Diskussion über das Design von Erdtransformern mit geringem Nullfolgeimpedanz
Mit der Ausweitung des Stromnetzsystems und dem Kabelisierungsprozess in städtischen Stromnetzen hat sich der kapazitive Strom in 6kV/10kV/35kV-Netzen erheblich erhöht (in der Regel über 10A). Da die Netze dieser Spannungsebene hauptsächlich im neutralen unverdichteten Betriebsmodus arbeiten und die Verteilungsspannungsseite der Haupttransformator meist in Dreiecksverbindung ist, fehlt ein natürlicher Erdungspunkt. Das Bogenlicht bei Erdungsfehlern kann daher nicht zuverlässig gelöscht werden, was die Einführung von Erdtransformator erforderlich macht. Z-Erdtransformator haben sich aufgrund ihres geringen Nullfolgenwiderstands zum Standard entwickelt, aber einige Systeme erfordern einen noch geringeren Nullfolgenwiderstand. Je kleiner der Widerstandswert, desto größer die Abweichung, was gezielte Maßnahmen beim Entwurf von Erdtransformator mit niedrigem Nullfolgenwiderstand erfordert.
1. Berechnungsmethode für den Nullfolgenwiderstand des Z-Erdtransformators
1.1 Topologische Struktur
Die Hochspannungswicklung des Z-Erdtransformators verwendet eine Zickzackverbindung. Jede Phasenwicklung wird in obere und untere Halbwicklungen geteilt (siehe Abbildung 1), die jeweils auf verschiedenen Eisenkernsäulen gewickelt sind. Die beiden Halbwicklungen derselben Phase werden mit umgekehrter Polung in Reihe geschaltet, was eine spezielle magnetoelektrische Kopplungsstruktur bildet.
Der Nullfolgenwiderstand wird wie in Gleichung (1) berechnet.
In der Formel ist X0 der Nullfolgenwiderstand, W die Anzahl der Wicklungen einer Wicklung (das heißt, eine Halbwicklung), ΣaR ist die äquivalente Leckmagnetfläche, ρ ist der Lorenzkoeffizient, und H ist die Reaktanzhöhe der Wicklung.
2 Analyse der Nullfolgenwiderstandsabweichung
Gemäß der IEC 60076 - 1 Norm gilt die Nullfolgenwiderstandsabweichung eines Erdtransformators als qualifiziert, wenn sie im Bereich von ±10% liegt. Durch die Analyse der Prüfergebnisse von Hunderten von Erdtransformator (einschließlich ölgetränkten und trockenen Typen), die das Unternehmen in den letzten Jahren hergestellt hat, und durch den Vergleich der Unterschiede zwischen den tatsächlich gemessenen Werten und den Entwurfswerten des Nullfolgenwiderstands, lassen sich die Unterschiede grob in die folgenden drei Kategorien einteilen:
Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an den Nullfolgenwiderstand verschiedener Benutzer gibt es verschiedene Arten von Erdtransformator. Dabei haben die 35kV-Klasse den höchsten Anteil, gefolgt von der 10kV-Klasse. Im Allgemeinen wird für Erdtransformator der 35kV-Klasse ein Nullfolgenwiderstand von ≤ 120Ω gefordert; für die 10kV-Klasse wird in der Regel ein Nullfolgenwiderstand von ≤ 15Ω verlangt. Einige Benutzer haben kleinere Anforderungen, andere stellen keine klaren Anforderungen.
3 Datenanalyse
Bei der umfassenden Berücksichtigung der Prüfergebnisse mehrerer Erdtransformator liegt die Ursache für die große Abweichung des Nullfolgenwiderstands darin, dass der vom Benutzer geforderte Wert zu stark vom konventionellen Widerstandswert abweicht. Sowohl zu hohe als auch zu niedrige Werte bringen große Herausforderungen für die Produktion und Fertigung mit sich. Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, steht der Nullfolgenwiderstand in einem quadratischen Verhältnis zur Anzahl der Wicklungen, was der wichtigste Faktor für den Nullfolgenwiderstand ist: je mehr Wicklungen, desto mehr Draht wird verwendet; je weniger Wicklungen, desto mehr Eisenkernmaterial wird benötigt. Ob der Nullfolgenwiderstand zu hoch oder zu niedrig ist, erhöht erheblich die Produktionskosten.
