Συζήτηση για τον Σχεδιασμό Μετατροπέας Γείωσης με Χαμηλή ή Μηδενική Σειριακή Αντίσταση

Με την επέκταση της κλίμακας του συστήματος ενέργειας και την προώθηση της καλωδιακής διεύθυνσης των αστικών ηλεκτρικών δικτύων, η καπασιτική ροή στα ηλεκτρικά δίκτυα 6kV/10kV/35kV έχει αυξηθεί σημαντικά (συνήθως υπερβαίνοντας τα 10A). Εφόσον τα ηλεκτρικά δίκτυα σε αυτό το επίπεδο τάσης προτιμούν συνήθως τη λειτουργία με ανεδραιωμένη μεσαία, και η πλευρά κατανομής τάσης των κυρίων μετατροπείτων είναι συνήθως σε δελτοειδής σύνδεση, χωρίς φυσικό σημείο γείωσης, ο τόξος κατά την εμφάνιση σφαλμάτων σε γείωση δεν μπορεί να εξαλειφθεί αξιόπιστα, κάτι που απαιτεί την εισαγωγή μετατροπείτων γείωσης. Οι μετατροπείς γείωσης Z-τύπου έχουν γίνει το mainstream λόγω της μικρής τάξης μηδενικής ακολουθίας, αλλά κάποια συστήματα απαιτούν ακόμα μικρότερη τάξη μηδενικής ακολουθίας. Όσο μικρότερη είναι η τιμή της αντίστασης, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόκλιση, κάτι που απαιτεί στοχευμένα μέτρα στο σχεδιασμό μετατροπέων γείωσης με χαμηλή τάξη μηδενικής ακολουθίας.

1. Μέθοδος υπολογισμού της τάξης μηδενικής ακολουθίας για μετατροπείς γείωσης Z-τύπου
1.1 Τοπολογική Δομή

Το υψηλότητας πλέγμα του μετατροπέα γείωσης Z-τύπου χρησιμοποιεί μια ζιγκ Σύνδεση. Κάθε φασικό πλέγμα χωρίζεται σε πάνω και κάτω μισοπλέγματα (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1), τα οποία είναι εντυπωσιακά σε διαφορετικές στύλοις κέραμα. Τα δύο μισοπλέγματα της ίδιας φάσης συνδέονται σε σειρά με αντίθετη πολικότητα, δημιουργώντας μια ειδική μαγνητοηλεκτρική συνδυασμένη δομή.

Η τάξη μηδενικής ακολουθίας υπολογίζεται όπως φαίνεται στην εξίσωση (1).

Στην τύπωση, X0 είναι η τάξη μηδενικής ακολουθίας, W είναι το πλήθος των σπειρών ενός πλέγματος (δηλαδή, ενός μισοπλέγματος), ΣaR είναι η ισοδύναμη περιοχή διαρροής μαγνητικού πεδίου, ρ είναι ο συντελεστής Lorenz, και H είναι το ύψος αντίστασης του πλέγματος.

2 Ανάλυση της απόκλισης της τάξης μηδενικής ακολουθίας

Σύμφωνα με το πρότυπο IEC 60076 - 1, η απόκλιση της τάξης μηδενικής ακολουθίας ενός μετατροπέα γείωσης θεωρείται επαρκής εάν βρίσκεται στο εύρος ±10%. Μέσω της ανάλυσης των αποτελεσμάτων δοκιμών εκατοντάδων μετατροπέων γείωσης (συμπεριλαμβανομένων των ενδιάμεσων και ξηρών) που παραχθήκαν από την εταιρεία τα τελευταία χρόνια, και μέσω της σύγκρισης των διαφορών μεταξύ των πραγματικών και των σχεδιασμένων τιμών της τάξης μηδενικής ακολουθίας, οι διαφορές μπορούν να χωριστούν περίπου σε τρεις κατηγορίες:

• Η μετρημένη τιμή είναι κοντά στη σχεδιασμένη τιμή: Η διαφορά είναι εντός του εύρους απόκλισης. Αυτή η κατηγορία αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο ποσοστό, και τα περισσότερα προϊόντα είναι επαρκή.

