การอภิปรายเรื่องการออกแบบหม้อแปลงต่อพื้นดินที่มีความต้านทานลำดับศูนย์ต่ำ

ด้วยการขยายตัวของระบบพลังงานและกระบวนการสายเคเบิลในระบบไฟฟ้าเมือง กระแสความจุในระบบไฟฟ้าระดับ 6kV/10kV/35kV ได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก (โดยทั่วไปเกิน 10A) ระบบไฟฟ้าที่ระดับแรงดันนี้ส่วนใหญ่ใช้วิธีการทำงานที่ไม่ต่อพื้น และด้านแรงดันกระจายของหม้อแปลงหลักมักจะอยู่ในรูปแบบการเชื่อมต่อแบบสามเหลี่ยม ทำให้ขาดจุดต่อพื้นตามธรรมชาติ ซึ่งทำให้แสงจากการเกิดความผิดปกติทางพื้นไม่สามารถดับได้อย่างเชื่อถือได้ จำเป็นต้องนำเอาหม้อแปลงต่อพื้นเข้ามาใช้ หม้อแปลงต่อพื้นแบบ Z ได้กลายเป็นที่นิยมเนื่องจากมีค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์เล็ก แต่บางระบบต้องการค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่ต่ำกว่านี้ ยิ่งค่าอิมพีแดนซ์ต่ำเท่าไร ความคลาดเคลื่อนก็ยิ่งมาก ซึ่งต้องมีมาตรการเฉพาะในการออกแบบหม้อแปลงต่อพื้นที่มีค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต่ำ

1. วิธีการคำนวณค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์สำหรับหม้อแปลงต่อพื้นแบบ Z
1.1 โครงสร้างท็อปโลจี

วงจรขดลวดแรงดันสูงของหม้อแปลงต่อพื้นแบบ Z ใช้การเชื่อมต่อแบบซิกแซก แต่ละเฟสของขดลวดถูกแบ่งออกเป็นขดลวดครึ่งบนและครึ่งล่าง (ดังแสดงในรูปที่ 1) ซึ่งถูกพันบนแกนเหล็กที่แตกต่างกัน สองขดลวดครึ่งเดียวกันของเฟสเดียวกันถูกเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมแต่กลับขั้ว สร้างโครงสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าที่พิเศษ

ค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ถูกคำนวณตามสมการ (1)

ในสูตร X0 คือค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ W คือจำนวนรอบของขดลวดหนึ่ง (คือ ครึ่งขดลวด) ΣaR คือพื้นที่รั่วของสนามแม่เหล็กที่เทียบเท่า ρ คือสัมประสิทธิ์ของลอเรนซ์ และ H คือความสูงของปฏิกิริยาขดลวด

2 การวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อนของค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์

ตามมาตรฐาน IEC 60076 - 1 ความคลาดเคลื่อนของค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ของหม้อแปลงต่อพื้นถือว่าผ่านมาตรฐานหากอยู่ภายในช่วง ±10% จากการวิเคราะห์ผลทดสอบของหม้อแปลงต่อพื้นหลายร้อยชิ้น (รวมถึงแบบแช่น้ำมันและแบบแห้ง) ที่บริษัทผลิตในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และการเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างค่าที่วัดได้จริงกับค่าที่ออกแบบไว้ของค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ ความแตกต่างสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลักๆ ดังนี้:

• ค่าที่วัดได้ใกล้เคียงกับค่าที่ออกแบบ: ความแตกต่างอยู่ภายในช่วงความคลาดเคลื่อน ประเภทนี้มีสัดส่วนมากที่สุด และส่วนใหญ่ของผลิตภัณฑ์ผ่านมาตรฐาน

• ค่าที่วัดได้น้อยกว่าค่าที่ออกแบบ: ความคลาดเคลื่อนเกินกว่าค่าที่กำหนด แต่เนื่องจากผู้ใช้มักระบุเพียงค่าสูงสุดของอิมพีแดนซ์และไม่มีความต้องการค่าต่ำสุด จึงยังถือว่าผ่านมาตรฐาน แต่สัดส่วนของการเกิดขึ้นน้อยมาก

• ค่าที่วัดได้มากกว่าค่าที่ออกแบบ: เกินความต้องการของลูกค้าอย่างมากและถูกตัดสินว่าไม่ผ่านมาตรฐาน เป็นกรณีที่เกิดขึ้นน้อยเช่นกัน

