건식 접지 변압기의 ZN 연결을 통한 제로 시퀀스 임피던스 특성 분석
중성 절연 3상 전력 시스템에서 접지 변압기는 고정 접지 또는 리액터/아크 억제 코일을 통한 접지를 제공하는 인공 중성점을 제공합니다. ZNyn11 연결이 일반적이며, 같은 코어 기둥의 내부/외부 반회전수에서 제로 시퀀스 자기 동기력이 상쇄되어 직렬 회전수에서 고장 전류를 균형잡히게 하고 제로 시퀀스 누설 플럭스/임피던스를 최소화합니다.
제로 시퀀스 임피던스는 중요합니다: 이는 임피던스 접지 시스템에서 고장 전류 크기와 위상 대 지구 전압 분포를 결정합니다.
1. ZN-연결 접지 변압기 특징
YNd11-연결 변압기를 사용할 수 있지만, ZNyn11이 선호됩니다(도 1 참조). 주요 차이점:
단일 위상 접지 고장 시 적절한 접지 임피던스를 선택하면 단락 전류가 주 변압기의 정격 위상 전류 내로 제한됩니다.
2. ZN-연결 접지 변압기의 제로 시퀀스 임피던스 분석
접지 변압기 분석 모델의 주요 기술 파라미터는 표 1에 나와 있으며, 제로 시퀀스 임피던스 허용 오차는 ±7.5% 내로 요구됩니다.
2.1 전통적인 경험적 공식을 통한 제로 시퀀스 임피던스 계산
도 2(접지 변압기 회전수 배치)에서 보듯이, 제로 시퀀스 임피던스는 모든 세 위상에서 동시에 고장 전류가 흐를 때 한 위상의 전압 강하와 고장 전류의 비율로 정의됩니다. 계산 시, X0는 일반 이중 회전수 전력 변압기의 임피던스 원칙(Equation 1)을 따릅니다.
공식에서, W는 회전수 회전수입니다. ZN 연결 회전수의 경우, W는 반 회전수의 회전수입니다; ∑aR은 동등한 누설 플럭스 면적을 나타냅니다. ZN 연결 회전수의 경우, 두 개의 반 회전수의 동등한 누설 플럭스 면적입니다; ρ는 로고스키 계수이고, H는 회전수의 반응 높이입니다.
표 1의 데이터를 Equation (1)에 대입하면 계산된 제로 시퀀스 임피던스는 70.6 Ω입니다.
2.2 전자자기 소프트웨어를 통한 제로 시퀀스 임피던스 분석
Infolytica의 Magnet 전자자기 소프트웨어를 사용하여 자기장 분석을 수행했습니다. 제품의 구조적 특성을 기반으로 3D 단순화 모델을 작성했으며, 도 3과 같습니다. 소프트웨어는 1차부터 3차까지의 보간 다항식을 사용하는 램네이티드 요소와 T-Ω 전위 그룹 해결 알고리즘을 활용합니다.
유한 요소 분석(FEA)은 변분 원칙과 메시 보간을 기반으로 하는 수치 계산 방법입니다. 먼저 변분 원칙을 사용하여 경계값 문제를 해당 변분 문제(즉, 함수의 극값 문제)로 변환한 다음, 메시 보간을 통해 변분 문제를 일반 다변수 함수의 극값 문제로 이산화하여 결국 다변수 대수 방정식 집합으로 환원하여 수치 해를 구합니다. 분석 중, 메시 분할은 다음과 같이 설정되었습니다: 공기 80, 철심 30, 회전수 15. 제품의 메시 다이어그램은 도 4에 자세히 나와 있습니다.
유한 요소 알고리즘에서 다항식 차수는 필드 영역 형상 함수의 정확성과 관련이 있으며, 더 높은 차수는 필드 특성을 더 잘 표현합니다. 이 모델에서는 2차 다항식을 채택했으며, 최대 20회의 반복, 0.5%의 반복 오차, 0.01%의 공액 기울기 오차를 사용했습니다.
필드-회로 결합 방법을 통해 접지 변압기의 제로 시퀀스 임피던스를 테스트하려면: 중립점에 정격 전류(소프트웨어에서 피크 27.59 A)를 적용하고 저전압 측을 오픈 서킷 상태로 유지하며 전압을 측정합니다.
2.3 제로 시퀀스 임피던스 측정
제로 시퀀스 임피던스는 접지 변압기의 라인 단자와 중립 단자 사이에서 정격 주파수(도 5 참조)에서 측정되며, 위상 당 옴으로 표시됩니다. 그 값은 3U/I(여기서 U는 테스트 전압이고 I는 테스트 전류)로 계산됩니다. 측정 중, 라인 단자에 19.5 A의 정격 전류를 적용하고, 라인 단자와 중립점 사이의 전압을 443.3 V로 측정하였습니다. 계산된 제로 시퀀스 임피던스는 68.2 Ω입니다.
2.4 계산, 시뮬레이션 및 측정 값의 비교 분석
주요 성능 파라미터는 표 2에서 비교됩니다. 결과는 접지 변압기의 계산 및 시뮬레이션 제로 시퀀스 임피던스가 측정 값과 가까우며, 각각 3.5%와 0.88%의 편차를 보입니다. 전자자기 소프트웨어의 시뮬레이션 결과가 측정 값에 더 가깝습니다. 자기장 분석 결과는 이 작업 조건에서 제품의 자기장 분포 특성을 명확히 이해하는 데 도움이 되며, 이를 바탕으로 제품의 자기장 분포 특성을 기반으로 제품의 전자자기 설계 및 구조 설계를 최적화할 수 있습니다.
전자자기 소프트웨어로 얻은 자기장 시뮬레이션 결과는 측정 값과 더 가깝습니다. 자기장 분석 결과의 도움으로 이 작업 조건에서 제품의 자기장 분포 특성을 더 명확히 이해할 수 있으며, 이를 바탕으로 제품의 대상 전자자기 설계 및 구조 설계를 수행할 수 있습니다.
3. 결론
제로 시퀀스 임피던스는 접지 변압기의 주요 매개변수이며, 사용자는 엄격한 편차 요구 사항을 가지고 있습니다. 공학적으로 전통적인 경험적 공식을 사용하여 계산할 때, 경험적 계수를 수정해야 하며, 이는 설계자의 경험에 크게 의존하며 정확성을 보장하기 어렵습니다.
정확성을 향상시키기 위해, 본 논문은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 자기장 분석을 수행하고, 경험적 공식 결과와 비교하며, 테스트를 통해 검증합니다. 시뮬레이션 결과는 정확하며 공학적 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
