Sıfır Sıra İmpedansının ZN Bağlantılı Kurutulmuş Toplanma Dönüştürücüsünün Karakterizasyonu

Nötral izole edilmiş üç fazlı elektrik sisteminde yerleştirme transformatörü yapay bir nötral nokta sağlar, bu nokta sağlam bir şekilde yere bağlanabilir veya reaktörler/çarpıcı sargılar aracılığıyla yere bağlanabilir. ZNyn11 bağlantısı tipiktir, burada aynı çekirdek sütununun iç/dış yarı sargılarındaki sıfır-dizisel manyetomotiv kuvvetler birbirini götürerek, serili sargılardaki arızalı akımları dengeler ve sıfır-dizisel sızıntı akımı/impedansı minimize eder.

Sıfır-dizisel impedans kritik öneme sahiptir: dirençli yere bağlı sistemlerde arızalı akım büyüklüğünü ve faz-ye arası gerilim dağılımını belirler.

1. ZN-Bağlantılı Yerleştirme Transformatörünün Özellikleri

YNd11-bağlı transformatorlar kullanılabilir olsa da, ZNyn11 tercih edilir (Şekil 1). Anahtar farklılıklar:

• YNd11, dengelenebilirliği sağlamak için delta-dolaşım akımlarına bağımlıdır, bu da çıkış kapasitesini azaltır.

• ZNyn11, kapasite kaybı olmadan serili sargı manyetik koplamayı kullanarak arızalı akım dengesini sağlar, bu yüzden daha yaygın olarak benimsenmiştir.

Tek fazlı yer arızaları sırasında uygun yerleşme impedansının seçilmesi, ana transformatörün nominal faz akımının içinde kalacak şekilde faz kısa devre akımlarını sınırlar.

2. ZN-Bağlantılı Yerleştirme Transformatörlerinin Sıfır-Dizisel Impedans Analizi

Yerleştirme transformatör analiz modelinin ana teknik parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir, sıfır-dizisel impedansın izin verilen sapmasının ±7.5% içinde olması gerekmektedir.

2.1 Geleneksel Deneysel Formül ile Sıfır-Dizisel Impedans Hesabı

Şekil 2'de gösterildiği gibi (yerleştirme transformatör sargı düzeni), sıfır-dizisel impedans, arızalı akım tüm üç fazda eşzamanlı olarak akarken, tek fazdaki gerilim düşümünün arızalı akıma oranıdır. Hesaplamada, X₀ normal çift sargılı güç transformatörlerinin impedans ilkesine uyar (Denklem 1).

Formülde, W, sargı sarım sayısını temsil eder. ZN bağlantılı bir sargı için, W yarı sargının sarım sayısıdır; ∑aR eşdeğer sızıntı akım alanını ifade eder. ZN bağlantılı bir sargı için, bu iki yarı sargının eşdeğer sızıntı akım alanıdır; ρ Rogowski katsayısıdır; H sargının reaktans yüksekliğidir.

Tablo 1'deki verileri Denklem (1)'e yerleştirerek, hesaplanan sıfır-dizisel impedans 70.6 Ω olmaktadır.

2.2 Elektromanyetik Yazılım ile Sıfır-Dizisel Impedans Analizi

Infolytica'nın Magnet elektromanyetik yazılımı manyetik alan analizi için kullanılmıştır. Ürünün yapısal özelliklerine dayalı olarak 3B basitleştirilmiş bir model oluşturulmuştur, Şekil 3'te gösterildiği gibi. Yazılım, 1. ila 3. derece interpolasyon polinomlarını kullanan lamineli elemanlarla T-Ω potansiyel grubu çözme algoritmasını kullanır.

