Düşük Sıfır Dizisi İmpedanslı Yerleştirme Traforlarının Tasarımı Üzerine Tartışma

Güç sistemlerinin büyüklüğünün artması ve kentsel elektrik ağlarının kablosallaşması süreciyle birlikte, 6kV/10kV/35kV güç ağlarındaki kapasitif akım önemli ölçüde artmıştır (genellikle 10A'yı aşmaktadır). Bu voltaj seviyesindeki elektrik ağlarının çoğunluğu nötr nokta yerleştirilmemiş işletim modunu benimserken ve ana transformatorların dağıtım gerilimi tarafı genellikle delta bağlantısında olup doğal bir nötr noktaya sahip değildir, bu nedenle topraklama hatası sırasında oluşan ark güvenilir bir şekilde söndürülemez. Bu durumda, topraklama transformatörlerinin kullanılması gerekmektedir. Z tipi topraklama transformatörleri, küçük sıfır-dizilme impedansları nedeniyle yaygın hale gelmiştir, ancak bazı sistemler daha düşük sıfır-dizilme impedansa ihtiyaç duyar. Impedans değeri ne kadar küçükse, sapma o kadar büyük olur ve bu, düşük sıfır-dizilme impedanslı topraklama transformatörlerinin tasarımında hedefe yönelik önlemler gerektirir.

1. Z Tipi Topraklama Transformatörü için Sıfır-Dizilme Impedans Hesaplama Yöntemi
1.1 Topolojik Yapı

Z tipi topraklama transformatörünün yüksek gerilim bobini zigzag bağlantısı kullanılarak yapılmıştır. Her faz bobini, üst ve alt yarı-bobinlere bölünmüştür (Bölüm 1'de gösterildiği gibi) ve bu yarı-bobinler farklı demir çekirdek sütunlarına sarılmıştır. Aynı fazın iki yarı-bobini ters polaritede seri olarak bağlanarak, özel bir manyetik-elektriksel kombine yapı oluşturur.

Sıfır-dizilme impedansı, Denklem (1)'de gösterildiği gibi hesaplanır.

Formülde, X0 sıfır-dizilme impedansıdır, W bir bobinin (yani yarı-bobinin) sarım sayısıdır, ΣaR eşdeğer sızıntı manyetik alanıdır, ρ Lorenz katsayısıdır ve H bobinin reaktans yüksekliğidir.

2 Sıfır-Dizilme Impedans Sapmasının Analizi

IEC 60076 - 1 standardına göre, topraklama transformatörünün sıfır-dizilme impedans sapması, ±10% aralığında kalıyorsa uygun kabul edilir. Şirketin son yıllarda ürettiği yüzlerce topraklama transformatörünün (yağlı ve kurutulmuş dahil) test sonuçlarının analizi, sıfır-dizilme impedansın ölçüm değerleri ile tasarım değerleri arasındaki farkların karşılaştırılmasıyla, bu farklar yaklaşık olarak aşağıdaki üç kategoriye ayrılabilir:

• Ölçüm değeri tasarım değerine yakın: Fark sapma aralığı içindedir. Bu tür en büyük orana sahiptir ve ürünlerin çoğu uygun kabul edilir.

• Ölçüm değeri tasarım değerinden küçük: Sapma belirtilen değeri aşar. Ancak, kullanıcıların genellikle impedansın üst sınırını belirtmesi ve alt sınır talebi olmaması nedeniyle, hala uygun kabul edilir, ancak oluşum oranı çok düşüktür.

• Ölçüm değeri tasarım değerinden büyük: Müşteri taleplerini ciddi derecede aşar ve uygun olmayan olarak değerlendirilir. Benzer şekilde, bu da çok nadir görülen bir durumdur.

