke s niskim otporom, prvo se mora odrediti vrijednost otpora, s formulom kao što slijedi:

U formuli, R₀ predstavlja vrijednost otpora zemljača; U₀ predstavlja prosječnu nominativnu naponsku razinu električnog sustava na građevinskoj lokaciji; I₀ predstavlja struja koja protječe kroz otpornik neutralne točke. Na osnovu računanja u formuli (1), treba odabrati prikladnu vrijednost otpora zemljanja koja može efektivno ograničiti struju kratkog spoja, izbjegavajući prekomjerni utjecaj na transformator.

Sljedeće je određivanje parametara poput presjeka i materijala vodika zemljanja. Materijal vodika zemljanja također mora posjedovati izvrsnu vodljivost i otpornost na koroziju kako bi se osigurala njegova životnost i pouzdanost. Ovo istraživanje kompresivno razmatra stvarne uvjete zemljanja transformatora na građevinskim lokacijama i odabire tinanu bakarnicu kao vodik zemljanja—materijal s dobrim vodljivošću, udobnim cijevanjem i jakim protukorozionim sposobnostima, koji u potpunosti zadovoljava zahtjeve metode zemljanja neutralne točke s niskim otporom.

Presjek vodika zemljanja direktno utječe na vrijednost otpora, što dalje utječe na struju zemljanja. Stoga se na osnovu sljedeće formule odabire prikladni presjek vodika zemljanja:

U formuli, S predstavlja presjek vodika zemljanja u metodi zemljanja neutralne točke s niskim otporom; η predstavlja koeficijent omjera između otpora zemljanja neutralne točke i otpora zemljanja transformatora; T predstavlja dopušteno temperaturno dijeljenje vodika zemljanja. Konačno, mora se odrediti dubina zaliha elektroda zemljanja. Da bi se osiguralo stabilno funkcioniranje elektrode zemljanja u teškim okruženjima, njegova dubina zaliha treba premašiti debljinu zamrznute tla na građevinskoj lokaciji, čime se kompleksno osigurava pouzdanost i sigurnost sustava zemljanja.

U skladu s tim, kada se implementira zemljanje transformatora na građevinskim lokacijama, koristi se metoda zemljanja neutralne točke s niskim otporom, s razumnim postavljanjem parametara zemljanja uključujući vrijednost otpora, presjek vodika zemljanja, odabir materijala i dubinu zaliha elektroda zemljanja, pružajući solidnu temeljnicu za stabilno funkcioniranje transformatora tijekom gradnje.

2 Dizajn sheme zaštite od zemljanja transformatora

Prema gornjem sadržaju, na građevinskim lokacijama se u tehnologiji zaštite transformatora koristi metoda niskootporne zemljišne veze točke neutrala. Ova metoda glavno kontroliše struja zemljišta transformatora putem niskog otpora. Tijekom rada transformatora mogu se dogoditi različiti kvarovi, a najčešći su jednofazni kvarovi zemljišta. Jednofazni kvar zemljišta znači kratak spoj između jedne faze transformatora i zemlje, dok ostale dvije faze nastavljaju normalno raditi. Taj kvar uzrokuje promjene potencijala točke neutrala transformatora, što dovodi do neravnoteže trofaznih struja. Koristeći tu karakteristiku, predlaže se shema zaštite temeljena na neravnoteži trofaznih struja u transformatorima:

Prvo je zaštita nultog reda I, s formulom za postavljanje kao što slijedi:

U formuli, I₁ predstavlja vrijednost radne struje nultog reda zaštite transformatora na građevinskim lokacijama; γ₁ predstavlja koeficijent pouzdanosti; γ₂ predstavlja koeficijent nultog grana; I₂ predstavlja vrijednost radne struje nultog reda zaštite susjednih komponenti transformatora na građevinskim lokacijama. Nakon izračunavanja vrijednosti struje za zaštitu nultog reda I prema formuli (3), vrijeme rada zaštite prvog dijela obično se postavlja da bude približno 0,5 sekunde duže od vremena rada sljedeće nulte zaštite.

Sljedeće je zaštita nultog reda II. Formula za izračun vrijednosti struje zaštite ista je kao i za zaštitu nultog reda I, što znači da se vrijednost struje također dobiva prema formuli (3), ali vrijeme rada se razlikuje, zahtijeva se povećanje od približno 0,3 sekunde u odnosu na vrijeme rada zaštite nultog reda I.

Na kraju, postoji zaštita nultog napona. Uzimajući u obzir da tijekom jednofaznih kvarova zemljišta na transformatorima na građevinskim lokacijama točka neutrala može izgubiti svoju prirodnu osjetljivost, radni napon zaštite nultog napona mora biti ispod maksimalnog nultog napona koji se pojavljuje na mjestu instalacije zaštite tijekom jednofaznih kvarova zemljišta. Vrijednost napona zaštite nultog napona glavno se određuje prema sljedećoj formuli:

U formuli, U₁ predstavlja radni napon zaštite nultog napona; U₂ predstavlja nominalni napon tri sekundarne navoja.

