Analiza tehnologije zaštitne zemljišne vezane transformatora na građevinskim sajmalištima

Trenutno, Kina je postigla određene uspehe u ovoj oblasti. Relevantna literatura je dizajnirala tipične konfiguracione sheme za zaštitu od grešaka u zemljištu u niskonaponskim distributivnim sistemima nuklearnih elektrana. Na osnovu analize domaćih i međunarodnih slučajeva gde su greške u zemljištu u niskonaponskim distributivnim sistemima nuklearnih elektrana uzrokovale nepravilno funkcionisanje nultočne zaštite transformatora, identifikovane su podsticajne uzroke. Takođe, predložene su poboljšane mere za zaštitu od grešaka u zemljištu u pomoćnim sistemima snabdijevanja nuklearnih elektrana na osnovu ovih tipičnih konfiguracionih shema.

Relevantna literatura je proučila modele promena diferencijalne struje i struje ograničenja, i kroz izračunavanje omjera između diferencijalne struje i struje ograničenja, provedena je kvantitativna analiza prilagodljivosti glavne različitočne zaštite transformatora u takvim uslovima greške.

Međutim, prethodni metodi još uvijek suočavaju brojne probleme koji se moraju hitno rešiti. Na primjer, preveliki otpor zemljišta, nepravilna izbora metoda zemljišta i nedostatak adekvatnih mera za zaštitu od munje—sve ove probleme mogu dovesti do grešaka transformatora i čak aktivirati sigurnosne incidente. Stoga je potrebno provesti još dublja istraživanja i analize tehnologija za zaštitu transformatora od zemljišta na građevinskim lokacijama, uključujući najnovije istraživačke rezultate i tehnološki razvoj.

Kroz ovo istraživanje, ne samo da se može unaprediti teorijsko ravnishnje tehnologije za zaštitu transformatora od zemljišta, već se takođe mogu pružiti praktična i izvršiva rešenja i mere za stvarne građevinske projekte. Nade se da će ovo istraživanje privući više pažnje i naglaska od strane naučnika na tehnologije za zaštitu transformatora od zemljišta na građevinskim lokacijama, zajedno doprinoseći razvoju ove oblasti.

1 Određivanje metoda zemljišta transformatora

Tradicionalna metoda direktnog zemljišta neutralne tačke transformatora može pod određenim uslovima uzrokovati prekomjerne struje kratkog spoja, potencijalno oštećujući opremu. Stoga se predlaže metoda zemljišta sa niskim otporom neutralne tačke. Zemljište sa niskim otporom neutralne tačke je efektivni pristup zemljištu transformatora koji ostvaruje efikasnu kontrolu nad strujom zemljišta transformatora vezanjem niskog otpora između neutralne tačke transformatora i zemlje. Ova metoda zemljišta ne samo što reguliše intenzitet struje zemljišta i smanjuje uticaj munje i prekomernih napona na transformatore, time unapređujući operativnu stabilnost, već takođe ograničava struje kratkog spoja i smanjuje rizik od oštećenja opreme.

Konkretno, kada se implementira zemljište sa niskim otporom neutralne tačke transformatora na građevinskim lokacijama, prvi korak je određivanje odgovarajuće vrednosti otpora zemljišta. Prema Ohmovom zakonu, vrednost otpora zemljišta je obrnuto proporcionalna strujom zemljišta i naprezanju zemljišta. Stoga, kada se bira vrednost otpora zemljišta za metodu zemljišta sa niskim otporom neutralne tačke, prvo se mora odrediti vrednost otpora, sa formulom kao što sledi:

U formuli, R₀ predstavlja vrednost otpora zemljišta; U₀ predstavlja prosečnu nominalnu napetost električnog sistema na građevinskoj lokaciji; I₀ predstavlja struju koja teče kroz otpornik neutralne tačke. Prema izračunu u formuli (1), treba izabrati odgovarajuću vrednost otpora zemljišta koja efektivno ograničava struju kratkog spoja, izbegavajući prekomerni uticaj na transformator.

Sledeći korak je određivanje parametara poput preseka i materijala zemljišnog voda. Materijal zemljišnog voda mora imati odličnu provodljivost i otpornost na koroziju kako bi se osigurala njegova životna vreme i pouzdanost. Ovo istraživanje komprehensivno razmatra stvarne uslove zemljišta transformatora na građevinskim lokacijama i bira olovljeni bakarni vod kao zemljišni vod—materijal sa dobrim provodljivošću, lako spajanjem i jakom otporom na koroziju, koji u potpunosti ispunjava zahteve metode zemljišta sa niskim otporom neutralne tačke.