Farklı kullanıcıların sıfır-dizilme impedansa olan farklı ihtiyaçları nedeniyle, çeşitli topraklama transformatörleri mevcuttur. Bunlar arasında, 35kV sınıfı en yüksek orana sahiptir, ardından 10kV sınıfı gelir. Genellikle, 35kV sınıfı topraklama transformatörleri için sıfır-dizilme impedans çoğunlukla ≤ 120Ω talep edilir; 10kV sınıfı için genellikle ≤ 15Ω talep edilir. Bazı kullanıcılar daha düşük talepleri vardır, bazıları ise açık bir talepte bulunmaz.

3 Veri Analizi

Birden fazla topraklama transformatörünün test sonuçlarını kapsamlı olarak dikkate alındığında, sıfır-dizilme impedansındaki büyük sapmanın kökü, kullanıcının gerekli olduğu değerin geleneksel impedans değerinden çok fazla sapmasıdır. Hem çok büyük hem de çok küçük değerler, üretim ve imalata büyük zorluklar getirir. Formül (1)'den görüldüğü gibi, sıfır-dizilme impedans, sarım sayısının karesi ile orantılıdır, bu da sıfır-dizilme impedansı etkileyen en kritik faktördür: sarım sayısı ne kadar fazlaysa, kullanılan tel miktarı o kadar fazla olur; sarım sayısı ne kadar azsa, karşılıklı olarak kullanılan demir çekirdek miktarı o kadar artar. Sıfır-dizilme impedans ne kadar büyük ne kadar küçük olursa olsun, üretim maliyetini önemli ölçüde artırır.

3.1 Vaka Analizi

İki parti küçük kapasiteli 10kV topraklama transformatörünü örnek olarak analiz edelim:

• Yağlı topraklama transformatörü: Model DKS11 - 125/10.5, ikincil bobin yok. Kullanıcı, sıfır-dizilme impedansın < 4&Omega; olmasını istemektedir. Önceden belirtilen hesaplama yöntemiyle, üretim sapmasını ve bir marjı göz önünde bulundurarak, tasarım değeri 2.2&Omega; olarak belirlenmiştir. Ancak, aynı üretim süreci altında, test ölçüm sonucu standartı ciddi bir şekilde aşıyor, tasarım değerinin 3.5 katıdır; ilk parti 7 ürün için sıfır-dizilme impedans 7&Omega; - 8&Omega; aralığında.

• Kuru topraklama transformatörü: Model DKSC11 - 125/10.5, sıfır-dizilme impedansın tasarım değeri 2.25&Omega; ve tamamlanmış ürünün test sonucu 6.8&Omega;, standartı yaklaşık 3 kat aşar. Kullanıcı ile anlaşma ve izin alınmadan fabrikadan gönderilemez.

Karşılaştırma yapıldığında, yağlı tipin sapması kuru tipten biraz daha büyüktür. Nedeni, çok küçük bir sıfır-dizilme impedans tasarlandığında, sarım sayısı az, bobinin radyal boyutu küçük ve yüksekliği nispeten yüksek olduğundan, sıfır-dizilme değeri kontrol edilmesi zordur. Temel değer küçük olduğunda, boyutların kötü kontrolü sapmayı kolayca büyütür; kuru tip bobinlerin ise harçla kaplanması ve kalıp yardımıyla dış boyutlarının daha kolay kontrol edilebilmesi nedeniyle, sapma daha küçüktür.

Gerçek üretim verileri, mevcut hesaplama yönteminin düşük sıfır-dizilme impedanslı topraklama transformatörlerine uygulanamadığını göstermektedir. Önceki ürünlerin istatistiksel verileriyle birlikte, düzelme katsayısının tanıtıldığı tahmin edilir ve farklı sıfır-dizilme değerlerine karşılık farklı düzelme katsayıları vardır: sıfır-dizilme değeri arttıkça, katsayı doğrusal olmayan bir şekilde azalır; sıfır-dizilme değeri yaklaşık 10&Omega; olduğunda, katsayı 1.0'a yaklaşır; 10&Omega;'dan sonra, üretim sürecindeki küçük farklılıklar nedeniyle, katsayı çok az değişir (bazen 1.0'dan küçük olabileceği görülür, genel sapma düşük), ve ifade biçimi yaklaşık olarak birinci bölgedeki ters orantılı fonksiyon şeklindedir (Bölüm 2'ye bakınız).

