Sıfır Dizisi İmpedans Karakterizasyonu ZN Bağlantılı Kurutulmuş Tip Kayaç Trafo

Nötral yalıtılmış üç fazlı güç sistemlerinde, bir yerleştirme transformatörü yapay bir nötral nokta sağlar. Bu nokta, doğrudan veya reaktör/çizgisizlik bobinleri aracılığıyla yerleştirilebilir. ZNyn11 bağlantısı tipiktir ve burada aynı çekirdek sütunundaki iç/dış yarı sarımlardaki sıfır-dizi manyetik itki kuvvetleri birbirini götürür, serili sarımlardaki hat akımlarını dengeler ve sıfır-dizi sızıntı akımını/impedansını minimize eder.

Sıfır-dizi impedansı kritik öneme sahiptir: impedans yerleştirilmiş sistemlerde hat akım büyüklüğünü ve faz-kara gerilim dağılımını belirler.

1. ZN Bağlantılı Yerleştirme Transformatörünün Özellikleri

YNd11 bağlantılı transformatorlar kullanılabilir olsa da, ZNyn11 tercih edilir (Şekil 1). Önemli farklılıklar:

• YNd11, dengeyi sağlamak için delta döngü akımlarına bağımlıdır, bu da çıkış kapasitesini azaltır.

• ZNyn11, kapasite kaybı olmaksızın serili sarım manyetik eşleme kullanarak hat akım dengesini sağlar, bu nedenle daha yaygın olarak kullanılır.

Tek fazlı kara hatları sırasında, uygun yerleştirme impedansının seçilmesi, ana transformatörün nominal faz akımı içinde faz kısa devre akımlarını sınırlar.

2. ZN Bağlantılı Yerleştirme Transformatörlerinin Sıfır-Dizi Impedans Analizi

Yerleştirme transformatörü analiz modelinin ana teknik parametreleri Tablo 1'de gösterilmiştir. Sıfır-dizi impedansındaki izin verilen sapma ±7.5% içinde olması gerekmektedir.

2.1 Geleneksel Deneysel Formül ile Sıfır-Dizi Impedans Hesabı

Şekil 2'ye (yerleştirme transformatörü sarım düzeni) göre, sıfır-dizi impedans, hat akımı tüm üç fazda eş zamanlı olarak akarken bir fazdaki gerilim düşüşünün hat akımına oranı olarak tanımlanır. Hesaplamada, X₀ normal çift sarımlı güç transformatörlerinin impedans ilkesine uyar (Denklem 1).

Formülde, W sarım turlarının sayısını temsil eder. ZN bağlantılı bir sarımda, W yarı sarımın tur sayısıdır; ∑aR eşdeğer sızıntı akım alanını ifade eder. ZN bağlantılı bir sarımda, bu iki yarı sarımın eşdeğer sızıntı akım alanıdır; ρ Rogowski katsayısıdır; H sarımın reaktans yüksekliğidir.

Tablo 1'deki veriler Denklem (1)'e yerleştirildiğinde, hesaplanan sıfır-dizi impedans 70.6 Ω değerindedir.

2.2 Elektromanyetik Yazılım ile Sıfır-Dizi Impedans Analizi

Infolytica'nın Magnet elektromanyetik yazılımı, manyetik alan analizi için kullanıldı. Ürünün yapısal özelliklerine dayalı olarak 3D basitleştirilmiş bir model oluşturuldu, Şekil 3'te gösterildiği gibi. Yazılım, 1. ila 3. derece interpolasyon polinomlarını kullanan lamineli elemanlarla T-Ω potansiyel grubu çözme algoritmasını kullanır.

Sonlu eleman analizi (FEA), varyasyonel prensip ve ağlama interpolasyonuna dayalı bir sayısal hesaplama yöntemidir. Önce varyasyonel prensiple sınır değer problemi karşılık gelen bir varyasyonel problem (yani, işlevselin ekstremum problemi) haline getirilir, sonra ağlama interpolasyonu aracılığıyla varyasyonel problem ortak çok değişkenli bir fonksiyonun ekstremum problemine ayrılır, nihayetinde de çok değişkenli cebirsel denklem setine indirgenerek sayısal çözüm elde edilir. Analiz sırasında, ağlama bölümleri şu şekilde ayarlandı: hava 80, demir çekirdek 30, sarımlar 15. Ürünün ağlama diyagramı Şekil 4'te detaylandırılmıştır.

Sonlu eleman algoritmalarında, polinom derecesi alan bölgesi şekil fonksiyonlarının doğruluğu ile ilişkilidir - daha yüksek dereceler alan özelliklerini daha iyi karakterize eder. Bu modele, maksimum 20 iterasyon, %0.5 iterasyon hatası ve %0.01 konjuge gradyan hatası ile 2. derece polinom kullanıldı.

Alan-devre kombine yöntemiyle yerleştirme transformatörünün sıfır-dizi impedansını test etmek için: nötr noktasına yüksek gerilimli nominal akımı (yazılım için zirve 27.59 A) uygulayın, düşük gerilim tarafını açık devre tutun ve gerilimi ölçün.

2.3 Sıfır-Dizi Impedans Ölçümü

Sıfır-dizi impedans, yerleştirme transformatörünün hat terminali ve nötr terminali arasında nominal frekans (Şekil 5'te gösterildiği gibi) olan faza göre ohm olarak ölçülür. Değeri 3U/I (burada U test gerilimi, I test akımı) olarak hesaplanır. Ölçüm sırasında, hat terminaline 19.5 A nominal akım uygulanır ve hat terminali ile nötr nokta arasındaki gerilim 443.3 V olarak ölçülür. Hesaplanan sıfır-dizi impedans 68.2 Ω değerindedir.

2.4 Hesaplanan, Simüle Edilen ve Ölçülen Değerlerin Karşılaştırılması

Ana performans parametreleri Tablo 2'de karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, yerleştirme transformatörünün hesaplanan ve simüle edilen sıfır-dizi impedanslarının ölçülen değere yakındır, sapmaları sırasıyla %3.5 ve %0.88'dir. Elektromanyetik yazılımdan elde edilen simülasyon sonuçları, ölçülen değerlere daha yakındır. Manyetik alan analiz sonuçları, bu çalışma koşullarında ürünün manyetik alan dağılım özelliklerini net bir şekilde anlamaya yardımcı olur, bu da manyetik alan dağılım özelliklerine dayalı olarak ürünün manyetik tasarım ve yapısal tasarımını optimize etmek için kullanılabilir.

Elektromanyetik yazılımdan elde edilen manyetik alan simülasyon sonuçları, ölçülen değerlere daha yakındır. Manyetik alan analiz sonuçlarıyla, bu çalışma koşullarında ürünün manyetik alan dağılım özelliklerini daha net bir şekilde anlayabilir ve böylece hedefe yönelik manyetik tasarım ve yapısal tasarım yapılabilir.

3. Sonuç

Sıfır-dizi impedans, yerleştirme transformatörlerinin kilit parametresidir ve kullanıcılar tarafından sıkı sapma gereklilikleri vardır. Mühendislikte geleneksel deneysel formüllerle hesaplarken, empirik katsayıların düzeltilmesi gerekir, bu da tasarımcıların deneyimine bağlı olarak genellikle doğruluğu garanti edemez.

Doğruluğu artırmak için, bu makale manyetik alan analizi için simülasyon yazılımını kullanır, geleneksel formül sonuçlarıyla karşılaştırır ve testlerle doğrular. Simülasyon sonuçları doğru ve mühendislik ihtiyaçlarını karşılayabilir.