Χαρακτηρισμός Αμελλούμενης Περιθωριακής Αντίστασης Ξηρού Εδάφους Μετασχηματιστή με Σύνδεση ZN

Σε ένα τριφασικό σύστημα ενέργειας με αυτόνομη νετραλίτητα, ένας τρανσφορματορας γήινης σύνδεσης παρέχει ένα τεχνητό σημείο νετραλίτητας, το οποίο μπορεί να είναι στερεά συνδεδεμένο ή συνδεδεμένο μέσω ρεακτόρων/κυκλών καταστολής φλεγμονής. Η σύνδεση ZNyn11 είναι τυπική, όπου οι δυνάμεις μαγνητοκινητικού χαρακτήρα της μηδενικής σειράς στα μισά/έξωτερα μισά-στροφής της ίδιας στήλης πυρήνα αναιρούνται, ισορροπώντας τους ρευστούς σε σειριακές στροφές και μειώνοντας τη μηδενική διάρροη/αντίσταση.

Η μηδενική αντίσταση είναι κρίσιμη: καθορίζει τη μέγεθος του ρεύματος σφάλματος και την κατανομή της τάσης φάσης-σε-γη σε συστήματα με αντίσταση σε γη.

1. Χαρακτηριστικά του τρανσφορματορα γήινης σύνδεσης ZN

Ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν τρανσφορματορες YNd11, προτιμάται η ZNyn11 (Σχήμα 1). Κύριες διαφορές:

• Ο YNd11 βασίζεται σε ρεύματα κυκλοφορίας δελτα για ισορροπία, μειώνοντας την εξόδικη ικανότητα.

• Ο ZNyn11 χρησιμοποιεί μαγνητική συνδεση σε σειρά για ισορροπία των ρευμάτων σφάλματος χωρίς απώλεια ικανότητας, επομένως έχει ευρεία αποδοχή.

Κατά τη διάρκεια μονοφάσων σφαλμάτων γης, η επιλογή κατάλληλης αντίστασης γήινης σύνδεσης περιορίζει τα ρεύματα σύντομης σύνδεσης φάσης μέσα στην εξόδικη τάση του κύριου τρανσφορματορα.

2. Ανάλυση της μηδενικής αντίστασης των τρανσφορματορων γήινης σύνδεσης ZN

Τα κύρια τεχνικά παράμετρα του αναλυτικού μοντέλου του τρανσφορματορα γήινης σύνδεσης εμφανίζονται στο Πίνακα 1, με την επιτρεπτή απόκλιση της μηδενικής αντίστασης να απαιτείται να είναι εντός ±7.5%.

2.1 Υπολογισμός της μηδενικής αντίστασης μέσω παραδοσιακής εμπειρικής τύπου

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2 (διάταξη στροφών του τρανσφορματορα γήινης σύνδεσης), η μηδενική αντίσταση ορίζεται ως το λόγο της πτώσης τάσης σε μία φάση σε σχέση με το ρεύμα σφάλματος, όταν το ρεύμα σφάλματος ρέει ταυτόχρονα σε όλες τις τρεις φάσεις. Για τον υπολογισμό, X₀ ακολουθεί την αρχή της αντίστασης των κανονικών διπλών στροφών τρανσφορματορων (Εξίσωση 1).

Στην εξίσωση, W αντιπροσωπεύει τον αριθμό των στροφών. Για μια στροφή με ZN σύνδεση, W είναι ο αριθμός των στροφών της μισής-στροφής; ∑aR δηλώνει την ισοδύναμη περιοχή διαρροής. Για μια στροφή με ZN σύνδεση, είναι η ισοδύναμη περιοχή διαρροής των δύο μισών-στροφών; ρ είναι ο συντελεστής Rogowski; H είναι το ύψος αντίδρασης της στροφής.

Αντικαθιστώντας τα δεδομένα του Πίνακα 1 στην Εξίσωση (1), ο υπολογισμός της μηδενικής αντίστασης είναι 70.6 Ω.

2.2 Ανάλυση της μηδενικής αντίστασης μέσω λογισμικού ηλεκτρομαγνητικής

Χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Magnet της Infolytica για την ανάλυση του μαγνητικού πεδίου. Δημιουργήθηκε ένα 3D απλοποιημένο μοντέλο με βάση τα δομικά χαρακτηριστικά του προϊόντος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Το λογισμικό χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο επίλυσης ομάδας T-&Ω δυναμικού με επίπεδα στοιχεία χρησιμοποιώντας πολυώνυμα 1ου έως 3ου βαθμού.

Η πεπερασμένη στοιχειακή ανάλυση (FEA) είναι μια αριθμητική μέθοδος υπολογισμού με βάση την αρχή της μεταβολής και την πλεξίδα. Πρώτα μετατρέπει το πρόβλημα ορίων σε αντίστοιχο πρόβλημα μεταβολής (δηλαδή, ένα άκρο προβλήματος πολυμεταβλητής λειτουργίας) με την αρχή της μεταβολής, στη συνέχεια διακριτοποιεί το πρόβλημα μεταβολής σε ένα άκρο προβλήματος κοινής πολυμεταβλητής λειτουργίας μέσω πλεξίδας, τελικά το μειώνει σε ένα σύνολο πολυμεταβλητών αλγεβρικών εξισώσεων για την επίλυση της αριθμητικής λύσης. Κατά την ανάλυση, οι διαίρεσεις πλέξιδας ήταν οι εξής: αέριος 80, σίδηρος 30, και στροφές 15. Ο πίνακας πλέξιδας του προϊόντος είναι λεπτομερής στο Σχήμα 4.