Površina preseka zemljišnog voda direktno utiče na njegovu vrednost otpora, što dalje utiče na struju zemljišta. Stoga se odgovarajući presek površine zemljišnog voda bira na osnovu sledeće formule:

U formuli, S predstavlja površinu preseka zemljišnog voda u metodi zemljišta sa niskim otporom neutralne tačke; η predstavlja koeficijent omjera između otpora zemljišta neutralne tačke i otpora zemljišta transformatora; T predstavlja dopušteni porast temperature zemljišnog voda. Konačno, mora se odrediti dubina zakopavanja elektroda zemljišta. Da bi se osigurala stabilna operacija elektroda zemljišta u teškim uslovima, njegova dubina zakopavanja treba da premaši debljinu zamrznutog sloja tla na građevinskoj lokaciji, komprehensivno garantujući pouzdanost i bezbednost sistema zemljišta.

Zaključno, kada se implementira zemljište transformatora na građevinskim lokacijama, koristi se metoda zemljišta sa niskim otporom neutralne tačke, sa razumnim podešavanjima parametara zemljišta uključujući vrednost otpora, površinu preseka zemljišnog voda, izbor materijala i dubinu zakopavanja elektroda zemljišta, pružajući čvrstu osnovu za stabilno funkcionisanje transformatora tokom gradnje.

2 Dizajn sheme za zaštitu transformatora od zemljišta

Prema navedenom sadržaju, na građevinskim sajmovima se u tehnologiji zaštite transformatora koristi metoda zemljanja s niskim otporom. Ova metoda zemljanja primarno efikasno kontrolira strujni tok zemljanja transformatora kroz niski otpor. Tijekom rada transformatora mogu se pojaviti razne greške, a najčešća je jednofazna greška zemljanja. Jednofazna greška zemljanja odnosi se na kratak spoj između jedne faze navojnice transformatora i zemlje, dok druge dvije faze nastavljaju normalno raditi. Ova greška dovodi do promjena potencijala neutralne tačke transformatora, što dovodi do neravnoteže trofaznih struja. Koristeći ovu karakteristiku, predlaže se shema zaštite temeljena na neravnoteži trofaznih struja u transformatorima:

Prvo dolazi prvi odsjek nultočkastog zaštita, čija formula za postavljanje iznosa glasi:

U formuli, I₁ predstavlja vrijednost radne struje nultočkastog zaštita transformatora na građevinskim sajmovima; γ₁ predstavlja koeficijent pouzdanosti; γ₂ predstavlja koeficijent nultočkastog grana; I₂ predstavlja vrijednost radne struje nultočkastog zaštita susjednih komponenti transformatora na građevinskim sajmovima. Nakon izračunavanja vrijednosti struje za prvi odsjek nultočkastog zaštita prema formuli (3), vrijeme rada za prvi odsjek obično se postavlja da bude približno 0,5 sekundi duže od vremena rada sljedećeg nivoa nultočkastog zaštita.

Sljedeće dolazi drugi odsjek nultočkastog zaštita. Formula za izračunavanje vrijednosti struje zaštita je ista kao i za prvi odsjek nultočkastog zaštita, što znači da se struja zaštita također dobija prema formuli (3), ali vrijeme rada je drugačije, zahtijeva povećanje približno 0,3 sekundi u odnosu na vrijeme rada prvog odsjeka nultočkastog zaštita.

Konačno, postoji nultočkasti zaštita napona. Uzimajući u obzir da tijekom jednofaznih grešaka zemljanja na građevinskim sajmovima neutralna tačka može izgubiti svoju prirodnu osjetljivost, radni napon nultočkastog zaštita mora biti niži od maksimalnog nultočkastog napona koji se pojavljuje na mjestu instalacije zaštita tijekom jednofaznih grešaka zemljanja. Vrijednost napona nultočkastog zaštita uglavnom se određuje prema sljedećoj formuli:

U formuli, U₁ predstavlja radni napon nultočkastog zaštita; U₂ predstavlja nominalni napon tri sekundarne navojnice.

Zaključno, kako bi se formirao kompletni sustav zaštite od neravnoteže trofaznih struja, potrebna su serija složenih izračuna, uključujući formule za izračunavanje prvog odsjeka nultočkastog zaštita, drugog odsjeka nultočkastog zaštita i nultočkastog zaštita napona. Izvedba i primjena ovih formula pomoći će preciznije utvrditi vrstu i težinu jednofaznih grešaka zemljanja na građevinskim sajmovima. Ova shema zaštite ne samo što brzo lokira i izolira greške zemljanja, već također smanjuje vjerojatnost incidenta isključivanja struje uzrokovanih greškama zemljanja. Uz to, kombinirano s metodom zemljanja s niskim otporom, formira se kompleksna struktura zaštite zemljanja transformatora na građevinskim sajmovima, što pruža jaku zaštitu za siguran rad transformatora.

