Keskustelu matalan nollajäykkyuden maanjäähdytysmuuntajien suunnittelusta

Kun sähköverkon koko on laajentunut ja kaupunkien sähköverkot ovat siirtymässä kaapeliteihin, 6kV/10kV/35kV-verkoissa oleva kapasitiivinen virta on kasvanut merkittävästi (yleensä yli 10A). Koska tämän jännitetasoisessa verkossa käytetään pääasiassa neutraalipistettä ei-yhdistettyä toimintatapaa, ja päämuuntimien jakeluverkkopuolella on yleensä deltayhdistelmä, jota ei ole luonnollinen maapiste, maapitävät arkit eivät voi luotettavasti sammua, mikä edellyttää maapistemuuntimien käyttöönottoa. Z-typen maapistemuuntimet ovat tullut vallitseviksi niiden pieniä nollasekvenssiimpedanssiaan vuoksi, mutta jotkut järjestelmät vaativat vielä pienempää nollasekvenssiimpedanssia. Sitä pienempi impedanssiarvo, sitä suurempi poikkeama, mikä edellyttää kohdennettuja toimenpiteitä alhaan nollasekvenssiimpedanssin omaavien maapistemuuntimien suunnittelussa.

1. Z-typen maapistemuuntimen nollasekvenssiimpedanssin laskentamenetelmä
1.1 Topologinen rakenne

Z-typen maapistemuuntimen korkeajännitekierukset yhdistetään z-pätkäyksellä. Jokainen vaiheen kierukka jaetaan ylä- ja alakierukaksi (kuten kuvassa 1), jotka pyyhkäistään eri muuripylväille. Saman vaiheen kaksi puolikasta yhdistetään sarjana vastakkaisella napautuksella, muodostaen erityisen magnetoelektrisen kytkennän.

Nollasekvenssiimpedanssi lasketaan yhtälön (1) mukaan.

Yhtälössä X0 on nollasekvenssiimpedanssi, W on yhden kieruksen pyöräyksiä (eli puolikkaan kieruksen), ΣaR on vastaava magneettilevakenttapiiri, ρ on Lorenzin kerroin, ja H on kieruksen induktiivisuuskorkeus.

2 Nollasekvenssiimpedanssin poikkeamien analyysi

IEC 60076 - 1 -standardin mukaan maapistemuuntimen nollasekvenssiimpedanssin poikkeama on hyväksyttävä, jos se on ±10%:n sisällä. Viime vuosina tuotetun satojen maapistemuuntimien (mukaan lukien öljykympärit ja kuivat tyypit) testitulosten analyysin perusteella ja nollasekvenssiimpedanssin mitattujen arvojen ja suunnitelman arvojen välisen ero vertailun perusteella, erot voidaan noin luokitella seuraaviksi kolmeen kategoriaan:

• Mitattu arvo on lähellä suunnitelman arvoa: Poikkeama on poikkeaman rajan sisällä. Tämä tyyppi on suurin osa, ja useimmat tuotteet ovat hyväksyttäviä.

• Mitattu arvo on pienempi kuin suunnitelman arvo: Poikkeama ylittää annetun arvon. Kuitenkin, koska käyttäjät yleensä määrittelevät vain impedanssin ylärajan eivätkä alarajaa, se on silti hyväksyttävä, mutta esiintymisprosentti on erittäin pieni.

• Mitattu arvo on suurempi kuin suunnitelman arvo: Se ylittää vakavasti asiakkaan vaatimukset ja todetaan epähyväksyttäväksi. Tämä on myös erittäin harvinainen tilanne.

Erilaisten käyttäjien erilaisia vaatimuksia nollasekvenssiimpedanssia kohtaan johtuen on olemassa useita erilaisia maapistemuuntimia. Niistä 35kV-luokalla on suurin osuus, sen jälkeen 10kV-luokka. Yleensä 35kV-luokan maapistemuuntimissa nollasekvenssiimpedanssi vaaditaan usein ≤ 120Ω; 10kV-luokalle se on yleensä ≤ 15Ω. Jotkut käyttäjät vaativat pienempää arvoa, ja jotkut eivät aseta selkeitä vaatimuksia.