Στους αλγόριθμους πεπερασμένης στοιχειακής ανάλυσης, ο βαθμός του πολυωνύμου συνδέεται με την ακρίβεια των συναρτήσεων μορφής πεδίου - υψηλότεροι βαθμοί καλύτερα χαρακτηρίζουν τα ιδιότητα του πεδίου. Για αυτό το μοντέλο, επιλέχθηκε ένα πολυώνυμο 2ου βαθμού, με μέγιστες 20 επαναλήψεις, σφάλμα επανάληψης 0.5%, και σφάλμα συζυγούς κλίμακας 0.01%.

Για τον έλεγχο της μηδενικής αντίστασης του τρανσφορματορα γήινης μέσω της συνδεσης πεδίου-κύκλου: εφαρμόστε το ρεύμα ρυθμισμένης τάσης (27.59 A κορυφής για λογισμικό) στο σημείο νετραλίτητας, κρατήστε την πλευρά χαμηλής τάσης ανοιχτή, και μετρήστε την τάση.

2.3 Μέτρηση της μηδενικής αντίστασης

Η μηδενική αντίσταση μετρείται μεταξύ των θερμοκριών γραμμής και του θερμοκρηνού νετραλίτητας του τρανσφορματορα γήινης σύνδεσης σε ρυθμισμένη συχνότητα (όπως φαίνεται στο Σχήμα 5), εκφρασμένη σε Ωμέρους ανά φάση. Το ποσό της υπολογίζεται ως 3U/I (όπου U είναι η δοκιμαστική τάση και I είναι το δοκιμαστικό ρεύμα). Κατά τη μέτρηση, εφαρμόζεται ένα ρεύμα 19.5 A στις θερμοκριές γραμμής, και μετρείται η τάση μεταξύ των θερμοκριών γραμμής και του θερμοκρηνού νετραλίτητας 443.3 V. Η υπολογισμένη μηδενική αντίσταση είναι 68.2 Ω.

2.4 Συγκριτική ανάλυση των υπολογισμένων, προσομοιωμένων και μετρημένων τιμών

Στον Πίνακα 2 συγκρίνονται τα κύρια παραμέτρους απόδοσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι και οι υπολογισμένες και οι προσομοιωμένες μηδενικές αντίστασεις του τρανσφορματορα γήινης σύνδεσης είναι κοντά στη μετρημένη τιμή, με αποκλίσεις 3.5% και 0.88% αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης από το λογισμικό ηλεκτρομαγνητικής είναι πιο κοντά στις μετρημένες τιμές. Τα αποτελέσματα ανάλυσης του μαγνητικού πεδίου βοηθούν στην ξεκάθαρη κατανόηση των χαρακτηριστικών κατανομής του μαγνητικού πεδίου του προϊόντος υπό αυτές τις συνθήκες, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την βελτίωση της ηλεκτρομαγνητικής σχεδίασης και της δομικής σχεδίασης του προϊόντος με βάση τα χαρακτηριστικά κατανομής του μαγνητικού πεδίου.

Τα αποτελέσματα προσομοίωσης του μαγνητικού πεδίου που παρέχονται από το λογισμικό ηλεκτρομαγνητικής είναι πιο κοντά στις μετρημένες τιμές. Με τη βοήθεια των αποτελεσμάτων ανάλυσης του μαγνητικού πεδίου, τα χαρακτηριστικά κατανομής του μαγνητικού πεδίου του προϊόντος υπό αυτές τις συνθήκες μπορούν να κατανοηθούν πιο ξεκάθαρα, και έτσι μπορεί να γίνει στοχευμένη ηλεκτρομαγνητική σχεδίαση και δομική σχεδίαση του προϊόντος.

3.Συμπέρασμα

Η μηδενική αντίσταση είναι ένας κύριος παράμετρος των τρανσφορματορων γήινης σύνδεσης, με αυστηρές απαιτήσεις απόκλισης από τους χρήστες. Κατά τον υπολογισμό με παραδοσιακές εμπειρικές τύπους στην επιστήμη, απαιτείται η διόρθωση των εμπειρικών συντελεστών, η οποία εξαρτάται σημαντικά από την εμπειρία των σχεδιαστών και δεν εγγυάται ακρίβεια.

Για τη βελτίωση της ακρίβειας, αυτό το έγγραφο χρησιμοποιεί λογισμικό προσομοίωσης για την ανάλυση του μαγνητικού πεδίου, συγκρίνει τα αποτελέσματα με τις εμπειρικές τύπους και επαληθεύει μέσω δοκιμών. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης είναι ακριβή και μπορούν να ικανοποιήσουν τις επιστημονικές ανάγκες.