Zaključno, kako bi se formirao kompletni sustav zaštite od neravnoteže trofaznih struja, potrebno je provesti seriju složenih izračuna, uključujući formule za izračun zaštite nultog reda I, zaštite nultog reda II i zaštite nultog napona. Izvedba i primjena ovih formula pomoći će u preciznijem određivanju vrste i težine jednofaznih kvarova zemljišta na građevinskim lokacijama. Ovaj sustav zaštite ne samo brzo može lokirati i izolirati kvarove zemljišta, već i smanjiti vjerojatnost incidenta isključivanja struje uzrokovanog kvarovima zemljišta. U kombinaciji s metodom niskootporne zemljišne veze točke neutrala, stvara se kompleksna struktura zaštite zemljišta za transformatore na građevinskim lokacijama, pružajući snažnu zaštitu sigurnom radu transformatora.

3 Eksperimentalna analiza

Da bi se provjerila učinkovitost gore navedene tehnologije zaštite zemljišta transformatora na građevinskim lokacijama, ovaj poglavlje koristit će softver za simulaciju električnih sustava PowerFactory za provedbu simulacijskih eksperimenata zaštite zemljišta transformatora. Prvo, u simulacijskom softveru stvara se model elektroenergetskog sustava zgrade, koji uključuje glavno transformatore, visokonaponske i niskonaponske linije, opterećenja i drugu opremu. Tablica 1 prikazuje model i specifikacije parametara eksperimentalnog transformatora.

Specifična struktura transformatora prikazana je na slici 1.

Nakon toga, provedeni su simulacijski eksperimenti zaštitne zemljišne transformatora koristeći tri različite metode zemljišta: niskootporno zemljište srednje točke, visokootporno zemljište srednje točke i zemljište srednje točke s koilom za potiskivanje lukova. Prilikom postavljanja metoda zemljišta, za metodu niskootpornog zemljišta srednje točke odabrana je otpornost s malim vrijednostima, konkretno postavljena na 0,5 Ω, kako bi se simulirao učinak niskootpornog zemljišta; za metod visokootpornog zemljišta srednje točke, odabrana je otpornost s većim vrijednostima, postavljena na 10 Ω, kako bi se simulirale karakteristike visokootpornog zemljišta.

Tijekom eksperimenta, simulirani su nivoi zemljišnih struja transformatora uz jednofaznu grešku zemljišta. Specifična lokacija greške postavljena je na sredinu jedne faze na niskonaponskom dijelu transformatora, s otpornosti greške postavljenom na 100 Ω kako bi se simulirala otpornost zemljišta tijekom greške zemljišta. U procesu simulacije grešaka, korišten je sustav prikupljanja podataka s visokom stopom uzorkovanja za snimanje podataka o zemljišnim strujama, s frekvencijom uzorkovanja postavljenoj na 1000 puta po sekundi kako bi se osiguralo uhvaćanje subtilnih promjena u zemljišnoj struji.

Osim snimanja vrijednosti zemljišne struje u trenutku nastanka greške, postavljene su više vremenskih točaka, uključujući 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s i 10 s nakon nastanka greške, kako bi se promatrane promjene u zemljišnoj struji na različitim vremenskim točkama. Da bi se izbjegla nasumičnost rezultata eksperimenta, podaci o zemljišnoj struji su snimljeni 10 puta, s prosječnom vrijednosti uzeta kao konačni rezultat eksperimenta. Slika 2 pruža usporedbu učinka zaštite zemljišta transformatora pod različitim metodama zemljišta.

Kao što je prikazano na slici 2, simulacijska analiza uspoređuje karakteristike zemljišnih struja transformatora uz jednofazne greške za metode zemljišta s niskim otporom srednje točke, visokim otporom srednje točke i koilom za potiskivanje lukova. Rezultati pokazuju da, uz jednofaznu grešku zemljišta u transformatorima, zemljišna struja uz metod niskootpornog zemljišta srednje točke značajno je veća od one uz metode visokootpornog zemljišta srednje točke i zemljišta srednje točke s koilom za potiskivanje lukova.

Pod projektiranom tehnologijom zaštite zemljišta, prosječna zemljišna struja transformatora iznosila je 70,11 A, što je povećanje od 43,44 A i 21,62 A u odnosu na kontrolne tehnologije. To pomaže u smanjenju intenziteta luka na mjestu greške i ubrzava samoodrživost greške. Stoga, projektirana tehnologija zaštite zemljišta je ispunjiva i pouzdana, prikladna za praktičnu primjenu uz jednofazne greške zemljišta transformatora, efikasno štiti operativnu sigurnost transformatora na građevinskim terenima.

4.Zaključak

Tehnologija zaštite zemljišta za transformatore u građevini predlaže shemu zaštite nadmjerne nulte struje temeljenu na metodi niskootpornog zemljišta srednje točke. Kroz usporedne eksperimente, potvrđena je prednost projektirane tehnologije zaštite zemljišta u glavnoj zaštiti uz jednofazne greške transformatora. Iako su neki rezultati istraživanja postignuti, postoje još određene ograničenja. Na primjer, uvjeti eksperimenta i uzorci podataka možda nisu dovoljno kompletni, stoga je potrebno daljnje provjere općenitosti zaključaka.

Buduće istraživanje moglo bi se fokusirati na sljedeće područje: prvo, proširenje opsega eksperimenata i povećanje uzoraka podataka kako bi se poboljšala točnost i općenitost zaključaka; drugo, dublji studiji drugih shema i tehnologija zaštite kako bi se istražile još učinkovitije i pouzdane metode zaštite zemljišta transformatora; konačno, razvoj uređaja i sustava za zaštitu s višom performansom u kombinaciji s praktičnim inženjerskim primjenama.