Karakterisasi Impedans Rangkaian Nol Transformator Penjejak Jenis Kering dengan Sambungan ZN

Dalam sistem kuasa tiga fasa yang berselerakan neutral, transformer penjejak menyediakan titik neutral buatan, yang boleh diselerakkan secara langsung atau melalui reaktor/kos besi pemadam lengkung. Sambungan ZNyn11 adalah biasa, di mana daya magnetomotif urutan sifar dalam setengah-lilitan dalaman/luaran pada tiang inti yang sama saling mengimbangi, menyeimbangkan arus kerosakan dalam lilitan siri dan meminimumkan fluks/impedans bocor urutan sifar.

Impedans urutan sifar sangat penting: ia menentukan magnitud arus kerosakan dan pengagihan voltan fasa-ke-bumi dalam sistem yang diselerakkan impedans.

1. Ciri-ciri Transformer Penjejak Sambungan ZN

Walaupun transformer sambungan YNd11 boleh digunakan, ZNyn11 lebih difavoritkan (Gambar. 1). Perbezaan utama:

• YNd11 bergantung pada arus sirkulasi delta untuk keseimbangan, mengurangkan kapasiti output.

• ZNyn11 menggunakan penghubungan magnetik lilitan siri untuk keseimbangan arus kerosakan tanpa kehilangan kapasiti, oleh itu lebih luas penggunaannya.

Semasa kerosakan bumi satu fasa, pemilihan impedans penjejak yang sesuai membatasi arus kerosakan pendek fasa kepada dalam had arus fasa terukur transformer utama.

2. Analisis Impedans Urutan Sifar Transformer Penjejak Sambungan ZN

Parameter teknikal utama model analisis transformer penjejak ditunjukkan dalam Jadual 1, dengan penyimpangan yang dibenarkan bagi impedans urutan sifar perlu berada dalam ±7.5%.

2.1 Pengiraan Impedans Urutan Sifar Melalui Formula Empirikal Tradisional

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 (susunan lilitan transformer penjejak), impedans urutan sifar ditakrifkan sebagai nisbah jatuh tegangan dalam satu fasa terhadap arus kerosakan apabila arus kerosakan mengalir melalui tiga fasa serentak. Untuk pengiraan, X₀ mengikuti prinsip impedans transformer kuasa dwi-lilitan biasa (Persamaan 1).

Dalam formula, W mewakili bilangan putaran lilitan. Untuk lilitan dengan sambungan ZN, W adalah bilangan putaran setengah-lilitan; ∑aR mewakili kawasan fluks bocor setara. Untuk lilitan dengan sambungan ZN, ia adalah kawasan fluks bocor setara dua setengah-lilitan; ρ adalah pekali Rogowski; H adalah ketinggian reaktans lilitan.

Apabila data dalam Jadual 1 dimasukkan ke dalam Persamaan (1), impedans urutan sifar yang dikira adalah 70.6 Ω.

2.2 Analisis Impedans Urutan Sifar Melalui Perisian Elektromagnetik

Perisian elektromagnetik Magnet dari Infolytica digunakan untuk analisis medan magnet. Model ringkas 3D dibentuk berdasarkan ciri struktur produk, seperti ditunjukkan dalam Gambar 3. Perisian menggunakan algoritma penyelesaian kelompok potensial T-Ω dengan elemen pelapis menggunakan polinomial interpolasi darjah pertama hingga ketiga.

Analisis unsur terhingga (FEA) adalah kaedah pengiraan numerik yang berakar pada prinsip variasi dan interpolasi mesh. Ia terlebih dahulu menukar masalah nilai sempadan menjadi masalah variasi yang sepadan (i.e., masalah ekstrem fungsi), kemudian mendiskretkan masalah variasi menjadi masalah ekstrem fungsi multivariabel biasa melalui interpolasi mesh, akhirnya mereduksi ia kepada set persamaan algebra multivariabel untuk menyelesaikan penyelesaian numerik. Semasa analisis, pembahagian mesh ditetapkan seperti berikut: udara 80, inti besi 30, dan lilitan 15. Diagram mesh produk diperincikan dalam Gambar 4.

Dalam algoritma unsur terhingga, tingkat polinomial berkaitan dengan ketepatan fungsi bentuk domain medan - tingkat yang lebih tinggi lebih baik menggambarkan sifat medan. Untuk model ini, polinomial tingkat kedua digunakan, dengan maksimum 20 iterasi, ralat iterasi 0.5%, dan ralat gradien konjugat 0.01%.

Untuk menguji impedans urutan sifar transformer penjejak melalui kaedah penghubungan medan-litar: terapkan arus terukur tegangan tinggi (27.59 A puncak untuk perisian) pada titik neutral, biarkan sisi tegangan rendah terbuka, dan ukur voltan.

2.3 Pengukuran Impedans Urutan Sifar

Impedans urutan sifar diukur antara terminal baris dan terminal neutral transformer penjejak pada frekuensi terukur (seperti ditunjukkan dalam Gambar 5), dinyatakan dalam ohm per fasa. Nilainya dikira sebagai 3U/I (di mana U adalah voltan ujian dan I adalah arus ujian). Semasa pengukuran, arus terukur 19.5 A diterapkan pada terminal baris, dan voltan antara terminal baris dan titik neutral diukur sebagai 443.3 V. Impedans urutan sifar yang dikira adalah 68.2 Ω.

2.4 Analisis Perbandingan Nilai Yang Dikira, Disimulasikan, dan Diukur

Parameter prestasi utama dibandingkan dalam Jadual 2. Hasil menunjukkan bahawa kedua-dua impedans urutan sifar yang dikira dan disimulasikan transformer penjejak dekat dengan nilai yang diukur, dengan penyimpangan 3.5% dan 0.88% masing-masing. Hasil simulasi dari perisian elektromagnetik lebih dekat dengan nilai yang diukur. Hasil analisis medan magnet membantu memahami ciri-ciri pengagihan medan magnet produk dalam keadaan kerja ini, yang boleh digunakan untuk mengoptimumkan reka bentuk elektromagnetik dan struktur produk berdasarkan ciri-ciri pengagihan medan magnet.

Hasil simulasi medan magnet yang diperoleh melalui perisian elektromagnetik lebih dekat dengan nilai yang diukur. Dengan bantuan hasil analisis medan magnet, ciri-ciri pengagihan medan magnet produk dalam keadaan kerja ini dapat dipahami dengan lebih jelas, dan dengan itu reka bentuk elektromagnetik dan struktur produk yang bertujuan dapat dilakukan.

3. Kesimpulan

Impedans urutan sifar adalah parameter kunci transformer penjejak, dengan keperluan penyimpangan yang ketat dari pengguna. Apabila mengira dengan formula empirikal tradisional dalam kejuruteraan, penyesuaian pekali empirikal diperlukan, yang sangat bergantung pada pengalaman pereka dan sukar memastikan ketepatan.

Untuk meningkatkan ketepatan, makalah ini menggunakan perisian simulasi untuk analisis medan magnet, membandingkan dengan hasil formula empirikal, dan mengesahkan melalui ujian. Hasil simulasi tepat dan dapat memenuhi keperluan kejuruteraan.