Karakterizacija impedanca nihanja ničelne vrste suhe zazemljuvalne transformatorje z ZN povezavo

V tristransformacijskem električnem sistemu z izolirano neutralno točko nizozemski transformator zagotavlja umetno neutralno točko, ki jo je mogoče neposredno zemljiti ali zemljiti preko reaktorjev/dušil za luk. Povezava ZNyn11 je tipična, kjer se magnetne motive sile ničelne vrste v notranjih/zunanji polovici navijal na isti stolpični osnovi izničijo, kar omogoča ravnotežje strmih tokov v serijnih navijalih in minimalizira niclelne tokove in impedancno odbojnost.

Niclelna impedanca je ključna: določa velikost strmih tokov in razporeditev napetosti med fazo in zemljo v sistemih z zemljenim impedancnim povezovanjem.

1. Značilnosti zemljenega transformatorja z povezavo ZN

Čeprav je mogoče uporabiti transformatorje z povezavo YNd11, se preferira ZNyn11 (Slika 1). Ključne razlike:

• YNd11 uporablja cirkulirajoče tokove v delta povezavi za ravnotežje, kar zmanjša izhodno kapaciteto.

• ZNyn11 uporablja serijno navijalsko magnetno sklopitve za ravnotežje strmih tokov brez izgub kapacitete, zaradi česar je širše uporabljan.

Med enofaznimi zemljenimi odporniki izbira ustreznega zemljenega impedanca omejuje fazi kratkih tokov na raven nadzorne faze glavnega transformatorja.

2. Analiza niclelne impedancne vrednosti zemljenih transformatorjev z povezavo ZN

Glavni tehnični parametri modela analize zemljenega transformatorja so prikazani v Tabeli 1, pri čemer mora biti dovoljena odstopanja niclelne impedancne vrednosti znotraj ±7,5%.

2.1 Izračun niclelne impedancne vrednosti z uporabo tradicionalnih empiričnih formul

Kot je prikazano na Sliki 2 (razporeditev navijal zemljenega transformatorja), je niclelna impedanca definirana kot razmerje padca napetosti v eni fazi do strmnega toka, ko strmi tok teče skozi vse tri faze hkrati. Za izračun sledi X₀ principu impedancne vrednosti običajnih dvonavijalnih močnih transformatorjev (Enačba 1).

V enačbi predstavlja W število navijalnih obratov. Za navijalo z povezavo ZN je W število obratov polnavijala; ∑aR označuje ekvivalentno območje utrku. Za navijalo z povezavo ZN je to ekvivalentno območje utrku dveh polnavijal; ρ je Rogowski koeficient; H je reaktivna višina navijala.

Vstavljanje podatkov iz Tabele 1 v Enačbo (1) da izračunano niclelni impedancni vrednosti 70,6 Ω.

2.2 Analiza niclelne impedancne vrednosti z uporabo elektromagnetskega programskega oprem

Za analizo magnetnega polja je bil uporabljen program Magnet od Infolytica. Na podlagi strukturnih značilnosti izdelka je bila ustvarjena poenostavljena 3D model, kot je prikazano na Sliki 3. Program uporablja algoritem reševanja potencialne skupine T-Ω z laminiranimi elementi, ki uporabljajo interpolacijske polinome prve do tretje stopnje.

Metoda končnih elementov (FEA) je numerična računska metoda temeljena na variacijskem principu in interpoziciji mreže. Najprej spremeni robni problem v ustrezni variacijski problem (tj. ekstremni problem funkcionala) z uporabo variacijskega principa, nato diskretizira variacijski problem v ekstremni problem običajne večspremeninske funkcije preko interpozicije mreže, kar na koncu zmanjša do množice večspremeninskih algebrskih enačb za reševanje numeričnih rešitev. Med analizo so bile postavljene sledeče mrežne delitve: zrak na 80, železni jedro na 30 in navijala na 15. Mrežni diagram izdelka je podroben na Sliki 4.

V algoritmu končnih elementov je red polinoma sorazmeren z natančnostjo oblikovnih funkcij območja polja – višji redi bolje karakterizirajo lastnosti polja. Za ta model je bil uporabljen polinom druge stopnje, z maksimalno 20 iteracijami, napako iteracije 0,5% in konjugirano gradientno napako 0,01%.

Za testiranje niclelne impedancne vrednosti zemljenega transformatorja z metodo sklopitve polja-cirkuita: na neutralno točko uporabite nominalni tok visoke napetosti (vrhovna vrednost 27,59 A za program), odklopite nizkonapetostni del in izmerite napetost.

2.3 Meritev niclelne impedancne vrednosti

Niclelna impedanca se meri med faznimi terminali in neutralnim terminalom zemljenega transformatorja pri nominalni frekvenci (kot je prikazano na Sliki 5), izražena v ohmih na fazo. Njena vrednost se izračuna kot 3U/I (kjer je U meritvena napetost in I meritveni tok). Med meritvijo se na fazne terminali uporabi nominalni tok 19,5 A, in napetost med faznimi terminali in neutralno točko se meri 443,3 V. Izračunana niclelna impedanca je 68,2 Ω.

2.4 Primerjalna analiza izračunanih simuliranih in meritvenih vrednosti

Glavni performančni parametri so primerjani v Tabeli 2. Rezultati kažejo, da so izračunane in simulirane niclelne impedancne vrednosti zemljenega transformatorja blizu meritvenih vrednosti, z odstopanjem 3,5% in 0,88% glede na to. Simulacijski rezultati iz elektromagnetske programske opreme so bližje meritvenim vrednostim. Rezultati analize magnetnega polja pomagajo jasno razumeti značilnosti razporeditve magnetnega polja izdelka v tej delovni situaciji, ki se lahko uporabijo za optimizacijo elektromagnetskega in strukturnega dizajna izdelka glede na značilnosti razporeditve magnetnega polja.

Rezultati simulacije magnetnega polja, pridobljeni s pomočjo elektromagnetske programske opreme, so bolje poravnani z meritvenimi vrednostmi. S pomočjo rezultatov analize magnetnega polja se lahko bolje razumejo značilnosti razporeditve magnetnega polja izdelka v tej delovni situaciji, in tako lahko izvedemo ciljno elektromagnetski in strukturni dizajn izdelka.

3. Zaključek

Niclelna impedanca je ključni parameter zemljenih transformatorjev, z strogi zahtevami uporabnikov glede odstopanj. Pri izračunu z uporabo tradicionalnih empiričnih formul v inženiringu je potrebno popraviti empirične koeficiente, kar se zelo odvisi od izkušenj konstrukterjev in težko zagotovi natančnost.

Za izboljšanje natančnosti ta članek uporablja simulacijsko programsko opremo za analizo magnetnega polja, primerja z rezultati empiričnih formul in preveri skozi teste. Simulacijski rezultati so natančni in lahko zadovoljijo potrebe inženiringa.