Paglalarawan ng Karunungan sa Impedansya ng Unang Pagkakasunud-sunod ng Dry-Type Grounding Transformer na may ZN Connection

Sa isang neutral-insulated na tatlong-phase power system, nagbibigay ang earthing transformer ng isang artipisyal na neutral point, na maaaring solidly earthed o earthed via reactors/arc suppression coils. Ang koneksyon na ZNyn11 ay tipikal, kung saan ang zero-sequence magnetomotive forces sa inner/outer half-windings ng parehong core column ay kanselado, balanse ang fault currents sa series windings at minimizes ang zero-sequence leakage flux/impedance.

Ang zero-sequence impedance ay mahalaga: ito ang nagpapasya sa magnitude ng fault current at phase-to-earth voltage distribution sa impedance-earthed systems.

1. Katangian ng ZN-Connected Earthing Transformer

Bagama't maaaring gamitin ang YNd11-connected transformers, pinili ang ZNyn11 (Fig. 1). Pangunahing pagkakaiba:

• YNd11 umasa sa delta-circulating currents para sa balance, na nagsisimula ng pagbawas ng output capacity.

• ZNyn11 gumagamit ng series-winding magnetic coupling para sa fault current balance nang walang kapagalan sa capacity, kaya mas malawak ang paggamit.

Sa panahon ng single-phase earth faults, ang pagpili ng appropriate earthing impedance limits ang phase short-circuit currents sa loob ng rated phase current ng pangunahing transformer.

2. Pagsusuri ng Zero-Sequence Impedance ng ZN-Connected Earthing Transformers

Ang pangunahing teknikal na mga parameter ng modelo ng pagsusuri ng earthing transformer ay ipinapakita sa Table 1, na may allowable deviation ng zero-sequence impedance na kinakailangang nasa loob ng ±7.5%.

2.1 Pagsusuri ng Zero-Sequence Impedance Gamit ang Traditional Empirical Formula

Tulad ng ipinapakita sa Figure 2 (earthing transformer winding arrangement), ang zero-sequence impedance ay inilalarawan bilang ang ratio ng voltage drop sa isang phase sa fault current kapag ang fault current ay tumatakas sa lahat ng tatlong phases nang sabay-sabay. Para sa calculation, X₀ sumunod sa impedance principle ng ordinary double-winding power transformers (Equation 1).

Sa formula, W kinakatawan ang bilang ng winding turns. Para sa winding na may ZN connection, W ang bilang ng turns ng half - winding; ∑aR nagsisimula ng equivalent leakage flux area. Para sa winding na may ZN connection, ito ang equivalent leakage flux area ng dalawang half - windings; ρ ay ang Rogowski coefficient; H ay ang reactance height ng winding.

Pag-substitute ng data sa Table 1 sa Equation (1), ang nakalkulang zero-sequence impedance ay 70.6 Ω.

2.2 Pagsusuri ng Zero-Sequence Impedance Gamit ang Electromagnetic Software

Ang Magnet electromagnetic software mula sa Infolytica ay ginamit para sa magnetic field analysis. Isinilid ang isang 3D simplified model batay sa structural characteristics ng produkto, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Ang software ay gumagamit ng T-Ω potential group solving algorithm na may laminated elements gamit ang 1st hanggang 3rd order interpolation polynomials.

Ang finite element analysis (FEA) ay isang numerical calculation method na may ugat sa variational principle at meshing interpolation. Una ito ay nag-transform ng boundary value problem sa isang corresponding variational problem (i.e., extremum problem ng functional) gamit ang variational principle, pagkatapos ay discretize ang variational problem sa isang extremum problem ng common multivariate function sa pamamagitan ng meshing interpolation, na sa huli ay binabawasan ito sa isang set ng multivariate algebraic equations para sa numerical solution. Sa panahon ng pagsusuri, ang mesh divisions ay itinalaga bilang: air sa 80, iron core sa 30, at windings sa 15. Ang product's meshing diagram ay detalyado sa Figure 4.

Sa finite element algorithms, ang polynomial order ay may kaugnayan sa accuracy ng field - domain shape functions – mas mataas na orders mas maayos na karakterisado ang field properties. Para sa model na ito, isinama ang 2nd - order polynomial, na may maximum na 20 iterations, 0.5% iteration error, at 0.01% conjugate gradient error.

Para suriin ang zero - sequence impedance ng earthing transformer gamit ang field - circuit coupling method: i-apply ang high - voltage rated current (27.59 A peak for software) sa neutral point, panatilihin ang low - voltage side open - circuited, at sukatin ang voltage.

2.3 Pagukol ng Zero-Sequence Impedance

Ang zero-sequence impedance ay inukol sa pagitan ng line terminals at neutral terminal ng earthing transformer sa rated frequency (tulad ng ipinapakita sa Figure 5), na inilalarawan sa ohms per phase. Ang halaga nito ay nakalkula bilang 3U/I (kung saan U ang test voltage at I ang test current). Sa panahon ng pagukol, isinama ang rated current na 19.5 A sa line terminals, at inukol ang voltage sa pagitan ng line terminals at neutral point bilang 443.3 V. Ang nakalkulang zero-sequence impedance ay 68.2 Ω.

2.4 Comparative Analysis ng Nakalkula, Simulated at Inukol na Halaga

Ang pangunahing performance parameters ay ipinaglaban sa Table 2. Ang resulta ay nagpapakita na ang nakalkula at simulated zero-sequence impedances ng earthing transformer ay malapit sa inukol na halaga, na may deviations na 3.5% at 0.88% respectively. Ang simulation results mula sa electromagnetic software ay mas malapit sa inukol na halaga. Ang magnetic field analysis results ay tumutulong upang mas malinaw na maintindihan ang magnetic field distribution characteristics ng produkto sa ilalim ng working condition na ito, na maaaring gamitin upang i-optimize ang electromagnetic design at structural design ng produkto batay sa magnetic field distribution characteristics.

Ang magnetic field simulation results na nakuha sa electromagnetic software ay mas malapit sa inukol na halaga. Sa tulong ng magnetic field analysis results, mas malinaw na maintindihan ang characteristics ng magnetic field distribution ng produkto sa ilalim ng working condition na ito, at kaya targeted electromagnetic design at structural design ng produkto ay maaaring gawin.

3. Conclusion

Ang zero-sequence impedance ay isang pangunahing parameter ng earthing transformers, na may mahigpit na deviation requirements mula sa users. Kapag nakalkula gamit ang traditional empirical formulas sa engineering, kailangan ang pag-aayos ng empirical coefficients, na malaking depende sa karanasan ng designers at mahirap tiyakin ang accuracy.

Upang mapataas ang accuracy, ang paper na ito ay gumamit ng simulation software para sa magnetic field analysis, inihambing sa empirical formula results, at inverify sa pamamagitan ng tests. Ang simulation results ay accurate at maaaring tugunan ang engineering needs.