3 Tietojen analyysi

Monien maapistemuuntimien testitulosten huolellinen tarkastelu osoittaa, että nollasekvenssiimpedanssin suuren poikkeaman pääasiallinen syy on käyttäjän vaatima arvo, joka poikkeaa liian paljon tavallisista impedanssiarvoista. Liian suuret ja liian pienet arvot tuovat suuria haasteita tuotantoon ja valmistukseen. Kaavasta (1) nähdään, että nollasekvenssiimpedanssi on toiseen potenssiin suhteessa pyöräyksien määrään, joka on keskeinen tekijä, joka vaikuttaa nollasekvenssiimpedanssiin: mitä enemmän pyöräyksiä, sitä enemmän säädettä käytetään; mitä vähemmän pyöräyksiä, sitä enemmän muuripuuta käytetään. Olipa nollasekvenssiimpedanssi sitten liian suuri tai liian pieni, se lisää huomattavasti tuotantokustannuksia.

3.1 Tapauksen analyysi

Kahden eri erän pienkapasiteettisten 10kV-maapistemuuntimien esimerkkejä analysoidaan:

• Öljykympärimaapistemuuntin: Malli DKS11 - 125/10.5, ilman toissijaisia kierukoita. Käyttäjä vaatii nollasekvenssiimpedanssin olevan < 4&Omega;. Edellä mainitun laskentamenetelmän perusteella, valmistuspoikkeamaa ja varustetta ottaen huomioon, suunnitelmarajaksi asetetaan 2.2&Omega;. Kuitenkin samalla valmistusprosessilla testausmitattu arvo ylittää vakavasti standardin, ollessaan 3.5 kertaa suurempi kuin suunniteltu arvo; ensimmäisen erän 7 tuotteen nollasekvenssiimpedanssi oli kaikki 7&Omega; - 8&Omega; välillä.

• Kuiva maapistemuuntin: Malli DKSC11 - 125/10.5, nollasekvenssiimpedanssin suunnitelmaraja on 2.25&Omega;, ja valmiin tuotteen testitulos on 6.8&Omega;, joka on noin 3 kertaa suurempi kuin standardi. Se lähetettiin tehtaasta vain käyttäjän neuvottelun ja suostumuksen jälkeen.

Vertailun perusteella öljykympärimuuntimen poikkeama on hieman suurempi kuin kuivan muuntimen. Syy on, että kun suunnittelemme erittäin pienelle nollasekvenssiimpedanssille, pyöräyksien määrä on pieni, kieruksen radiaalinen koko on pieni, ja korkeus on suhteellisen suuri, joten nollasekvenssiarvo on vaikea hallita. Kun perusarvo on pieni, mittasuhteiden heikko hallinta johtaa helposti poikkeamien suurentumiseen; kun taas kuiva kierukka on resiinin peitossa, ulkomitta on helpompi hallita mallin avulla, joten poikkeama on suhteellisen pieni.

Oikeastaan tuotantoaineistosta nähdään, että nykyinen laskentamenetelmä ei sovellu maapistemuuntimiin, joissa on alhainen nollasekvenssiimpedanssi. Aiempia tuotteiden tilastoja yhdistellen, voidaan päätellä, että pitäisi ottaa käyttöön korjauskertoimia, ja eri nollasekvenssiarvoilla vastaavat eri korjauskertoimet: kun nollasekvenssiarvo kasvaa, kerroin pienenee epälineaarisesti; kun nollasekvenssiarvo saavuttaa noin 10&Omega;, kerroin lähestyy 1.0:ta; ylittäessään 10&Omega:n, valmistusprosessin pieniä eroja vaikuttamatta, kerroin muuttuu vain vähän (joskus on tapauksia, jossa se on alle 1.0, ja kokonaispoikkeama on pieni), ja ilmaisun muoto on likimain käänteisessä suhteessa ensimmäisessä neljänneksessä (katso kuva 2).

