110 kV transformadoreko puntu neutroaren urtzezko igotza-tentsioa: ATP simulazioa & IEE-Businessen babes soluzioak

Anaiaren bila uneko kondizioetan transformatorren neutral puntuaren gain-tentsioiari buruzko literatura oso hedatua dago. Hala ere, anaiaren ondotasuna eta hazaduna dela eta, teoriko deskribapen zehatza lortzea zaila da. Ingeniaritzako praktikan, protekzio neurriak elektrizitate sistemaren kodeen arabera zehazten dira, anai babesteko gailu egokiak aukeratuz, dokumentazio oso ohikoa da horiekin.

Transmisio lerroak edo subestazioak anaiaren eritsiak jaso dezakete. Anaiaren ondotasunak transmisio lerroetatik subestazioetara etengarria izan daitezke edo zuzenean subestazioko tresnak eritsi ditzake, hau transformatorren neutral puntuan gain-tentsioi sortzeko arrisku bat adierazten duena, neutral puntuaren isolamendurako baliokidea. Beraz, anaiaren bila uneko neutral puntuaren gain-tentsioiaren ezaugarriak aztertzea eta babesteko gailuen mugatze tentsioaren efektibotasuna ebaluatzea praktikan interes handia du [1]. Artikulu honek simulazio ikertza bat aurkeztu nahi du, Elektromagnetiko Transienten Programa (EMTP)ren bertsio oraindik erabiltzen den gehienena den Alternatiboko Transienten Programa (ATP) erabiliz, 110 kVko subestazio jakin baten konfigurazioaren oinarrian. Anaiaren bila unearen teoria eta 110 kVko transformatorren neutral puntuaren isolamenduaren ezaugarrien konbinazioan, artikuluko simulazioak neutral puntuaren gain-tentsioiak anaiaren ondotasun desberdinetan simulatzen ditu. Simulazio emaitzak alderatuta, neutral puntuaren gain-tentsioi murrizteko neurriak proposatzen dira.

1. Azalpen Teorikoak

1.1 Anaiaren Eritsiak Transmisio Lerroetan

Aireko transmisio lerro batean anaiaren eritsi bat jaso denean, iturri bat kanpoan zabaltzen da [1]. Subestazioetan, konektore laburrek (adb., transformatorra barrutik itsasotik edo anai-atalaketarako) anaiaren ondotasunean transmisio lerro bezala egiten dute. Konektore hauek ondotasun luzearen igaroan, islatzeko eta birrefraktatzeko prozesu azkarroak eragiten dituzte, tentsio altuak sortuz, tresnari eraginezka dezaken.

1.2 Anaiaren Bila Unean Y Konexioarekin Dugun Transformatorren Bobinak Parametro Analisi

Hiru fasetako transformatorren bobinak Y, Yo, edo Δ konfigurazioetan konexioa duten. Lan egitean, anaiaren ondotasunak fasa bat, bi, edo hiru fasa erdi erditik sartu daitezke [1]. Artikulu honek Y-konexioarekin dugun bobinei zentzua dio, soilik horiek dituzte neutral puntu erabilgarri. Transformator Yo-konexioarekin eta fase arteko elkarrekintza askatasunean, fasa bat, bi, edo hiru fasak erdi erditik eritsi badira, sistema hiru independente bobin gisa analizatu daiteke, terminalak lurpean.

2. 110 kVko Transformatorren Neutral Puntuaren Isolamendu Egoera

110 kVko transformatorren neutral puntuak gradu isolamendua erabiltzen du, 35 kV, 44 kV, edo 60 kV egoeretan. Orain egun, fabrikatzaileek 60 kVko neutral puntu isolamenduko transformatorei begira dute. Isolamendu desberdinek dielektriko urruneko kapasitate desberdinak dituzte, taula 1.n. Erabilitako faktoreak kontuan hartuz, isolamendu enborraren faktorea 0.6 eta tensio korrontea 0.85 direla hartuta [1], taula 1.n erreferentziako uheldu balioak agertzen dira.

Taula 1 Neutral Puntuen Isolamendu Uheldu Egoerak / Erreferentziako Uheldu Balioak

3. Simulazioa eta Kalkulua

110 kVko subestazio bat kontsideratu, haren bi transformadore (Y/Δ) paraleloan erabiltzen direlarik, bi 110 kVko sarrerako lerro, eta lau 35 kVko irteerako lerro dituena. Marra bakarreko diagrama Figura 1ean ikus daiteke. Mono-faseko lotzeko akatsen korronteak murrizteko eta komunikazio interferentziak gutxitzeagatik, arrunt ez da inoiz bi transformadoreen neutral puntua loturik izan, baina bakarrik bat. Uzkor-uhineko egoeran, loturik ez den transformadorearen neutral puntuan oso handiak diren igoteko tenperatura sortu daitezke, bere isolamenduari arrisku egiten dioena. Hurrengo atalak ATP programarekin egin diren simulazio analisiak aztertzen ditu kasu desberdinetan.

