Обговорення проектування трансформаторів з низьким імпедансом нульової послідовності для заземлення
З розширенням масштабів електроенергетичних систем та процесом кабелювання міських електромереж, ємнісний струм у мережах 6кВ/10кВ/35кВ значно зрос (зазвичай перевищує 10А). Оскільки мережі цього напругового рівня в основному використовують незаземлений режим роботи, а розподільча сторона головних перетворювачів зазвичай має трикутне з'єднання, що не має природного точка заземлення, дуга під час аварійних заземлень не може надійно гаситися, що вимагає введення заземлювальних перетворювачів. Перетворювачі заземлення типу Z стали головними через свою малу нуль-послідовну імпеданс, але деякі системи потребують ще меншої нуль-послідовної імпеданс. Чим менше значення імпедансу, тим більша відхилення, що вимагає цілями заходами при проектуванні перетворювачів заземлення з низькою нуль-послідовною імпеданс.
1. Метод обчислення нуль-послідовної імпеданс для перетворювача заземлення типу Z
1.1 Топологічна структура
Високонапруговий виток перетворювача заземлення типу Z має зигзагоподібне з'єднання. Кожен фазовий виток поділяється на верхню та нижню половини (як показано на рис. 1), які вмотовані на різних стовпцях сердечника. Дві половини одного фазового витка з'єднуються послідовно з протилежною полярністю, формуючи спеціальну магнітоелектричну зв'язку.
Нуль-послідовна імпеданс обчислюється за формулою (1).
У формулі, X0 є нуль-послідовною імпеданс, W є кількістю обмоток (тобто половина витка), ΣaR є еквівалентною областю витоку, ρ є коефіцієнтом Лоренца, а H є реактивною висотою витка.
2 Аналіз відхилення нуль-послідовної імпеданс
Згідно зі стандартом IEC 60076 - 1, відхилення нуль-послідовної імпеданс перетворювача заземлення вважається кваліфікованим, якщо воно знаходиться в діапазоні ±10%. На основі аналізу результатів випробувань сотень перетворювачів заземлення (включаючи масляні та сухі) вироблених компанією за останні роки, порівнюючи різницю між фактичними виміряними значеннями та проектними значеннями нуль-послідовної імпеданс, різницю можна приблизно розділити на наступні три категорії:
Оскільки вимоги до нуль-послідовної імпеданс відрізняються від користувача до користувача, існує ряд типів перетворювачів заземлення. Серед них, найбільший відсоток припадає на клас 35кВ, наступний — 10кВ. Зазвичай, для перетворювачів заземлення класу 35кВ, нуль-послідовна імпеданс повинна бути ≤ 120Ω; для класу 10кВ, зазвичай вимагається ≤ 15Ω. Деякі користувачі мають менші вимоги, а деякі не вказують конкретні вимоги.
3 Аналіз даних
При комплексному розгляді результатів випробувань багатьох перетворювачів заземлення, корінь великих відхилень нуль-послідовної імпеданс полягає в тому, що значення, яке вимагає користувач, занадто відрізняється від звичайного значення імпедансу. Як надто великі, так і надто малі значення створюють великі виклики для виробництва. З формули (1) видно, що нуль-послідовна імпеданс має квадратичну залежність від числа обмоток, що є найважливішим фактором, що впливає на нуль-послідовну імпеданс: чим більше обмоток, тим більше проволоки використовується; чим менше обмоток, тим більше використовується сердечник. Незалежно від того, чи надто велика, чи надто мала нуль-послідовна імпеданс, це значно збільшує виробничі витрати.
3.1 Аналіз випадків
Розглянемо два партії маломісткості 10кВ перетворювачів заземлення для аналізу:
При порівнянні, відхилення масляного типу трохи більше, ніж сухого. Причина полягає в тому, що при проектуванні дуже малої нуль-послідовної імпеданс, число обмоток невелике, радіусний розмір витка невеликий, а висота відносно велика, тому контроль нуль-послідовного значення важкий. Коли базове значення невелике, недостатній контроль розмірів легко призводить до збільшення відхилення; тоді як сухий виток оточений смолою, і його зовнішні розміри легше контролювати за допомогою форм, тому відхилення менше.
Фактичні виробничі дані показують, що існуючий метод обчислення не підходить для перетворювачів заземлення з низькою нуль-послідовною імпеданс. Узагальнивши статистичні дані попередніх продуктів, припускаємо, що слід ввести поправний коефіцієнт, і різні нуль-послідовні значення відповідають різним поправним коефіцієнтам: зі зростанням нуль-послідовного значення, коефіцієнт зменшується нелінійно; коли нуль-послідовне значення досягає приблизно 10Ω, коефіцієнт наближається до 1.0; після перевищення 10Ω, вплив невеликих відмінностей в технології виробництва, коефіцієнт мало змінюється (іноді менше 1.0, а загальне відхилення низьке), і форма вираження приблизно є оберненою пропорційною функцією в першому квадранті (див. рис. 2).
Слід звернути увагу, що цей аналіз застосовний лише до продуктів 10кВ. Для продуктів вище 10кВ, оскільки немає такого строгого вимоги до низької нуль-послідовної імпеданс, поки що не було виявлено явища надмірного відхилення нуль-послідовної імпеданс.
4 Рішення
Для вирішення проблеми надмірного виміряного значення нуль-послідовної імпеданс у перетворювачах заземлення з низькою нуль-послідовною імпеданс, на основі збору та аналізу даних, запропоновано наступні оптимізаційні заходи:
4.1 Стратегія оптимізації проектування
Коли користувачі вимагають надзвичайно малих значень нуль-послідовної імпеданс, точність розмірів витків важко забезпечити, що легко збільшує відхилення вимірювань. Для продуктів з вимогами до нуль-послідовної імпеданс <5Ω, слід залишити запас 2-5 разів. Чим менше значення імпедансу, тим більший запас потрібен, щоб гарантувати, що виміряні значення відповідають вимогам.
4.2 Контрольні точки виробництва
Технологічний процес відіграє вирішальний роль у забезпеченні точності характеристик продукту:
4.3 Рекомендації для технічного угоди
5 Висновки
Для перетворювачів заземлення з низькою нуль-послідовною імпеданс, існують значні відхилення між проектними значеннями, обчисленими за загальними формулами, та фактичними виміряннями. Рекомендується оцінювати можливості виробництва на етапі замовлення, вводити поправні коефіцієнти при проектуванні та залишати достатні виробничі запаси, щоб підвищити узгодженість продуктів та надійність доставки.