On huomioitava, että yllä mainittu analyysi on sovellettavissa vain 10kV-tuotteisiin. Yli 10kV-tyyppejä koskevissa tuotteissa, koska niissä ei ole yhtä tiukkaa vaatimusta alhaiseen nollasekvenssiimpedanssiin, ei ole havaittu liian suurta nollasekvenssiimpedanssin poikkeamaa tähän mennessä.

4 Ratkaisut

Alhaisen nollasekvenssiimpedanssin maapistemuuntimissa esiintyvän liian suuren mitatun nollasekvenssiimpedanssin ongelman ratkaisemiseksi ehdotetaan seuraavia optimointitoimenpiteitä datan keräämis- ja analyysiperusteella:

4.1 Suunnittelun optimointistrategia

Kun käyttäjät vaativat erittäin pieniä nollasekvenssiimpedanssiarvoja, kierukoiden mittojen tarkkuuden on vaikea taata, mikä helpottaa mittauspoikkeamien suurentumista. Tuotteille, joiden vaadittu nollasekvenssiimpedanssi on <5&Omega;, tulisi varata suunnittelun varustetta 2-5 kertaa. Mitä pienempi impedanssiarvo, sitä suurempi varusteen tarve taatakseen, että mitatut arvot täyttävät vaatimukset.

4.2 Valmistuksen hallinnan painopisteet

Tuotantoprosessi on ratkaiseva rooli tuotteen suorituskyvyn tarkkuuden varmistamisessa:

• Mallin tarkkuuden hallinta: Valmistetaan kierukkamalleja tarkasti suunnitelman mukaan, varmistetaan mitoitusrajat.

• Kierukoiden mittojen hallinta:

• Tarkasti hallitaan kierukoiden radiaalisia ja aksiaalisia mittoja, sillä nämä parametrit vaikuttavat suoraan nollasekvenssiimpedanssiin, kun pyöräyksien määrä on määrätty. Kaikki mitat täytyvät noudattaa piirustuksen toleransseja.

• Alhaisen impedanssin tuotteissa, jotka käyttävät pieniä enameilliisia juosteita, väliviivasto on asetettava tasaisesti, ja kierukat on pyyhkäistä tiiviisti.

• Erikoisprosessit kuivalle tuotteelle:

• Resiinin kastetulle rakenteelle käytetään sisä- ja ulkomalleja, jotta halkaisijamitat voidaan tarkasti hallita. Verkon verkon peittävä levä, joka on asetettu ennen pyyhkäisemistä, tulisi olla hieman pienempi (ei suurempi) kuin määritelty.

• Segmentoidun kieruksen aksiaalisia mittoja hallitaan segmenttien välisellä eristysvaiheella. Säädä ja kiinnitä jokaisen segmentin korkeus ja väli, jotta estetään romahdus kastettaessa.

4.3 Teknisten sopimusten suositukset

• Priorisoi sopimuksissa nollasekvenssiimpedanssin määrittelyä &ge;5&Omega;.

• Jos käyttäjät vaativat <5&Omega;, tiedota etukäteen valmistuksen vaikeudesta ja perustele neuvottelujärjestelmä, jotta vältetään toimitusriskit.

5 Johtopäätös

Alhaisen nollasekvenssiimpedanssin maapistemuuntimissa on huomattavia poikkeamia yleisten kaavojen laskemien suunnitelma-arvojen ja todellisten mitattujen arvojen välillä. Suositellaan, että tuotettavuus arvioidaan tilaamisvaiheessa, korjauskertoimet otetaan käyttöön suunnittelussa, ja riittävä tuotantovaraus tehdään, jotta tuotteiden yhtenäisyys ja toimitusluotettavuus paranevat.