3.1 Fallstudie
Zwei Serien von kleinen 10kV-Erdtransformator werden als Beispiele analysiert:
Im Vergleich ist die Abweichung des ölgetränkten Typs etwas größer als die des trockenen Typs. Der Grund dafür ist, dass bei der Konstruktion für einen sehr geringen Nullfolgenwiderstand die Anzahl der Wicklungen gering, der radiale Umfang der Wicklung klein und die Höhe relativ groß ist, wodurch der Nullfolgenwert schwer zu kontrollieren ist. Bei kleinem Basiswert führt eine schlechte Kontrolle der Größe leicht zur Vergrößerung der Abweichung; während die Wicklung des trockenen Typs mit Harz gegossen wird und die äußeren Abmessungen mit Hilfe eines Formwerkzeuges besser zu kontrollieren sind, was zu einer geringeren Abweichung führt.
Die tatsächlichen Produktionsdaten zeigen, dass die vorhandene Berechnungsmethode nicht für Erdtransformator mit niedrigem Nullfolgenwiderstand geeignet ist. In Verbindung mit den statistischen Daten früherer Produkte wird vermutet, dass ein Korrekturfaktor eingeführt werden sollte, und verschiedene Nullfolgenwerte entsprechen verschiedenen Korrekturfaktoren: Je höher der Nullfolgenwert, desto geringer fällt der Faktor nicht-linear; wenn der Nullfolgenwert etwa 10Ω erreicht, nähert sich der Faktor 1,0; nach Überschreiten von 10Ω ändert sich der Faktor aufgrund geringfügiger Unterschiede in der Fertigung wenig (es gibt gelegentlich Fälle, in denen er unter 1,0 fällt, und die Gesamtabweichung ist gering), und die Ausdrucksform ist in etwa eine umgekehrte Proportionalitätsfunktion im ersten Quadranten (siehe Abbildung 2).
Es ist zu beachten, dass die obige Analyse nur auf 10kV-Produkte anwendbar ist. Für Produkte über 10kV, da es dort keine so strenge Anforderung an niedrige Nullfolgenwiderstände gibt, wurde bisher kein Phänomen einer übermäßigen Nullfolgenwiderstandsabweichung festgestellt.
4 Lösungen
Um das Problem des übermäßigen gemessenen Nullfolgenwiderstands bei Erdtransformator mit niedrigem Nullfolgenwiderstand anzugehen, werden auf der Grundlage von Datensammlung und -analyse die folgenden Optimierungsmaßnahmen vorgeschlagen:
4.1 Designoptimierungsstrategie
Wenn Benutzer einen extrem geringen Nullfolgenwiderstand verlangen, ist die Präzision der Wicklungsdimensionen schwer zu gewährleisten, was leicht zu vermehrten Messabweichungen führt. Für Produkte mit einem geforderten Nullfolgenwiderstand <5Ω sollte ein Entwurfsspielraum von 2-5 Mal reserviert werden. Je geringer der Widerstandswert, desto größer der notwendige Spielraum, um sicherzustellen, dass die gemessenen Werte den Anforderungen entsprechen.
4.2 Fertigungssteuerpunkte
Der Produktionsprozess spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Genauigkeit der Produktleistung:
4.3 Technische Vereinbarungsempfehlungen
5 Schlussfolgerung
Für Erdtransformator mit niedrigem Nullfolgenwiderstand bestehen erhebliche Abweichungen zwischen den durch allgemeine Formeln berechneten Entwurfswerten und den tatsächlichen Messwerten. Es wird empfohlen, die Fertigungsfähigkeit in der Bestellphase zu bewerten, Korrekturfaktoren im Design einzuführen und ausreichende Produktionsreserven vorzusehen, um die Produktkonsistenz und die Zuverlässigkeit der Auslieferung zu verbessern.