3 Eksperimentalna analiza

Da bi se provjerila učinkovitost navedene tehnologije zaštite zemljanja transformatora na građevinskim sajmovima, u ovom poglavlju koristit će se softver za simulaciju električnih sistema PowerFactory za simulacijske eksperimente zaštite zemljanja transformatora. Prvo, u simulacijskom softveru stvara se model elektroenergetskega sustava zgrade, koji uključuje glavno transformatore, visokonaponske i niskonaponske linije, opterećenja i ostalu opremu. Tabela 1 prikazuje model i specifikacije parametara eksperimentalnog transformatora.

Specifična struktura transformatora prikazana je na Slici 1.

Nakon toga, simulacioni eksperimenti za zaštitu od zemljanja transformatora su sprovedeni korišćenjem tri različite metode zemljanja: zemljanje tačke neutrala sa niskim otporom, zemljanje tačke neutrala sa visokim otporom i zemljanje tačke neutrala sa košnog zgloba. Pri postavljanju metoda zemljanja, za metodu zemljanja tačke neutrala sa niskim otporom, izabran je otpornik sa malim vrednošću otpora, konkretno postavljen na 0,5 Ω, kako bi se simulirao efekat zemljanja sa niskim otporom; za metodu zemljanja tačke neutrala sa visokim otporom, izabran je otpornik sa većom vrednošću otpora, postavljen na 10 Ω, kako bi se simulirale karakteristike zemljanja sa visokim otporom.

Tokom eksperimenta, simulirani su nivoi struja zemljanja transformatora pod uslovima greške jednofaznog zemljanja. Specifična lokacija greške je bila postavljena na sredini jedne faze na niskonaponskoj strani transformatora, sa otporom greške postavljenim na 100 Ω kako bi se simulirao otpor zemljanja tokom greške zemljanja. U procesu simulacije greške, koriscen je sistem za prikupljanje podataka sa visokom stopom uzorkovanja za snimanje podataka o strujama zemljanja, sa frekvencijom uzorkovanja postavljenom na 1000 puta po sekundi kako bi se osiguralo uhvatanje mali promena u strujama zemljanja.

Pored snimanja vrednosti struje zemljanja u trenutku pojavljivanja greške, postavljeno je nekoliko vremenskih tačaka, uključujući 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s i 10 s nakon nastanka greške, kako bi se posmatrale promene struje zemljanja u različitim vremenskim tačkama. Da bi se izbegla slučajnost u rezultatima eksperimenta, podaci o strujama zemljanja su snimani 10 puta, a prosečna vrednost je uzeta kao konačni rezultat eksperimenta. Slika 2 daje uporedbu efekata zaštite od zemljanja transformatora pod različitim metodama zemljanja.

Kao što je prikazano na Slici 2, simulaciona analiza upoređuje karakteristike struja zemljanja transformatora pod uslovima jednofaznih grešaka za metode zemljanja tačke neutrala sa niskim otporom, visokim otporom i sa košnog zgloba. Rezultati pokazuju da, tokom jednofazne greške zemljanja transformatora, struja zemljanja pod metodom zemljanja tačke neutrala sa niskim otporom značajno prevazilazi struju zemljanja pod metodama zemljanja tačke neutrala sa visokim otporom i sa košnog zgloba. 

Pod projektovanim tehnologijom zaštite od zemljanja, prosečna struja zemljanja transformatora iznosila je 70,11 A, što predstavlja povećanje od 43,44 A i 21,62 A u odnosu na kontrolne grupe tehnologija. To pomaga da se smanji intenzitet luke na mestu greške i ubrza sposobnost samoodređavanja greške. Stoga, projektovana tehnologija zaštite od zemljanja je fezibilna i pouzdana, pogodna za praktičnu primenu u jednofaznim greškama zemljanja transformatora, efektivno štitići operativnu sigurnost transformatora na građevinskim lokacijama.

4. Zaključak

Tehnologija zaštite od zemljanja transformatora u građevinarstvu predlaže shemu zaštite prekomjerne nula-struje baziranu na metodi zemljanja tačke neutrala sa niskim otporom. Kroz komparativne eksperimente, verifikovana je superiornost projektovane tehnologije zaštite od zemljanja u glavnoj zaštiti jednofaznih grešaka transformatora. Iako su postignuti neki istraživački rezultati, postoje još određena ograničenja. Na primer, eksperimentalni uslovi i uzorci podataka možda nisu dovoljno kompletan, zahteva se dalje potvrđivanje univerzalnosti zaključaka.

Buduće istraživanje bi moglo da se fokusira na sledeće oblasti: prvo, proširenje opsega eksperimenata i povećanje uzoraka podataka kako bi se povećala tačnost i univerzalnost zaključaka; drugo, dublja studija drugih shema i tehnologija zaštite kako bi se ispitivali efikasniji i pouzdani metode zaštite od zemljanja transformatora; konačno, razvoj uređaja i sistema zaštite sa višom performansom u kombinaciji sa praktičnom inženjerskom primenom.