Разговор за дизајн на трансформатори со ниска импеданса на нултата секвенца за земја

Со зголемувањето на масата на системите за енергија и процесот на каблирање на градските мрежи за енергија, капацитетниот ток во мрежите за енергија од 6кВ/10кВ/35кВ значително се зголемил (обично над 10А). Бидејќи мрежите при овој ниво на напон најчесто користат оперативен модел со не-земана средина, а распределната страна на главните трансформатори обично е во делта поврзаност, што недостасува природна точка за земање, дуговите при дефекти на земањето не можат надежно да се угасат, што бара воведување на трансформатори за земање. Z-тип трансформаторите за земање станаа mainstream поради нивната мала нултоследна импеданса, но некои системи бараат помала нултоследна импеданса. Колку помал импедансата, тој поголем е отстапувањето, што бара целеви мерки во дизајнот на трансформаторите за земање со ниска нултоследна импеданса.

1. Метод на пресметка на нултоследната импеданса за Z-тип трансформатор за земање
1.1 Тополошка структура

Високонапонскиот обмот на Z-тип трансформатор за земање користи зиг-заг поврзаност. Секој фазен обмот е поделен на горен и долен пол-обмот (како што е прикажано на Слика 1), кои се поединечно намотани на различни језерца. Двата пол-обмота од иста фаза се поврзани серијно со обратна полярност, формирајќи специјална магнето-електричка поврзаност.

Нултоследната импеданса се пресметува како што е прикажано во равенката (1).

Во формулата, X0 е нултоследната импеданса, W е бројот на завои на еден обмот (тоест, пол-обмот), ΣaR е еквивалентната област на изтечокот, ρ е Лоренцов коефициент, а H е индуктивната висина на обмотот.

2 Анализа на отстапувањето на нултоследната импеданса

Според стандардот IEC 60076 - 1, отстапувањето на нултоследната импеданса на трансформаторот за земање се смета за квалификувано ако е во опсегот ±10%. Кроз анализа на испитните резултати на стотици трансформатори за земање (вклучувајќи масло-потопени и сушено-тип) произведени од компанијата во последните години, и според споредба на разликите помеѓу фактички мерените и дизајнирани вредности на нултоследната импеданса, разликите можат да се поделат на следните три категории:

• Мерена вредност блиска до дизајнираната вредност: Разликата е во рамки на допустеното отстапување. Овој тип го чини најголемиот дел, и повеќето производи се квалификувани.

• Мерена вредност помала од дизајнираната вредност: Отстапувањето надминува дадената вредност. Меѓутоа, бидејќи корисниците обично само поставуваат горен лимес на импедансата и нема нижна граница, тоа все уште е квалификувано, но случаите се екстремно ретки.

• Мерена вредност поголема од дизајнираната вредност: Серозно надминува барањата на клиентот и се смета за неквалификувано. Такође, тоа е многу ретка ситуација.

Збогодиферентните барања за нултоследна импеданса од различни корисници, постојат различни видови на трансформатори за земање. Од нив, класата 35кВ има најголема пропорција, а следи ја класата 10кВ. Обично, за трансформаторите за земање од класа 35кВ, нултоследната импеданса најчесто се бара да биде ≤ 120Ω; за класата 10кВ, обично се бара да биде ≤ 15Ω. Некои корисници имаат помали барања, а некои не ги направуваат ясни барања.

3 Анализа на податоци

Комплексно разгледувајќи испитните резултати на многу трансформатори за земање, основната причина за големото отстапување на нултоследната импеданса лежи во тоа дека вредноста барана од корисникот значително се разликува од конвенционалната импедансна вредност. И прекумерно големите и прекумерно малите вредности ќе доведат до големи предизвици во производството и изработка. Од формула (1) се гледа дека нултоследната импеданса има квадратна релација со бројот на завои, што е најкритичниот фактор кој влијае на нултоследната импеданса: колку повеќе завои, повеќе жичка се користи; колку помалку завои, соодветно се зголемува количината на језерце. Бидејќи нултоследната импеданса е премногу голема или премногу мала, значително ќе се зголемат производствените трошоци.

3.1 Анализа на случаи

Да се земат два серии малокапацитетни 10кВ трансформатори за земање како примери за анализа:

• Масло-потопен трансформатор за земање: Модел DKS11 - 125/10.5, без вторичен обмот. Корисникот бара нултоследна импеданса < 4&Omega;. Според претходниот метод на пресметка, по разгледување на производственото отстапување и резервирање на маржина, дизајнираната вредност е поставена на 2.2&Omega;. Меѓутоа, под ист производствен процес, испитната мерна вредност значително надминува стандардот, бидејќи е 3.5 пати поголема од дизајнираната вредност; за првата серија од 7 производи, нултоследната импеданса е во опсегот 7&Omega; - 8&Omega;.

