Väikese või nullilise nollajärjestusimpedantsiga maandustransformatorite disaini arutelu

Kui elektrivõrgu suurus on laienenud ja linnade võrkude kaabeldumine on edenenud, on 6kV/10kV/35kV võrkude kondensaatorjoone kulmineeritud oluliselt kasvanud (tavaliselt ületab 10A). Kuna sellel pinge tasemel toimivad võrgud peamiselt neutraalpunktita, ja peamiste transformatortööriistade jagamispingevool on tavaliselt kolmnurksesse ühenduses, puudub loomulik maanduspunkt, mis takistab maapinna kulumise ajal tekkinud pläästide usaldusväärset välja tuletust, milleks on vaja tuua sisse maanduse transformatord. Z-tüübi maandustransformatord on saanud populaarseks nende väikese nulljärgulise impedantsi tõttu, kuid mõned süsteemid nõuavad veel väiksemat nulljärgulist impedantsi. Mida väiksem on impedantsi väärtus, seda suurem on erinevus, mis nõuab suunatud meetmeid madala nulljärgulise impedantsiga maandustransformatorte disainides.

1. Nulljärgulise impedantsi arvutusmeetod Z-tüübi maandustransformatori puhul
1.1 Topoloogiline struktuur

Z-tüübi maandustransformatori kõrgepinge jumestus kasutab zigzag-ühendust. Iga faasi jumestus on jagatud ülemisele ja alumisele pool-jumestusele (näha joonisel 1), mida vastavalt winditakse erinevatel raudkerede veerge. Samas faasis olevad pool-jumestused on seostatud vastupidises polaarilistes suundades, moodustades erilise magneet-elektri koopluse struktuuri.

Nulljärguline impedants arvutatakse järgmise valemi (1) kohaselt.

Valemis, X0 on nulljärguline impedants, W on ühe jumestuse keerete arv (see tähendab pool-jumestuse), ΣaR on ekvivalentne lekke magnetväli, ρ on Lorenzi kordaja, ja H on jumestuse reaktiivsus.

2 Nulljärgulise impedantsi erinevuse analüüs

IEC 60076-1 standardi kohaselt on maandustransformatori nulljärgulise impedantsi erinevus hea, kui see on ±10% piirides. Viimaste aastate tootmisandmete analüüsi ja tegeliku mõõtmisväärtuse ning disainiväärtuse erinevuste võrdlemise kaudu, võib need erinevused jagada järgmisten kolme kategooria:

• Mõõdetud väärtus on lähedane disainiväärtusele: Erinevus on piirides. See tüüp moodustab suurima osa, ja enamik tooteid on kvaliteedilised.

• Mõõdetud väärtus on väiksem kui disainiväärtus: Erinevus ületab antud väärtuse. Kuid kuna kasutajad tavaliselt määravad ainult impedantsi ülemise limiidi ja pole allika nõuet, siis see on endiselt kvaliteedilane, kuid selliste juhtude esinemissagedus on äärmiselt väike.

• Mõõdetud väärtus on suurem kui disainiväärtus: See tõsiselt ületab klientide nõuded ja hinnatakse ebatõhusaks. Samaaegselt on see ka väga haruldane olukord.

Nulljärgulise impedantsi nõuded erinevate kasutajate poolt on erinevad, seega on olemas mitmed tüübid maandustransformatoreid. Sealhulgas 35kV klassil on kõrgeim osakaal, järgnevad 10kV klass. Tavaliselt, 35kV klassi maandustransformatoreid nõutakse, et nulljärguline impedants oleks ≤ 120Ω; 10kV klassi puhul tavaliselt ≤ 15Ω. Mõned kasutajad nõuavad väiksemat väärtust, teised aga ei tee selget nõuet.

3 Andmeanalüüs

Mitmeid maandustransformatoreid mõõdetud andmete üldistatud vaatlemisega, suure nulljärgulise impedantsi erinevuse põhjustiks on kasutaja nõue, mis on liiga palju eemale traditsioonilisest impedantsiväärtusest. Nii liiga suured kui ka liiga väikesed väärtused toovad suuri väljakutseid tootmisele ja valmistamisele. Valemist (1) nähtub, et nulljärguline impedants on ruutkeskmine keerete arvu suhtes, mis on kõige kriitilisem tegur, millel on mõju nulljärgulisele impedantsile: mida rohkem on keerete arv, seda rohkem draadi kasutatakse; mida väiksem on keerete arv, seda suurem on vastavalt raudkerde koguse kasutamine. Olgu nulljärguline impedants liiga suur või liiga väike, see tõmbab kaasa tootmiskulude olulise kasvu.

3.1 Juhtumi analüüs

Analüüsimiseks võetakse kahte väikese kapatsusega 10kV maandustransformatööri näidet:

• Ölitundlik maandustransformator: Mall DKS11 - 125/10.5, ilma sekundaarse jumestuseta. Kasutaja nõuab, et nulljärguline impedants oleks < 4&Omega;. Eelmise arvutusmeetodi järgi, arvestades tootmisvahetusi ja varuserva jättes, on disainiväärtuseks seatud 2.2&Omega;. Kuid sama tootmisprotsessi käigus, testmõõtmiste tulemus ületab tõsiselt standardi, olevat 3.5 korda suurem kui disainiväärtus; esimese partii 7 toote puhul oli nulljärguline impedants kõik 7&Omega; - 8&Omega; vahemikus.