เนื่องจากความต้องการค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่แตกต่างกันของผู้ใช้ มีหม้อแปลงต่อพื้นหลายประเภท โดยหม้อแปลงต่อพื้นระดับ 35kV มีสัดส่วนมากที่สุด รองลงมาคือระดับ 10kV ทั่วไปแล้ว สำหรับหม้อแปลงต่อพื้นระดับ 35kV ค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ส่วนใหญ่ต้องการไม่เกิน 120Ω สำหรับระดับ 10kV ต้องการไม่เกิน 15Ω บางผู้ใช้มีความต้องการที่น้อยกว่านี้ และบางรายไม่ได้ระบุความต้องการอย่างชัดเจน

3 การวิเคราะห์ข้อมูล

เมื่อพิจารณาผลทดสอบของหม้อแปลงต่อพื้นหลายชิ้นอย่างครอบคลุม สาเหตุหลักของความคลาดเคลื่อนของค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่สูงเกิดจากค่าที่ผู้ใช้ต้องการมีความแตกต่างอย่างมากจากค่าอิมพีแดนซ์ที่ปกติ ทั้งค่าที่สูงเกินไปและต่ำเกินไปจะสร้างความท้าทายในการผลิตและการประกอบ จากสมการ (1) ค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์มีความสัมพันธ์กับจำนวนรอบเป็นกำลังสอง ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์: ยิ่งจำนวนรอบมาก ปริมาณลวดที่ใช้ยิ่งมาก ยิ่งจำนวนรอบน้อย ปริมาณแกนเหล็กที่ใช้ก็ยิ่งเพิ่มขึ้น ไม่ว่าค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์จะสูงหรือต่ำเกินไป ก็จะทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมาก

3.1 การวิเคราะห์กรณีศึกษา

ใช้หม้อแปลงต่อพื้นขนาดเล็ก 10kV สองชุดเป็นตัวอย่างในการวิเคราะห์:

• หม้อแปลงต่อพื้นแบบแช่น้ำมัน: รุ่น DKS11 - 125/10.5 ไม่มีขดลวดรอง ผู้ใช้ต้องการค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต่ำกว่า 4Ω ตามวิธีการคำนวณก่อนหน้านี้ หลังจากพิจารณาความคลาดเคลื่อนในการผลิตและการสงวนค่าเผื่อ ค่าที่ออกแบบไว้ถูกกำหนดเป็น 2.2Ω แต่ภายใต้กระบวนการผลิตเดียวกัน ผลทดสอบวัดได้สูงเกินมาตรฐาน 3.5 เท่าของค่าที่ออกแบบ; สำหรับชุดแรก 7 ชิ้น ค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์อยู่ในช่วง 7Ω - 8Ω

• หม้อแปลงต่อพื้นแบบแห้ง: รุ่น DKSC11 - 125/10.5 ค่าที่ออกแบบไว้ของค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์คือ 2.25Ω และผลทดสอบของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปคือ 6.8Ω สูงเกินมาตรฐานประมาณ 3 เท่า ได้ส่งมอบจากโรงงานหลังจากเจรจาและได้รับอนุญาตจากผู้ใช้

เมื่อเปรียบเทียบ ความคลาดเคลื่อนของหม้อแปลงแบบแช่น้ำมันสูงกว่าหม้อแปลงแบบแห้ง สาเหตุคือ เมื่อออกแบบให้มีค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต่ำมาก จำนวนรอบน้อย ขนาดรัศมีของขดลวดน้อย และสูงค่อนข้างมาก ทำให้ค่าลำดับศูนย์ยากที่จะควบคุม เมื่อค่าฐานน้อย การควบคุมขนาดได้ไม่ดีอาจทำให้ความคลาดเคลื่อนเพิ่มขึ้น; ในขณะที่ขดลวดแบบแห้งถูกหล่อด้วยเรซิน และมิติภายนอกสามารถควบคุมได้ง่ายขึ้นด้วยการใช้แม่พิมพ์ ดังนั้นความคลาดเคลื่อนจึงน้อยกว่า

ข้อมูลการผลิตจริงแสดงให้เห็นว่าวิธีการคำนวณที่มีอยู่ไม่เหมาะสมสำหรับหม้อแปลงต่อพื้นที่มีค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต่ำ ร่วมกับสถิติของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านมา คาดการณ์ว่าควรนำสัมประสิทธิ์การแก้ไขเข้ามาใช้ และค่าลำดับศูนย์ที่แตกต่างกันจะมีสัมประสิทธิ์การแก้ไขที่แตกต่างกัน: เมื่อค่าลำดับศูนย์เพิ่มขึ้น สัมประสิทธิ์ลดลงอย่างไม่เชิงเส้น; เมื่อค่าลำดับศูนย์ถึงประมาณ 10Ω สัมประสิทธิ์จะเข้าใกล้ 1.0; หลังจากเกิน 10Ω ผลกระทบจากความแตกต่างเล็กน้อยในกระบวนการผลิต สัมประสิทธิ์เปลี่ยนแปลงน้อย (มีกรณีที่น้อยกว่า 1.0 บางครั้ง และความคลาดเคลื่อนรวมน้อย) และรูปแบบการแสดงผลเป็นฟังก์ชันสัดส่วนกลับในควอดแรนต์ที่หนึ่ง (ดูรูปที่ 2)