• Сушено-тип трансформатор за земање: Модел DKSC11 - 125/10.5, дизајнираната вредност на нултоследната импеданса е 2.25&Omega;, а испитниот резултат на готовиот производ е 6.8&Omega;, што надминува стандардот околу 3 пати. Испратен е од завод само по преговор и дозвола од корисникот.

Според споредба, отстапувањето на масло-потопениот тип е мало поголемо од сушено-тип. Причината е дека кога се дизајнира за многу мала нултоследна импеданса, бројот на завои е мал, радијалната големина на обмотот е мала, а висината е относително висока, така што нултоследната вредност е тешко контролируема. Кога базната вредност е мала, лоша контрола на размерите лесно доведува до зголемување на отстапувањето; додека сушено-тип обмотот е отливен со смола, и надворешната размера е лесно контролируема со помош на форма, така што отстапувањето е помало.

Фактичките производствени податоци покажуваат дека постојачкиот метод на пресметка не е применлив за трансформаторите за земање со ниска нултоследна импеданса. Комбинирано со статистичките податоци на претходните производи, се претпоставува дека треба да се воведе поправен коефициент, и различни нултоследни вредности одговараат на различни поправни коефициенти: како што нултоследната вредност се зголемува, коефициентот се намалува не-линеарно; кога нултоследната вредност достигне околу 10&Omega;, коефициентот се приближува до 1.0; по надминување на 10&Omega;, поради мали разлики во производствениот процес, коефициентот малку се менува (понекогаш е помал од 1.0, и целинското отстапување е ниско), и формата на изразување е приближно функција на обратна пропорција во првиот квадрант (видете Слика 2).

Треба да се забележи дека горенаведената анализа е применлива само за продукти од 10кВ. За продукти над 10кВ, бидејќи нема такова строго барање за ниска нултоследна импеданса, до сега не се најдени случаи на прекумерно отстапување на нултоследната импеданса.

4 Решенија

За да се реши проблемот со прекумерно мерена нултоследна импеданса во трансформаторите за земање со ниска нултоследна импеданса, се предлажаат следниве оптимизациони мерки на основа на собирање и анализа на податоци:

4.1 Стратегија за дизајнска оптимизација

Кога корисниците бараат екстремно мала нултоследна импедансна вредност, прецизноста на размерите на обмотите е тешко осигурлива, лесно го зголемува мерното отстапување. За производи со барана нултоследна импеданса <5&Omega;, треба да се резервира маржина од 2-5 пати. Колку помалата импедансна вредност, толку поголема маржина е потребна за осигурување на мерени вредности кои ги задоволуваат барањата.

4.2 Контролни точки во производството

Производствениот процес игра одлучувачка улога во осигурувањето на точноста на перформансите на производот:

• Контрола на прецизноста на формите: Производство на форми за обмоти стриктно според дизајнските спецификации, осигурувајќи дека се задоволуваат толеранси на размери.

• Управување со размерите на обмотите:

• Прецизна контрола на радијалните и аксијалните размери на обмотите, бидејќи овие параметри директно влијаат на нултоследната импеданса после што се одреди бројот на завои. Сите размери мора да се согласуваат со толеранси на цртежите.

• За производи со ниска импеданса кои користат мали дијаметри на емалирани жички, изолацијата меѓу слоевите мора да биде правилно поставена, а обмотите треба да се намотаат тесно.

• Посебни процеси за сушено-тип производи:

• За структурите со отливка со смола, користете внатрешни и надворешни форми за прецизна контрола на дијаметралните размери. Дебелината на мрежната платна поставена пред намотавањето треба да биде мало помала (не поголема) од специфицираната.

• Аксијалните размери на поделените обмоти се контролирани со изолацијата меѓу деловите. Приспособете и фиксирајте висината и растојанието на секој дел за да се спречи колапсусот при отливка.

4.3 Предлози за технички договор

• Приоритетно спецификувајте нултоследна импеданса &ge;5&Omega; во договорите.

• Ако корисниците настајат на <5&Omega;, предварително јасно комуницирајте производствените трудности и установете механизам за консултации за да се избегнуваат ризици во испораката.

5 Заклучок

За трансформаторите за земање со ниска нултоследна импеданса, постојат значителни отстапувања помеѓу дизајнираните вредности пресметани со општи формули и фактичките мерни вредности. Предлажа се да се евалуира производливоста на време на нарачување, да се воведат поправни фактори при дизајнирањето, и да се резервираат доволни производствени маржини за подобрување на состојчивоста и надежноста на испораката на производот.