Figura 1 110 kVko Subestazioaren Marra Bakarreko Diagrama

3.1 Uzkor-uhinen Propagazioa Lerroetatik Subestazioara

3.1.1 Uzkor-uhinen Parametroen Hautapena

Subestazioetako igoteko tenperatura nagusiaren arrazoia uzkor-uhinak lerroetatik propagatzen direla da. Lerroan dagoen tenperatura maximoa ezin du lerroaren insulatzaile-marraren U50% suportatzeko maila gainditu; bestela, uzkor-uhina subestazioa sartu baino lehen lerroan flashover gertatuko litzateke. Ados, sarrerako lerroaren lehenengo 1–2 km adituki protektatuta dago uzkor-lasterketen aurka, beraz, subestazioan sartzen diren uzkor-uhinak gehienbat horren sekzio protektatutik kanpo izandako lasterketaetan jatorrizkoak dira. Kanpoan gertatzen diren uzkor-lasterketentzat, ≤220 kVko lerroen bidez subestazioan sartzen diren uzkor-korrontearen neurria ≤5 kA da, eta 330–500 kVko lerroetarako ≤10 kA, maiztasuna askoz gutxiagokoa [15,17]. Hauek balioetan oinarrituta, uzkor-uhina funtzio esponentzial bikot tipiko baten bitartez modelatzen da:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
non a eta b konstante negatiboei dagokion, eta k, a, b uzkoraren amplitud, aurretiko denbora, eta osteko denboraren arabera zehazten dira. Hemen 5 kAko pikeko korrontea eta 20/50 μs esponentzial standardaren uzkor erabili dira.

3.1.2 Subestazioaren Materialen Parametroen Ezarpena

Uzkor-uhinak oso altuak diren harmonikoak dituzte; beraz, subestazioaren lerro parametroak banatutako parametro gisa modelatzen dira. Subestazioaren barruan dauden sakelariak, itzalegileak, korronte transformadoreak (CTak), eta tensio transformadoreak (VTak) ekintza balioko kapasitateekin adierazten dira. Transformadorearen balioko sarrera kapasitatea Cₜ = kS⁰·⁵ da, non S hiru faseko transformadorearen kapasitatea baita. Tensio maila ≤220 kVtan, n=3, eta 110 kVko transformadoreetan, k=540. Barruko itsaso-itsasleak YH1OWx-108/290 gisa hautatu dira, eta neutral-puntuko itsaso-itsaslea YH1.5W-72/186 gisa.

3.1.3 Kalkulua eta Analisia

Neutral puntuan sortutako igoteko tenperatura desberdina da localki loturik edo loturik ez badago. Hiru kasutan simulazioak egin dira: lerro bakarreko mono-faseko uzkor-uhina, lerro bakarreko bi-faseko uzkor-uhina, eta bi lerroko mono-faseko uzkor-uhina, neutral-puntuko itsaso-itsasleari buruzko bi kasutan. Emaitzak Taula 2an agertzen dira.

Taula 2 Localki Loturik / Loturik Ez Baditu Denean Sortutako Igoteko Tenperatura Maximoa

3.1.4 Emaita Analisi

Taulen 2-ko datuetatik, transformatorren neutrala lokaloki lortu bada, barruko barra-tensionaren arrester-a efektiboki murriztu egiten du berrabarra, beraz, lortu gabeko transformatorren neutral-puntua ez du berrabarrarik alturagarriak izaten, eta neutral-puntuko arrester-a arrunt aski ez da aktibatzen. Neutral-puntua lortu gabe dagoen sistemaetan, neutral-puntuko berrabarra oso altua da. Arrester-rako gabe, hau isolamendurako arrisku handia da (110 kV-ko transformator baten gradu-zehatzeko isolamenduari dagokion, segurtasun-margina kontuan hartuta, oztopo-boltze-tenperatura 195 kV-koa da). Neutral-puntuko arrester bat instalatzeak berrabarraren pikea gehiegi murrizten du. Beraz, lineetatik hedatzen diren odoltxorren berrabarrak ez dira isolamenduari eraso egiten neutral-puntuko arrester bat duenean.