ควรทราบว่าการวิเคราะห์ข้างต้นใช้ได้เฉพาะกับผลิตภัณฑ์ระดับ 10kV สำหรับผลิตภัณฑ์เหนือ 10kV เนื่องจากไม่มีความต้องการค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต่ำอย่างเคร่งครัด จึงยังไม่พบปรากฏการณ์ความคลาดเคลื่อนของค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่สูงเกินไป

4 วิธีการแก้ไข

เพื่อแก้ไขปัญหาค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่วัดได้สูงเกินไปในหม้อแปลงต่อพื้นที่มีค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต่ำ ขอเสนอมาตรการปรับปรุงต่อไปนี้ตามการรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล:

4.1 กลยุทธ์การปรับปรุงการออกแบบ

เมื่อผู้ใช้ต้องการค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่ต่ำมาก ความแม่นยำของขนาดขดลวดยากที่จะรับประกัน ทำให้ความคลาดเคลื่อนในการวัดเพิ่มขึ้น สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ <5&Omega; ควรสงวนค่าเผื่อในการออกแบบ 2-5 เท่า ยิ่งค่าอิมพีแดนซ์ต่ำเท่าไร ค่าเผื่อที่ต้องสงวนก็ยิ่งมาก เพื่อให้แน่ใจว่าค่าที่วัดได้ตรงตามความต้องการ

4.2 จุดควบคุมการผลิต

กระบวนการผลิตมีบทบาทสำคัญในการรับประกันความแม่นยำของประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์:

• การควบคุมความแม่นยำของแม่พิมพ์: ผลิตแม่พิมพ์ขดลวดอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดการออกแบบ ให้แน่ใจว่าความคลาดเคลื่อนของขนาดอยู่ภายในขอบเขตที่กำหนด

• การจัดการขนาดขดลวด:

• ควบคุมขนาดรัศมีและแกนของขดลวดอย่างแม่นยำ เนื่องจากพารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์หลังจากกำหนดจำนวนรอบ ขนาดทั้งหมดต้องสอดคล้องกับความคลาดเคลื่อนที่ระบุในภาพวาด

• สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ใช้สายเคลือบขนาดเล็ก ต้องปูฉนวนระหว่างชั้นให้เรียบ และขดลวดต้องพันแน่น

• กระบวนการพิเศษสำหรับผลิตภัณฑ์แบบแห้ง:

• สำหรับโครงสร้างหล่อเรซิน ใช้แม่พิมพ์ภายในและภายนอกเพื่อควบคุมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างแม่นยำ ความหนาของผ้าตาข่ายที่ปูก่อนการพันขดลวดควรเล็กกว่าที่ระบุเล็กน้อย (ไม่ควรใหญ่กว่า)

• ขนาดแกนของขดลวดแบ่งส่วนควบคุมโดยฉนวนระหว่างส่วน ปรับและตรึงความสูงและระยะห่างของแต่ละส่วนเพื่อป้องกันการทรุดตัวระหว่างการหล่อ

4.3 ข้อแนะนำสำหรับข้อตกลงทางเทคนิค

• ให้ความสำคัญกับการระบุค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ &ge;5&Omega; ในข้อตกลง

• หากผู้ใช้ยืนยัน <5&Omega; ควรสื่อสารความยากในการผลิตล่วงหน้าและสร้างกลไกการปรึกษาหารือเพื่อป้องกันความเสี่ยงในการส่งมอบ

5 สรุป

สำหรับหม้อแปลงต่อพื้นที่มีค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต่ำ มีความคลาดเคลื่อนอย่างมากระหว่างค่าที่คำนวณได้จากสูตรทั่วไปกับค่าที่วัดได้จริง แนะนำให้ประเมินความเป็นไปได้ในการผลิตในขั้นตอนการสั่งซื้อ นำสัมประสิทธิ์การแก้ไขเข้ามาใช้ในการออกแบบ และสงวนค่าเผื่อในการผลิตเพียงพอ เพื่อเพิ่มความสอดคล้องและความน่าเชื่อถือในการส่งมอบผลิตภัณฑ์