Razprava o načrtovanju preobrazovalnikov z nizko ali ničelno zaporedno impedanco
S sproščanjem merila električnih sistemov in kabelizacijo urbanih električnih omrežij je kapacitivni tok v omrežjih 6kV/10kV/35kV značilno povečan (običajno presega 10A). Ker večina omrežij na tem naponu uporablja operacijski način z nezazemljeno neutralo, in distribucijska stran glavnih transformatorjev je običajno v trikotniku, ki manjka naravna točka zazemljenja, luka pri krajskih napakah ne morejo zanesljivo izgoreti, kar zahteva uvedbo transformatorjev za zazemljanje. Z-transformatorji so postali mainstream zaradi svoje majhne impedanci ničtega zaporedja, vendar nekateri sistemi zahtevajo še manjšo impedanco ničtega zaporedja. Številčna vrednost impedanci ničtega zaporedja, večja je odstopanja, kar zahteva ciljne ukrepe pri razvoju transformatorjev za zazemljanje z nizko impedanco ničtega zaporedja.
1. Način izračuna impedanci ničtega zaporedja Z-transformatorja za zazemljanje
1.1 Topološka struktura
Visokonaponska vinčenja Z-transformatorja za zazemljanje uporabljajo zig-zag povezavo. Vsako fazno vinčenje je razdeljeno na zgornje in spodnje polvinčenje (kot je prikazano na Sliki 1), ki sta posamezno ovitoma na različnih železnih stolpcih. Dve polvinčenji iste faze sta serije povezani v nasprotni polariteti, kar tvori posebno magnetoelektrično sklopitveno strukturo.
Impedanca ničtega zaporedja se izračuna kot je prikazano v enačbi (1).
V formuli je X0 impedanca ničtega zaporedja, W število obratov enega vinčenja (to je polvinčenje), ΣaR ekvivalentna področja iztekanja magnetnega toka, ρ Lorenzov koeficient, in H indukcijska višina vinčenja.
2 Analiza odstopanj impedanci ničtega zaporedja
Po standardu IEC 60076 - 1 je odstopanje impedanci ničtega zaporedja transformatorja za zazemljanje ocenjeno kot uspešno, če leži znotraj obsega ±10%. Skozi analizo testnih rezultatov stotk transformatorjev za zazemljanje (vključno z masnim in suhim tipom), proizvedenih v zadnjih letih, in primerjanjem razlik med dejanskimi in projektiranimi vrednostmi impedanci ničtega zaporedja, se razlike lahko grobo razdelijo na naslednje tri kategorije:
Zaradi različnih zahtev uporabnikov za impedanco ničtega zaporedja obstaja več vrst transformatorjev za zazemljanje. Med njimi ima 35kV razred največjo proporcijo, sledi 10kV razred. Običajno za transformatorje 35kV razreda zahteva impedanca ničtega zaporedja ≤ 120Ω; za 10kV razred pa je običajno zahteva ≤ 15Ω. Nekateri uporabniki imajo manjše zahteve, drugi pa jih niso jasno določili.
3 Analiza podatkov
Ob upoštevanju testnih rezultatov več transformatorjev za zazemljanje, se izvirna pricina velikih odstopanj impedanci ničtega zaporedja nahaja v tem, da se vrednost, zahtevana od stranke, precej razlikuje od konvencionalne impedančne vrednosti. Tanto prevelike kot premale vrednosti bodo prinesle velike izzive pri proizvodnji in izdelavi. Iz enačbe (1) je videti, da ima impedanca ničtega zaporedja kvadratni odnos do števila obratov, kar je najpomembnejši faktor, ki vpliva na impedanco ničtega zaporedja: več obratov, več uporabljenega druta; manj obratov, več uporabljenega železa. Če je impedanca ničtega zaporedja ali prevelika ali premajhna, bo to značilno povečalo stroške proizvodnje.
3.1 Analiza primera
Vzemimo za primer dva paketa majhnih 10kV transformatorjev za zazemljanje:
Pri primerjavi je odstopanje masnega tipa malenkost večje od suhega tipa. Razlog je v tem, da pri dizajnu zelo majhne impedanci ničtega zaporedja, je število obratov majhno, radijalna velikost vinčenja je majhna, višina pa relativno visoka, zato je težko nadzirati vrednost ničtega zaporedja. Ko je osnovna vrednost majhna, lahko slabo nadzirana velikost hitro poveča odstopanje; medtem ko je suho vinčenje odlito z resino, zunanje dimenzije pa je lažje nadzirati s pomočjo forme, zato je odstopanje relativno manjše.
Dejanski proizvodni podatki kažejo, da obstoječ način izračuna ni primern za transformatorje za zazemljanje z nizko impedanco ničtega zaporedja. Skupaj s statističnimi podatki prejšnjih izdelkov se domnevajo, da bi morali uvesti popravni koeficient, in različne vrednosti ničtega zaporedja ustrezajo različnim popravnim koeficientom: kako večja je vrednost ničtega zaporedja, tako manjši je koeficient nelinearno; ko doseže vrednost ničtega zaporedja približno 10Ω, se koeficient približa 1.0; po presekanju 10Ω pa se koeficient zaradi majhnih razlik v procesu izdelave malo spreminja (občasno je manjši od 1.0, celotno odstopanje pa je nizko), in oblika izraza je približno obratna funkcija v prvem kvadrantu (glej Sliko 2).
Treba je opozoriti, da ta analiza velja le za 10kV izdelke. Za izdelke nad 10kV, ker ni tako stroge zahteve za nizko impedanco ničtega zaporedja, do zdaj ni bilo odkritih primerov prekomernega odstopanja impedanci ničtega zaporedja.
4 Rešitve
Za reševanje problema prekomerne merjene impedanci ničtega zaporedja pri transformatorjih za zazemljanje z nizko impedanco ničtega zaporedja, so na podlagi zbiranja in analize podatkov predlagane naslednje optimizacijske mere:
4.1 Strategija optimizacije dizajna
Ko uporabniki zahtevajo zelo majhno vrednost impedanci ničtega zaporedja, je težko zagotoviti natančnost dimenzij vinčenja, kar lahko preprosto poveča merilne odstopanja. Za izdelke, ki zahtevajo impedanco ničtega zaporedja <5Ω, bi morali rezervirati varnostni margin 2-5-krat. Koliko manjša je vrednost impedanci, toliko večji je potreben margin, da se zagotovi, da merjene vrednosti ustrezajo zahtevam.
4.2 Kontrolne točke izdelave
Proces izdelave igra odločilno vlogo pri zagotavljanju natančnosti delovanja izdelka:
4.3 Priporočila tehnične sporazume
5 Zaključek
Za transformatorje za zazemljanje z nizko impedanco ničtega zaporedja obstajajo značilna odstopanja med vrednostmi, izračunanimi z navadnimi formulami, in dejanskimi meritvami. Predlagamo, da se na etapi naročila oceni izdelovalnost, uvede popravni faktor pri dizajnu in rezervira dovolj proizvodnega margina, da se izboljša konzistentnost izdelka in zanesljivost dostave.
