Razgovor o dizajnu transformatora za zemljenje s niskim nultom redoslijednom impedancijom

S razvojem mreže električne energije i procesom kabliranja gradske električne mreže, kapacitivni strujni tok u mrežama od 6kV/10kV/35kV značajno se povećao (obično premašuje 10A). Budući da električne mreže na tom naponu uglavnom koriste operacijski način s nezazemljenim neutralom, a distribucijska strana glavnih transformatora obično ima delta spoj, bez prirodnog točke zazemljenja, lukovi tijekom grešaka zazemljenja ne mogu pouzdano ugasi, što zahtijeva uvođenje zazemljivačkih transformatora. Z-tipovi zazemljivačkih transformatora postali su mainstream zbog njihovog male nultočkaste impedancije, ali neki sustavi zahtijevaju još manju nultočkastu impedanciju. Što je vrijednost impedancije manja, veća je devijacija, što zahtijeva ciljane mjere u dizajnu zazemljivačkih transformatora s niskom nultočkastom impedancijom.

1. Metoda izračuna nultočkaste impedancije za Z-tip zazemljivački transformator
1.1 Topološka struktura

Visokonaponsko vilo Z-tipa zazemljivačkog transformatora koristi zigzag spoj. Svako fazono vilo podijeljeno je na gornji i donji polovice (kao što je prikazano na slici 1), koje su odvojeno namotane na različite željezne stubiće. Dvije polovice istog fazonog vila spojene su serijalno s obrnutim polarnostima, formirajući posebnu magnetoelektričku spojnicu.

Nultočkasta impedancija izračunata je kao što je prikazano u jednadžbi (1).

U formuli, X0 jest nultočkasta impedancija, W jest broj zavojnica jednog vila (odnosno, poluvila), ΣaR jest ekvivalentna površina curenja magnetskog polja, ρ jest Lorenzov koeficijent, a H jest reaktivna visina vila.

2 Analiza devijacije nultočkaste impedancije

Prema standardu IEC 60076 - 1, devijacija nultočkaste impedancije zazemljivačkog transformatora smatra se ispravnom ako je unutar raspona ±10%. Analizom rezultata ispitivanja stotina zazemljivačkih transformatora (uključujući uljane i suhe vrste) proizvedenih od strane tvrtke u posljednjih godina, te usporedbom razlike između stvarno izmjerene i projektirane vrijednosti nultočkaste impedancije, razlike se mogu približno podijeliti u sljedeće tri kategorije:

• Izmjerena vrijednost je blizu projektirane vrijednosti: Razlika je unutar dopuštene devijacije. Ova kategorija čini najveću proporciju, a većina proizvoda je ispravna.

• Izmjerena vrijednost je manja od projektirane vrijednosti: Devijacija premašuje zadani iznos. Međutim, budući da korisnici obično specificiraju samo gornju granicu impedancije, a nema zahtjeva za donjom granicom, i dalje je ispravna, ali se pojavljuje vrlo rijetko.

• Izmjerena vrijednost je veća od projektirane vrijednosti: Značajno premašuje zahtjeve korisnika i smatra se neispravnom. Slično tome, ovo je također vrlo rijetka situacija.

Zbog različitih zahtjeva za nultočkastom impedancijom različitih korisnika, postoje različite vrste zazemljivačkih transformatora. Među njima, 35kV klasa ima najveću proporciju, nakon toga slijedi 10kV klasa. Općenito, za 35kV klasu zazemljivačkih transformatora, nultočkasta impedancija obično mora biti ≤ 120Ω; za 10kV klasu, obično mora biti ≤ 15Ω. Neki korisnici imaju manje zahtjeve, a neki ih ne specifičiraju jasno.

3 Analiza podataka

Kompleksno uzimajući u obzir rezultate ispitivanja više zazemljivačkih transformatora, temeljni uzrok velike devijacije nultočkaste impedancije leži u tome što vrijednost tražena od strane korisnika značajno odstupa od konvencionalne vrijednosti impedancije. Prevelika i premala vrijednost donose velike izazove u proizvodnji i izradi. Iz formule (1) može se vidjeti da nultočkasta impedancija ima kvadratnu vezu s brojem zavojnica, što je najkritičniji faktor koji utječe na nultočkastu impedanciju: što je više zavojnica, veća je količina provoda koja se koristi; što je manje zavojnica, veća je količina željeza koja se koristi. Bez obzira je li nultočkasta impedancija prevelika ili premala, značajno će povećati trošak proizvodnje.

3.1 Analiza slučaja

Uzmimo dva serije malih kapacitetnih 10kV zazemljivačkih transformatora kao primjer za analizu:

• Uljan zazemljivački transformator: Model DKS11 - 125/10.5, bez sekundarnog vila. Korisnik zahtijeva nultočkastu impedanciju < 4&Omega;. Prema prethodnoj metodi izračuna, uzimajući u obzir odstupanja u proizvodnji i rezervirajući margine, projektirana vrijednost postavljena je na 2.2&Omega;. Međutim, pod istim proizvodnim procesom, rezultat mjerenja značajno premašuje standard, budeći 3.5 puta veći od projektirane vrijednosti; za prvu seriju od 7 proizvoda, nultočkasta impedancija svih je u rasponu 7&Omega; - 8&Omega;.

