Paglalarawan ng Karunungan ng Impedansya ng Zero-Sequence sa Transformer na may ZN Connection na Walang Tubig

Sa isang neutral-insulated three-phase power system, nagbibigay ang earthing transformer ng isang artipisyal na neutral point, na maaaring ma-solidly earthed o earthed via reactors/arc suppression coils. Ang koneksyon ng ZNyn11 ay karaniwan, 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.

Kritikal ang zero-sequence impedance: ito ay nagpapasya sa laking fault current at phase-to-earth voltage distribution sa mga impedance-earthed systems.

1. Katangian ng ZN-Connected Earthing Transformer

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

• Ang YNd11 ay umaasa sa delta-circulating currents para sa balance, na nagbabawas ng output capacity.

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

Sa panahon ng single-phase earth faults, ang pagsusunod sa angkop na earthing impedance ay limita 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 parameter ng earthing transformer analysis model ay ipinapakita sa Table 1, na ang pinapayagan na deviation ng zero-sequence impedance ay kinakailangang nasa loob ng ±7.5%.

2.1 Paghahati 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 ratio ng voltage drop sa isang phase sa fault current kapag ang fault current ay lumilipad sa lahat ng tatlong phases ng sabay-sabay. Para sa pagkalkula, X₀ sumunod sa principle ng impedance ng ordinary double-winding power transformers (Equation 1).

Sa formula, W represent ang bilang ng winding turns. Para sa winding na may ZN connection, W ay ang bilang ng turns ng half - winding; ∑aR denotes ang 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. Itinayo 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 na gumagamit ng 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., an extremum problem of a functional) gamit ang variational principle, pagkatapos ay diniscrete ang variational problem sa isang extremum problem ng common multivariate function sa pamamagitan ng meshing interpolation, na sa dulo ay binawasan ito sa isang set ng multivariate algebraic equations para sa pag-solve ng numerical solution. Sa panahon ng analysis, ang mesh divisions ay itinakda bilang: air at 80, iron core at 30, at windings at 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 mahusay na karakterize ang field properties. Para sa model na ito, ang 2nd - order polynomial ang inadopt, na may maximum na 20 iterations, 0.5% iteration error, at 0.01% conjugate gradient error.

Para sa pagsusuri ng zero - sequence impedance ng earthing transformer sa pamamagitan ng 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 Pagsukat ng Zero-Sequence Impedance

Ang zero-sequence impedance ay isinusukat 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 pagsukat, ang 19.5 A rated current ay i-apply sa line terminals, at ang voltage sa pagitan ng line terminals at neutral point ay isinusukat bilang 443.3 V. Ang nakalkulang zero-sequence impedance ay 68.2 Ω.

2.4 Comparative Analysis ng Calculated, Simulated at Measured Values

Ang pangunahing performance parameters ay inicompare sa Table 2. Ang resulta ay nagpapakita na ang parehong calculated at simulated zero-sequence impedances ng earthing transformer ay malapit sa measured value, na may deviations ng 3.5% at 0.88% respectively. Ang simulation results mula sa electromagnetic software ay mas malapit sa measured values. Ang magnetic field analysis results ay tumutulong sa pag-unawa sa 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 measured values. 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 maaari mong gawin.

3.Katapusang Salita

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

Upang mapabuti ang accuracy, ang paper na ito ay gumamit ng simulation software para sa magnetic field analysis, inicompare sa empirical formula results, at iniverify sa pamamagitan ng tests. Ang simulation results ay accurate at maaaring matugunan ang mga pangangailangan sa engineering.