Sonlu eleman analizi (FEA), varyasyonel prensiplere ve ağlama interpolasyonuna dayalı bir sayısal hesaplama yöntemidir. Önce sınır değer problemini varyasyonel prensiple karşılık gelen varyasyonel problemine (yani, bir fonksiyonelin ekstremum problemine) dönüştürür, ardından ağlama interpolasyonu aracılığıyla varyasyonel problemi ortak çok değişkenli bir fonksiyonun ekstremum problemine ayrıştırır, nihayetinde bu problemi çözmek için bir dizi çok değişkenli cebrik denklemlere indirger. Analiz sırasında, ağlama bölümleri şu şekilde ayarlanmıştır: hava 80, demir çekirdek 30, sargılar 15. Ürünün ağlama diyagramı Şekil 4'te detaylandırılmıştır.

Sonlu eleman algoritmalarında, polinom derecesi alan bölgesi şekilli fonksiyonların doğruluğuyla ilişkilidir - daha yüksek dereceler alanı daha iyi karakterize eder. Bu modele 2. derece polinom uygulanmış, maksimum 20 iterasyon, %0.5 iterasyon hatası ve %0.01 konjuge gradyan hatası kullanılmıştır.

Alan-devre kopuplaması yöntemiyle yerleştirme transformatörünün sıfır-dizisel impedansını test etmek için: nötr noktaya yüksek gerilimli nominal akımı (yazılım için zirve 27.59 A) uygulayın, düşük gerilimli tarafı açık devre tutun ve gerilimi ölçün.

2.3 Sıfır-Dizisel Impedans Ölçümü

Sıfır-dizisel impedans, yerleştirme transformatörünün hat terminali ile nötr terminali arasında nominal frekansta (Şekil 5'te gösterildiği gibi) ölçülür ve faz başına ohm cinsinden ifade edilir. Değeri 3U/I (burada U test gerilimi, I test akımı) olarak hesaplanır. Ölçüm sırasında, hat terminaline 19.5 A nominal akım uygulanır ve hat terminali ile nötr nokta arasındaki gerilim 443.3 V olarak ölçülür. Hesaplanan sıfır-dizisel impedans 68.2 Ω olmaktadır.

2.4 Hesaplanan, Simüle Edilen ve Ölçülen Değerlerin Karşılaştırılması

Ana performans parametreleri Tablo 2'de karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, yerleştirme transformatörünün hesaplanan ve simüle edilen sıfır-dizisel impedanslarının ölçülen değere yakın olduğunu, sırasıyla %3.5 ve %0.88 sapma ile göstermektedir. Elektromanyetik yazılımdan elde edilen simülasyon sonuçları ölçülen değerlere daha yakındır. Manyetik alan analizi sonuçları, bu çalışma koşullarında ürünün manyetik alan dağılım özelliklerini net bir şekilde anlamaya yardımcı olur, bu da manyetik alan dağılım özelliklerine dayalı olarak ürünün elektromanyetik tasarımını ve yapısal tasarımını optimize etmek için kullanılabilir.

Elektromanyetik yazılımla elde edilen manyetik alan simülasyon sonuçları, ölçülen değerlere daha yakındır. Manyetik alan analizi sonuçlarıyla, bu çalışma koşullarında ürünün manyetik alan dağılım özelliklerini daha net bir şekilde anlayabilmek ve böylece hedefli bir elektromanyetik tasarım ve yapısal tasarım gerçekleştirilebilir.

3. Sonuç

Sıfır-dizisel impedans, yerleştirme transformatörlerinin kritik bir parametresidir, kullanıcılar tarafından sıkı sapma gereklilikleri vardır. Mühendislikte geleneksel deneysel formüllerle hesaplarken, deneysel katsayıları düzeltilmesi gerekir, bu tasarımcıların deneyimine büyük oranda bağlıdır ve doğruluğu garanti etmek zordur.

Doğruluğu artırmak için, bu makale manyetik alan analizi için simülasyon yazılımını kullanıyor, geleneksel formül sonuçlarıyla karşılaştırıyor ve testlerle doğruluyor. Simülasyon sonuçları doğru olup, mühendislik ihtiyaçlarını karşılayabilir.