Nollajärjestys impedanssin karakterisointi kuivalla maanjohtovalmuuntimella ZN-yhteydellä

Neutraaliteristä kolmifasista sähköjärjestelmässä maanjäristystransformatorin avulla luodaan teoreettinen neutraalipiste, joka voidaan yhdistää maahan suoraan tai reaktoreiden/kaarivaimentimien kautta. ZNyn11-yhteys on tyypillinen, missä nollajärjestön magnetomotoriset voimat saman muuntajan pylvään sisäisessä ja ulkoisessa puolikassilmissa kumoavat toisensa, tasapainottaen vian sähkövirtauksia sarjaan kytketyissä silmissä ja minimoiden nollajärjestön vuodon magneettisen virran/tiheyden.

Nollajärjestön tiheys on kriittinen: se määrittelee viasähkövirran suuruuden ja impedanssi-maanjäristettyjen järjestelmien vaihe-ja-maa-volttijakauman.

1. ZN-Yhdisteisten Maanjäristystransformatorien Ominaisuudet

Vaikka YNd11-yhdisteisiä transformaattoreita voidaan käyttää, ZNyn11 on suosittu (Kuvio 1). Avaineroavaisuudet:

• YNd11 perustuu deltaympyrävirtauskykyyn tasapainottamiseksi, mikä vähentää tuotantokapasiteettia.

• ZNyn11 käyttää sarjaan kytkettyä magneettista kytkentää vian sähkövirtauksen tasapainottamiseksi ilman kapasiteettihäviötä, joten sitä käytetään laajemmin.

Yksivaiheisen maavirheen aikana sopivan maanjäristyshakuisuuden valinta rajoittaa vaiheväliajamaan sähkövirtauksen päätransformaattorin sallitun vaihesähkövirran sisälle.

2. Nollajärjestön Tiheyden Analyysi ZN-Yhdisteisissä Maanjäristystransformatooreissa

Maanjäristystransformatorin analyysimallin tärkeät tekniset parametrit näkyvät Taulukossa 1, jossa nollajärjestön tiheyden sallittu poikkeama on ±7,5%.

2.1 Nollajärjestön Tiheyden Laskenta Perinteisellä Empiirisellä Kaavalla

Kuten Kuvio 2 (maanjäristystransformatorin kytkentä) osoittaa, nollajärjestön tiheyttä määritellään yhden vaiheen jännityspudotuksen suhteena viasähkövirtaukseen, kun viasähkövirtaus kulkee kaikkia kolmea vaihetta samaan aikaan. Laskennassa X₀ seuraa tavallisten kaksisyöttöisten voimansiirtojen tiheyden periaatetta (Yhtälö 1).

Kaavassa, W edustaa kytkennän pyörteiden määrää. ZN-kytkennässä W on puolikytkennän pyörteiden määrä; ∑aR merkitsee vastineen vuodon alueen pinta-alaa. ZN-kytkennässä se on kahden puolikytkennän vastineen vuodon alueen pinta-ala; ρ on Rogowskin kerroin; H on kytkennän induktiivinen korkeus.

Taulukon 1 tiedot sijoitetut Yhtälöön (1), lasketun nollajärjestön tiheydeksi 70,6 Ω.

2.2 Nollajärjestön Tiheyden Analyysi Sähkömagneettisella Ohjelmistolla

Infolytican Magnet -sähkömagneettisella ohjelmistolla suoritettiin magneettikenttäanalyysi. Tuotteen rakenteen ominaisuuksiin perustuen luotiin 3D-yksinkertaistettu malli, kuten Kuvio 3. Ohjelmisto käyttää T-Ω potentiaali-ryhmän ratkaisualgoritmia, jossa levystä tehdään elementit 1. asteesta 3. asteen interpolointipolynomeilla.