• Kuiv maandustransformator: Mall DKSC11 - 125/10.5, nulljärgulise impedantsi disainiväärtus on 2.25&Omega;, ja valmis toote testmõõtmiste tulemus on 6.8&Omega;, mis ületab standardi umbes 3 korda. See läks välja müügist ainult kasutaja nõustumise ja luba andmise järel.

Võrreldes, on ölitundliku tüübi erinevus suurem kui kuiva tüübi. Põhjuseks on, et väikese nulljärgulise impedantsi disainimisel on keerete arv väike, jumestuse raadius on väike, ja kõrgus on suurem, mis muudab nulljärgulise väärtuse kontrollimise raskeks. Väike alusväärtusel viiakse lahku suurendades erinevust; samas kuiv jumestus on resina kastmes, ja välise mõõdu kontrollimine on lihtsam malli abil, seega on erinevus suhteliselt väiksem.

Tegelik tootmisandmed näitavad, et olemasolev arvutusmeetod ei sobi madala nulljärgulise impedantsiga maandustransformatööridele. Varasemate toodete statistiliste andmete kombel, on soovitatav sisestada paranduskordaja, ja erinevad nulljärgulised väärtused vastavad erinevatele paranduskordajatele: kui nulljärguline väärtus suureneb, siis kordaja väheneks mittelineaarselt; kui nulljärguline väärtus jõuab umbes 10&Omega;ni, siis kordaja läheneb 1.0-le; ületades 10&Omega;, mõjutab tootmisprotsessi väiksed erinevused vähe (on vaid erandlikult vähem kui 1.0, ja üldine erinevus on väike), ja avaldusviis on umbes pöördproportsionaalne funktsioon esimeses veerandis (näha joonist 2).

Tuleb märkida, et see analüüs on rakendatav ainult 10kV toodetele. Üle 10kV toodete puhul, kuna pole nii rangeid nõudeid madala nulljärgulise impedantsi kohta, ei ole seni avastatud ülemaara nulljärgulise impedantsi erinevust.

4 Lahendused

Madala nulljärgulise impedantsiga maandustransformatööride probleemi ülemaara mõõdetud nulljärgulise impedantsiga lahendamiseks, pakutakse järgmisi optimeerimismeetodeid andmete kogumise ja analüüsi põhjal:

4.1 Disaini optimeerimisstrateegia

Kui kasutajad nõuavad äärmiselt väikest nulljärgulist impedantsiväärtust, on jumestuse mõõtmete täpsus raske tagada, mis suurendab mõõtmiserinevusi. Toodete puhul, mille nõutav nulljärguline impedants on <5&Omega;, peaks reserverdama disainivaruserva 2-5 korda. Mida väiksem on impedantsi väärtus, seda suurem on vajalik varuserva, et tagada, et mõõdetud väärtused vastavad nõuetele.

4.2 Valmistamise kontrollpunktid

Tootmisprotsess mängib otsustavat rolli toote jõudluslike omaduste täpsuse tagamisel:

• Malli täpsuse kontroll: Jumestuse mallide tootmine tuleb järgida täpselt disainispecifikatsioone, tagades, et mõõtmetoleransid vastavad.

• Jumestuse mõõtmete haldus:

• Jumestuse raadius- ja telje-mõõtmete täpne kontroll, kuna need parameetrid mõjutavad otse nulljärgulist impedantsi, kui keerete arv on kindlaks määratud. Kõik mõõdud peavad vastama joonistuse tolerantsidele.

• Madala impedantsiga toodete puhul, kasutates väikese diameetri vernikuit, tuleb kihti-isolatsioon asetada tasaselt, ja jumestus tuleb tihti windida.

• Eriline protsess kuive toodete puhul:

• Resina kastme struktuurile kasutatakse sisemisi ja välimisi malle, et täpselt kontrollida läbimõõtu. Windimise ees asetatava võrgustiku paksus peaks olema väiksem (mitte suurem) kui määratud.

• Segmenteeritud jumestuse telje-mõõtmed kontrollitakse segmentide vahelise isolatsiooni kaudu. Iga segmenti kõrgust ja vahemaad tuleb korrigeerida ja kindlaks määrata, et vältida kokkuvarisemist kastmise käigus.

4.3 Tehnilise lepingu soovitused

• Eelistage lepingutes nulljärgulise impedantsi määratlemist &ge;5&Omega;.

• Kui kasutajad nõuavad <5&Omega;, siis tuleb eelnevalt selgelt kommunikeerida tootmisraskeid ning luua nõuandekeskus, et vältida tarne riski.

5 Kokkuvõte

Madala nulljärgulise impedantsiga maandustransformatööride puhul on olulised erinevused disainiväärtuste ja tegelike mõõtmiste vahel, mis arvutatakse tavaliste formulatega. Soovitatakse hindada tootmisvõimet tellimuse staadiumis, lisada paranduskordajaid disainis, ja jätta piisav tootmisvaruserv, et parandada toote ühtsust ja tarnekindsust.