Nullsoros impedancia jellemzése ZN csatlakozással rendelkező száraz talajzatú transzformátor esetén
Egy semleges izolált háromfázisú energiaellátási rendszerben egy földelő transzformátor kínál egy mesterséges semleges pontot, amely szilárdan vagy reaktorok/ívkioltó tekercsek révén lehet földre kötözve. A ZNyn11 csatlakozás tipikus, ahol a belső/külső féltekercsek ugyanazon magoszlopban lévő nulladrendű mágnesmozgató erők kiejtik egymást, ezzel kiegyensúlyozva a soros tekercsekben áramló hibajáratokat, és minimalizálva a nulladrendű lecsapódó mágneses fluktuációt/ellenállást.
A nulladrendű ellenállás kulcsfontosságú: meghatározza a hibajárat nagyságát és a fázis-föld közötti feszültség eloszlást az ellenállásosan földre kötözött rendszerekben.
1. A ZN-kapcsolással ellátott földelő transzformátor jellemzői
Bár a YNd11-kapcsolással ellátott transzformátorok használhatók, a ZNyn11-t általában előnyben részesítik (Ld. 1). Főbb különbségek:
Egyszakaszos földhírek esetén a megfelelően kiválasztott földelő ellenállás korlátozza a fázis rövidzárlat áramokat a fő transzformátor nominális fázisáramán belül.
2. A ZN-kapcsolással ellátott földelő transzformátorok nulladrendű ellenállásának elemzése
A földelő transzformátor elemzési modell főbb technikai paraméterei a Táblázat 1-ben láthatók, ahol a nulladrendű ellenállás engedélyezett eltérése ±7,5%-on belül kell legyen.
2.1 Nulladrendű ellenállás kiszámítása hagyományos empirikus képlet alapján
Ahogy a 2. ábra mutatja (a földelő transzformátor tekercs elrendezése), a nulladrendű ellenállás definiálva van mint az egy fázisban bekövetkező feszültség-lecsengés aránya a hibajáratokhoz, amikor a hibajárat mindhárom fázison átmennek. A kiszámításnál X0 követi az általános kéttekercses energia-transzformátorok ellenállási elvét (Egyenlet 1).
A képletben, W jelöli a tekercs tekerési számát. Egy ZN-kapcsolással ellátott tekercs esetén, W a féltekercs tekerési száma; ∑aR jelöli az ekvivalens lecsapódó mágneses területet. Egy ZN-kapcsolással ellátott tekercs esetén, ez a két féltekercs ekvivalens lecsapódó mágneses területe; ρ a Rogowski-együttható; H a tekercs reaktanciós magassága.
Ha behelyettesítjük a Táblázat 1 adatokat az (1) Egyenletbe, a kiszámított nulladrendű ellenállás 70,6 Ω.
2.2 Nulladrendű ellenállás elemzése elektromágneses szoftverrel
Az Infolytica Magnet elektromágneses szoftvert használták a mágneses mező elemzésére. Egy 3D egyszerűsített modellt készítettek a termék szerkezeti jellemzői alapján, ahogyan a 3. ábra mutatja. A szoftver T-Ω potenciál csoport megoldó algoritmust használ lappangott elemekkel 1. - 3. rendű interpolációs polinomokkal.
A véges elem analízis (FEA) egy numerikus számítási módszer, amely a variációs elvre és a hálózati interpoláción alapszik. Először a határérték problémát a variációs elv segítségével egy megfelelő variációs problémává (azaz egy funkcionál extrempont-problémává) alakítja, majd a hálózati interpoláció segítségével a variációs problémát egy általános többváltozós függvény extrempont-problémává, végül pedig egy többváltozós algebrai egyenletrendszerre redukálja, hogy megoldja a numerikus megoldást. Az elemzés során a hálózat beállítása a következő volt: levegő 80, vasmag 30, és tekercsek 15. A termék hálózati diagramja részletesen látható a 4. ábrán.
A véges elem algoritmusokban a polinom rendje összefügg a mező-terület alakfüggvények pontosságával – magasabb rendek jobban jellemzik a mező tulajdonságait. Ehhez a modellhez 2. rendű polinomot használtak, maximum 20 iterációval, 0,5% iterációs hibával, és 0,01% konjugált gradiens hibával.
A földelő transzformátor nulladrendű ellenállásának teszteléséhez a mező-körkapcsolat módszerrel: alkalmazzuk a magasfeszültségű nominális áramot (27,59 A csúcserőt a szoftverben) a semleges pontra, tartva a napi oldalt nyitva, és mérjük a feszültséget.
2.3 Nulladrendű ellenállás mérése
A nulladrendű ellenállást a földelő transzformátor vonallag-osztályok és a semleges terminál között mérik a nominális frekvencián (ahogyan a 5. ábra mutatja), ohm-on kifejezve fázisonként. Értékét 3U/I képlettel számolják (ahol U a próba feszültség, I pedig a próba áram). A mérés során 19,5 A nominális áramot alkalmaztak a vonallag-osztályokra, és 443,3 V feszültséget mérték a vonallag-osztályok és a semleges pont között. A kiszámított nulladrendű ellenállás 68,2 Ω.
2.4 A kiszámított, szimulált és mérési értékek összehasonlító elemzése
A fő teljesítményparaméterek összehasonlíthatók a Táblázat 2-ben. Az eredmények azt mutatják, hogy a földelő transzformátor kiszámított és szimulált nulladrendű ellenállása közel áll a mérési értékhez, 3,5% és 0,88% eltéréssel. Az elektromágneses szoftver szimulációs eredményei közelebb állnak a mérési értékekhez. A mágneses mező elemzés eredményei segítenek világosabban megérteni a termék mágneses mező eloszlásának jellemzőit ezen működési feltételek mellett, amelyeket felhasználhatnak a termék elektromágneses és szerkezeti tervezésének optimalizálására a mágneses mező eloszlásának jellemzői alapján.
Az elektromágneses szoftverrel szimulált mágneses mező eredményei közelebb állnak a mérési értékekhez. A mágneses mező elemzés eredményeinek segítségével a termék mágneses mező eloszlásának jellemzői ezen működési feltételek mellett világosabban megértethetők, és így célszerű elektromágneses és szerkezeti tervezést hajthatnak végre a termékre.
3. Következtetés
A nulladrendű ellenállás a földelő transzformátorok egyik kulcsfontosságú paramétere, amelyre a felhasználók szigorú eltérési követelményeket támasztanak. Mérnöki szinten, hagyományos empirikus képletekkel történő kiszámításnál az empirikus együtthatók korrekciójára van szükség, ami nagy mértékben a tervezők tapasztalattól függ, és nehéz lesz a pontosság biztosítása.
A pontosság javítása érdekében ebben a tanulmányban szimulációs szoftvert használtak a mágneses mező elemzésére, összehasonlították az empirikus képlet eredményeivel, és tesztekkel igazolták. A szimulációs eredmények pontosak, és kielégíthetik a mérnöki igényeket.