• Suhi zazemljivački transformator: Model DKSC11 - 125/10.5, projektirana vrijednost nultočkaste impedancije je 2.25&Omega;, a rezultat mjerenja gotovog proizvoda je 6.8&Omega;, premašujući standard oko 3 puta. Isplaćen je sa fabrike tek nakon pregovora i dozvole korisnika.

Usporedbom, devijacija uljanog tipa je nešto veća od suhog. Razlog je u tome što, kada se dizajnira vrlo mala nultočkasta impedancija, broj zavojnica je mali, radijalne dimenzije vila su male, a visina je relativno visoka, pa je nultočkasta vrijednost teško kontrolirati. Kada je osnovna vrijednost mala, loša kontrola dimenzija lako dovodi do povećanja devijacije; dok suho vilo obloženo je smolom, a vanjska dimenzija lakše se kontrolira uz pomoć kalupa, pa je devijacija relativno manja.

Stvarni podaci proizvodnje pokazuju da postojeći način izračuna nije primjenjiv na zazemljivačke transformatore s niskom nultočkastom impedancijom. U kombinaciji s statističkim podacima prethodnih proizvoda, pretpostavlja se da bi trebao biti uveden korekcijski koeficijent, i različite nultočkaste vrijednosti odgovaraju različitim korekcijskim koeficijentima: kako nultočkasta vrijednost raste, koeficijent linearno pada; kada nultočkasta vrijednost doseže oko 10&Omega;, koeficijent se približava 1.0; nakon prelaska 10&Omega;, pod utjecajem malih razlika u proizvodnom procesu, koeficijent se malo mijenja (postoje povremeni slučajevi gdje je manji od 1.0, a ukupna devijacija je niska), a oblik izraza je približno inverzna funkcija u prvom kvadrantu (vidi sliku 2).

Trebalo bi napomenuti da je gore navedena analiza primjenjiva samo na 10kV proizvode. Za proizvode iznad 10kV, budući da nema toliko strogih zahtjeva za nisku nultočkastu impedanciju, do sada nije pronađen fenomen prekomjerne devijacije nultočkaste impedancije.

4 Rješenja

Kako bi se riješio problema prekomjerne izmjerene nultočkaste impedancije kod zazemljivačkih transformatora s niskom nultočkastom impedancijom, predlažu se sljedeće optimizacijske mjere temeljene na prikupljanju i analizi podataka:

4.1 Strategija optimizacije dizajna

Kada korisnici zahtijevaju izuzetno malu nultočkastu impedanciju, preciznost dimenzija vila je teško osigurati, lako povećavajući devijaciju mjerenja. Za proizvode s zahtjevom za nultočkastu impedanciju <5&Omega;, treba rezervirati maržu od 2-5 puta. Što je manja vrijednost impedancije, veća je potrebna marža kako bi se osiguralo da izmjerene vrijednosti zadovoljavaju zahtjeve.

4.2 Kontrolne točke proizvodnje

Proizvodni proces ima odlučujuću ulogu u osiguravanju preciznosti performansi proizvoda:

• Kontrola preciznosti kalupa: Kalupe za vila proizvedeni su strogo prema specifikacijama dizajna, osiguravajući da su tolerancije dimenzija zadovoljene.

• Upravljanje dimenzijama vila:

• Precizno kontrolirati radijalne i aksijalne dimenzije vila, jer ovi parametri direktno utječu na nultočkastu impedanciju nakon određivanja broja zavojnica. Sve dimenzije moraju biti u skladu s tolerancijama crteža.

• Za proizvode s niskom impedancijom koji koriste tanke enameledne žice, međuslojna izolacija mora biti ravna, a vila trebaju biti tesno namotan.

• Posebni procesi za suhe proizvode:

• Za lisane strukture, koristiti unutarnje i vanjske kalupe za preciznu kontrolu dijametralnih dimenzija. Debljina mrežne tkanine položene prije namotave treba biti nešto manja (ne veća) od specifikacije.

• Aksijalne dimenzije segmentiranih vila kontroliraju se intersegmentnom izolacijom. Ajustirati i fiksirati visinu i razmak svakog segmenta kako bi se spriječilo rušenje tijekom lisanja.

4.3 Preporuke tehničkog sporazuma

• Prioritetno navedite nultočkastu impedanciju &ge;5&Omega; u sporazumima.

• Ako korisnici insistiraju na <5&Omega;, unaprijed jasno komunicirajte tehnološke teškoće i uspostavite konsultativni mehanizam kako bi se spriječili rizici pri isporuci.

5 Zaključak

Za zazemljivačke transformatore s niskom nultočkastom impedancijom, postoji značajna devijacija između vrijednosti dizajna izračunate općim formulama i stvarnih mjerenja. Preporučljivo je procijeniti proizvodljivost na etapi narudžbe, uvesti korekcijske faktore tijekom dizajna i rezervirati dovoljne proizvodne margine kako bi se poboljšala konzistentnost proizvoda i pouzdanost isporuke.