3.2 Odoltxor Zuzen Subestazioan

Subestazioek orokorrean odoltxor-defentsa oso dutela ere, odoltxor zuzenak, odoltxorekiko konplexutasuna eta ausaztasuna dela eta, askotan agertzen dira [2] eta materialak zeritu ditzake. Beraz, odoltxor zuzenetako neutral-puntuko berrabarraren azterketa eta defentsa-kontzeptuak ikertzeko beharrezkoa da.

3.2.1 Odoltxor eta Subestazio Parametroen Hautapena

Subestazio-parametroak aurreko adierazpenarekin berdinak dira. Kalkulua EHEko parametro estandarrak erabiliz egin da (1.2/50 μs) 50, 100, 200 eta 250 kAko amplitudetarako. Odoltxor kanaloko ondabidearen impedantzian 400 Ω hartu da.

3.2.2 Kalkulu eta Analisi

Emaitzak, odoltxor zuzen batek subestazio baten fasa bakarreko barrura (bi fasetako odoltxorak oso gutxiagotan agertzen dira) eragiten duen moduan, lokaloki lortutako eta lortu gabeko neutralaren egoeretan, Taula 3an agertzen dira (I eta II kasuak, hurrenez hurren, neutral-puntuko arrester gabe eta neutral-puntuko arresterarekin).

Taula 3 Piken Berrabarra Lokaloki Lortutako / Lortu Gabeko Neutralaren Egoeretan (Odoltxor Zuzena)

3.2.3 Emaitza Analisia

Eztabaidan 3an ikus daiteke, tximistarikaren intentsitatea handitu ahala, neurriko puntu neutroko tarte-igotza maximoa oso handitzen da, eta oszilazioak nabarmenago bihurtzen dira. Tximistarikaren babesileku bat izanda ere, babesilekuko geratzen den tenperatura handitu egiten da. Neurriko puntu neutro lokalizatuta dagoeneko subestazioetan, tximistarikagatik sortutako neurriko puntu neutroko tarte-igotza oso kontuan hartu behar da. Babesileku bat izanda ere, tarte-igotza altua mantentzen da. Adibidez, 250 kAko tximistarik zuzena eragin ostean, neurriko puntu neutroko tarte-igotza 224.1 kVtara heltzen da. Kasu honetan, neurriko puntu neutroko babesilekuak funtzionatzen badu ere, transformagailua hondatzeko arriskua dago.

3.2.4 Hobekuntza Eraldien Eztabaida

(1) Transformagailuaren amaieran (adibidez, neurriko puntu ez-lortu duten transformagailuetarako YH10Wx-108/290 gehitu) tximistarikaren tarte-igotza murrizteko babesileku bat instalatu.
(2) Neurriko puntu neutroko babesilekuko kargatze korrontearen kapasitatea handitu. Ondoren dauden babesilekuaren kargatze kapasitatea 1.5 kA da 186 kVko geratzen den tenperaturarekin. Kapasitate hori 15 kAra handitzeko proposatzen da.

Neurriko puntu lokalki ez-lortu duten sistema batean barrutiko tximistarik zuzena jaso osteko emaitzak berresimulatuta, Taula 4an agertzen dira.

Taula 4 Babesilekuarekin Neurriko Puntu Neutroko Tarte-Igotza Maximoa (Eraldi Hobetuak)

Taulen 3 eta 4 alderatzean, arrester bat instalatzeak transformagailuaren terminalan ez du eraginkorra izango neutral-puntuko txertegi-igoera handiak murrizteko. Hala ere, igotza-arresterren kargatze-kapazitatea gehitzeak oso hobeto murrizten du igoera handiak. Beraz, metodo hau gomendatzen da. Igotza-arresteren fabricantei gomendatzen zaie teknologia-hobekuntzaetan aritzeko kargatze-egoeraren kapazitatea handitzeko.

4. Iraultza

a) Igotza-arresterak instalatzea barrutik eta transformagailuaren neutral-puntutik doan bidez efektiboki murriztu egiten ditu neutral-puntuko igoera handiak, transmituzko lerroetatik etorriak.
b) Subestazio batek erradikalki txertegi-igoera handia jaso dezake transformagailu baten neutral-puntuan, subestazioak txertegi-igoera handia jasota dagoenean. Efektu hau oso nabarmena da neurri osatuta ez dauden neutralen sistemetan, eta oraindik existitzen diren igoera handien babesa emandako eskemeen arabera, neutral-puntuko isolamendua zehar egin daiteke.
c) Igotza-arrester bat instalatzeak transformagailuaren terminalan ez du eraginkorra izango neutral-puntuko igoera handiak murrizteko; neutral-puntuko igotza-arresteren kargatze-egoeraren kapazitatea gehitzea igoera handien murrizketa moduan eraginkorra da.