• Η μετρημένη τιμή είναι μικρότερη από τη σχεδιασμένη τιμή: Η απόκλιση υπερβαίνει την δεδομένη τιμή. Ωστόσο, αφού οι χρήστες συνήθως καθορίζουν μόνο τον άνω οριακό ορισμό της αντίστασης και δεν υπάρχει απαίτηση όριου κάτω, είναι ακόμα επαρκή, αλλά το ποσοστό εμφάνισης είναι εξαιρετικά μικρό.

• Η μετρημένη τιμή είναι μεγαλύτερη από τη σχεδιασμένη τιμή: Υπερβαίνει σοβαρά τις απαιτήσεις του πελάτη και κρίνεται ανεπαρκή. Είναι επίσης μια πολύ σπάνια περίπτωση.

Λόγω των διαφορετικών απαιτήσεων για την τάξη μηδενικής ακολουθίας από διαφορετικούς χρήστες, υπάρχουν διάφοροι τύποι μετατροπέων γείωσης. Απ' αυτούς, οι 35kV τάξης έχουν το μεγαλύτερο ποσοστό, ακολουθούμενοι από τους 10kV. Γενικά, για τους μετατροπείς γείωσης 35kV, η τάξη μηδενικής ακολουθίας απαιτείται συνήθως να είναι ≤ 120&Ω; για τους 10kV, είναι συνήθως απαιτείται να είναι ≤ 15&Ω;. Μερικοί χρήστες έχουν μικρότερες απαιτήσεις, και κάποιοι δεν καθορίζουν σαφώς απαιτήσεις.

3 Ανάλυση Δεδομένων

Παρακολουθώντας τα αποτελέσματα δοκιμών πολλών μετατροπέων γείωσης, η βασική αιτία της μεγάλης απόκλισης της τάξης μηδενικής ακολουθίας βρίσκεται στο γεγονός ότι η τιμή που απαιτείται από τον χρήστη αποκλίνει πολύ από τη συνήθη τιμή αντίστασης. Και τόσο μεγάλες όσο και μικρές τιμές θα φέρουν μεγάλες προκλήσεις στην παραγωγή και κατασκευή. Από την εξίσωση (1) γίνεται φανερό ότι η τάξη μηδενικής ακολουθίας έχει τετραγωνική σχέση με τον αριθμό των σπειρών, ο οποίος είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την τάξη μηδενικής ακολουθίας: όσο περισσότερες οι σπειρές, τόσο μεγαλύτερη η ποσότητα του καλώδιου που χρησιμοποιείται; όσο λιγότερες οι σπειρές, τόσο αντίστοιχη η αύξηση της ποσότητας του κέραμα που χρησιμοποιείται. Όποια και αν είναι η τάξη μηδενικής ακολουθίας, είτε μεγάλη είτε μικρή, θα αυξήσει σημαντικά το κόστος παραγωγής.

3.1 Ανάλυση Περιπτώσεων

Παρακολουθώντας δύο παρτίδες μικρής δυναμικότητας 10kV μετατροπέων γείωσης ως παράδειγμα:

• Ενδιάμεσος μετατροπέας γείωσης: Τύπος DKS11 - 125/10.5, χωρίς δευτερεύουσα συνδιασμό. Ο χρήστης απαιτεί την τάξη μηδενικής ακολουθίας να είναι < 4&Ω;. Σύμφωνα με την προηγούμενη μέθοδο υπολογισμού, μετά την εξέταση της απόκλισης κατασκευής και την προσαρμογή ενός περιθωρίου, η σχεδιασμένη τιμή έχει οριστεί σε 2.2&Ω;. Ωστόσο, υπό την ίδια διαδικασία παραγωγής, το αποτέλεσμα της δοκιμής υπερβαίνει σοβαρά το πρότυπο, όντας 3.5 φορές την σχεδιασμένη τιμή; για την πρώτη παρτίδα 7 προϊόντων, η τάξη μηδενικής ακολουθίας είναι όλα στο εύρος 7&Ω; - 8&Ω;.

• Ξηρός μετατροπέας γείωσης: Τύπος DKSC11 - 125/10.5, η σχεδιασμένη τιμή της τάξης μηδενικής ακολουθίας είναι 2.25&Ω;, και το αποτέλεσμα δοκιμής του τελικού προϊόντος είναι 6.8&Ω;, υπερβαίνοντας το πρότυπο περίπου 3 φορές. Εκτοπιστεί από το εργοστάσιο μόνο μετά από διαπραγμάτευση και άδεια από τον χρήστη.