Yukarıdaki analizin sadece 10kV ürünleri için geçerli olduğunu unutmamak gerekir. 10kV üzerindeki ürünlerde, düşük sıfır-dizilme impedans için böyle sıkı bir gereklilik olmadığından, aşırı sıfır-dizilme impedans sapması şu ana kadar gözlemlenmemiştir.

4 Çözümler

Düşük sıfır-dizilme impedanslı topraklama transformatörlerinde ölçümde aşırı sıfır-dizilme impedans sorununu çözmek için, veri toplama ve analizine dayanarak aşağıdaki iyileştirme önlemleri önerilmiştir:

4.1 Tasarım İyileştirme Stratejisi

Kullanıcılar çok küçük bir sıfır-dizilme impedans değeri talep ettiklerinde, bobin boyutlarının hassasiyeti sağlanması zor olabilir ve bu, ölçüm sapmalarını kolayca büyütür. Gerekli sıfır-dizilme impedansı <5&Omega; olan ürünler için, tasarım marjı 2-5 kat olarak saklanmalıdır. Impedans değeri ne kadar küçükse, marj ne kadar büyük olmalı, ölçüm değerlerinin gereklilikleri karşılaması için.

4.2 Üretim Kontrol Noktaları

Üretim süreci, ürün performansının doğruluğunu sağlamakta kesin rol oynar:

• Kalıp Hassasiyet Kontrolü: Bobin kalıpları tasarım belirtimlerine göre titizlikle üretilmelidir, boyut toleranslarının karşılanması sağlanmalıdır.

• Bobin Boyut Yönetimi:

• Bobinlerin radyal ve aksial boyutları titizlikle kontrol edilmelidir, çünkü bu parametreler, sarım sayısı belirlendikten sonra sıfır-dizilme impedansı doğrudan etkiler. Tüm boyutlar çizim toleranslarına uymalıdır.

• Düşük impedanslı ürünlerde ince emaye tel kullanıldığında, katlar arası yalıtım düzgün serilmeli ve bobin sıkıca sarılmalıdır.

• Kuru Ürünler İçin Özel Süreçler:

• Harçla kaplanmış yapılar için, iç ve dış kalıplar kullanılarak çap boyutları titizlikle kontrol edilmelidir. Sarım öncesinde serilen ağ bezi kalınlığı, belirtilenden biraz daha küçük (büyük değil) olmalıdır.

• Parçalı bobinlerin aksial boyutları, parçalar arası yalıtım ile kontrol edilir. Her parçanın yüksekliğini ve aralığını ayarlayıp sabitleyerek, döküm sırasında çökmesini önlemelidir.

4.3 Teknik Anlaşma Önerileri

• Anlaşmalarda sıfır-dizilme impedans &ge;5&Omega; öncelikle belirtilmelidir.

• Kullanıcılar <5&Omega; isterse, üretim zorluklarını önceden açıkça iletişim kurulmalı ve teslimat risklerini önlemek için bir danışma mekanizması oluşturulmalıdır.

5 Sonuç

Düşük sıfır-dizilme impedanslı topraklama transformatörlerinde, genel formüllerle hesaplanan tasarım değerleri ile gerçek ölçüm değerleri arasında önemli sapmalar bulunmaktadır. Sipariş aşamasında üretilebilirliği değerlendirmesi, tasarım aşamasında düzelme faktörlerinin tanıtılması ve yeterli üretim marjlarının saklanması, ürün tutarlılığını ve teslimat güvenilirliğini artırmak için önerilir.