Elementtimenetelmä (FEM) on numeerinen laskennan menetelmä, jonka perusta on variatioperiaatteessa ja hila-interpoloinnissa. Se ensin muuttaa reunaehtoongelmaksi vastaavan variatiotehtävän (eli funktionaalitehtävän ääriarvotehtäväksi) variatioperiaatteen avulla, sitten diskretisoi variatiotehtävän yleisen monimuuttujan funktion ääriarvotehtäväksi hilainterpolaation avulla, lopulta palauttaen sen monimuuttujan algebralliseksi yhtälöryhmäksi numeerisen ratkaisun löytämiseksi. Analyysin aikana hila-jaotukset asetettiin seuraavasti: ilma 80, rautaydin 30, ja kytkennät 15. Tuotteen hilapiirros on yksityiskohtainen Kuviossa 4.

Elementtimenetelmissä polynomin aste liittyy kenttäalueen muodofunktion tarkkuuteen – korkeammat astet lukevat paremmin kentän ominaisuudet. Tällä mallilla käytettiin 2. asteen polynomia, enintään 20 iteraatiota, 0,5 % iteraatiovirhettä, ja 0,01 % konjugaattigradienttivirhettä.

Testataksesi maanjäristystransformatorin nollajärjestön tiheyttä kenttäpiiri-kopplausmenetelmällä: soita korkea-jännite-arvo (27,59 A huippuarvo ohjelmistossa) neutraalipisteeseen, pitäen ala-jännitepuolen avoimen piirinä, ja mittaa jännite.

2.3 Nollajärjestön Tiheyden Mittaus

Nollajärjestön tiheyttä mitataan maanjäristystransformatorin linjaterminaaleista neutraaliterminaaliin nominatiivisella taajuudella (kuten Kuvio 5), ilmaistuna ohmiaa per vaihe. Sen arvo lasketaan 3U/I (missä U on testijännite ja I testisähkövirta). Mittauksen aikana linjaterminaaleihin soitetaan nominatiivinen sähkövirta 19,5 A, ja linjaterminaalien ja neutraalipisteen välinen jännite mitataan 443,3 V. Lasketun nollajärjestön tiheydeksi 68,2 Ω.

2.4 Vertailu Laskettujen, Simuloitujen ja Mitatuin Arvojen välillä

Pääsuunnitelman ominaisuudet vertaillaan Taulukossa 2. Tulokset osoittavat, että sekä laskettu että simuloitu nollajärjestön tiheyttä ovat lähellä mitattua arvoa, poikkeuksin 3,5 % ja 0,88 %. Sähkömagneettisen ohjelman simulointitulokset ovat lähempänä mitattuja arvoja. Magneettikenttäanalyysin tulokset auttavat ymmärtämään tuotteen magneettikentän jakautumisen ominaisuuksia tässä toimintatilassa, jota voidaan käyttää tuotteen sähkömagneettisen ja rakenteellisen suunnittelun optimointiin.

Sähkömagneettisen ohjelman avulla saadut magneettikenttäsimulointitulokset ovat lähempänä mitattuja arvoja. Magneettikenttäanalyysin tulosten avulla voidaan ymmärtää tuotteen magneettikentän jakautumisen ominaisuuksia tässä toimintatilassa, ja siten suorittaa kohdennettua sähkömagneettista ja rakenteellista suunnittelua.

3. Johtopäätös

Nollajärjestön tiheys on maanjäristystransformatorien keskeinen parametri, jolla on tiukat poikkeamat käyttäjiltä. Kun lasketaan perinteisillä empiirisin kaavoilla insinöörimäärin, on tarpeen korjata empiirisiä kertoimia, mikä riippuu suuresti suunnittelijoiden kokemuksesta eikä takaa tarkkuutta.

Tarkkuuden parantamiseksi tässä artikkelissa käytetään simulointiohjelmia magneettikenttäanalyysille, verrataan empiiristen kaavojen tuloksia, ja varmistetaan testein. Simulointitulokset ovat tarkkoja ja voivat täyttää insinöörimäärin vaatimukset.