Σε σύγκριση, η απόκλιση του ενδιάμεσου είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τον ξηρό. Η αιτία είναι ότι όταν σχεδιάζεται για πολύ μικρή τάξη μηδενικής ακολουθίας, ο αριθμός των σπειρών είναι μικρός, η ακτινική διάσταση του πλέγματος είναι μικρή, και το ύψος είναι σχετικά υψηλό, έτσι η τιμή της τάξης μηδενικής ακολουθίας είναι δύσκολο να ελεγχθεί. Όταν η βασική τιμή είναι μικρή, η κακή ελεγχή των διαστάσεων εύκολα οδηγεί στην εξαγερμένη απόκλιση. Αντίθετα, το ξηρό πλέγμα είναι σε σχέδιο με ρεσίνα, και η εξωτερική διάσταση είναι ευκολότερη να ελεγχθεί με τη βοήθεια ενός μολδαβίου, έτσι η απόκλιση είναι σχετικά μικρότερη.

Τα πραγματικά δεδομένα παραγωγής δείχνουν ότι η υφιστάμενη μέθοδος υπολογισμού δεν είναι εφαρμόσιμη για τους μετατροπείς γείωσης με χαμηλή τάξη μηδενικής ακολουθίας. Σε συνδυασμό με τα στατιστικά δεδομένα προηγούμενων προϊόντων, υποψιάζεται ότι θα πρέπει να εισαχθεί ένας συντελεστής διόρθωσης, και διαφορετικές τιμές τάξης μηδενικής ακολουθίας αντιστοιχούν σε διαφορετικούς συντελεστές διόρθωσης: όσο αυξάνεται η τάξη μηδενικής ακολουθίας, τόσο μειώνεται ο συντελεστής διόρθωσης μη-γραμμικά. Όταν η τάξη μηδενικής ακολουθίας φτάνει περίπου 10&Ω;, ο συντελεστής πλησιάζει το 1.0. Μετά το 10&Ω;, επηρεασμένος από μικρές διαφορές στη διαδικασία παραγωγής, ο συντελεστής δεν αλλάζει πολύ (υπάρχουν περιπτώσεις όπου είναι λιγότερο από 1.0, και η συνολική απόκλιση είναι χαμηλή), και η μορφή έκφρασης είναι περίπου μια αντιστρόφη συνάρτηση στο πρώτο ορθογώνιο (βλέπε Σχήμα 2).

Πρέπει να σημειωθεί ότι η παραπάνω ανάλυση είναι μόνο εφαρμόσιμη για προϊόντα 10kV. Για προϊόντα πάνω από 10kV, αφού δεν υπάρχει τέτοια αυστηρή απαίτηση για χαμηλή τάξη μηδενικής ακολουθίας, το φαινόμενο υπερβολικής απόκλισης της τάξης μηδενικής ακολουθίας δεν έχει ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής.

4 Λύσεις

Για την αντιμετώπιση του ζητήματος της υπερβολικής μετρημένης τάξης μηδενικής ακολουθίας σε μετατροπείς γείωσης με χαμηλή τάξη μηδενικής ακολουθίας, προτείνονται οι παρακάτω βελτιώσεις με βάση τη συλλογή και ανάλυση δεδομένων:

4.1 Στρατηγική Βελτίωσης Σχεδιασμού

Όταν οι χρήστες απαιτούν εξαιρετικά μικρή τάξη μηδενικής ακολουθίας, η ακρίβεια των διαστάσεων του πλέγματος είναι δύσκολο να εγγυηθεί, εύκολα επεκτείνοντας τις αποκλίσεις μέτρησης. Για προϊόντα με απαιτούμενη τάξη μηδενικής ακολουθίας <5&Ω;, πρέπει να επιφυλάσσεται περιθώριο σχεδιασμού 2-5 φορές. Όσο μικρότερη είναι η τιμή της αντίστασης, τόσο μεγαλύτερο περιθώριο χρειάζεται για να εξασφαλιστεί ότι οι μετρημένες τιμές ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις.

4.2 Σημεία Έλεγχου Κατασκευής

Η διαδικασία παραγωγής έχει καθοριστικό ρόλο στην εξασφάλιση της ακρίβειας των δεδομένων των προϊόντων:

• Έλεγχος Ακρίβειας Φόρμας: Να κατασκευάζονται φόρμες πλεγμάτων συμβατά με τ