Đặc trưng Impedance Dãy Không của Máy Biến Áp Tiếp Địa Loại Khô với Kết Nối ZN
Trong hệ thống điện ba pha có cách ly trung tính, biến áp nối đất cung cấp một điểm trung tính nhân tạo, có thể được nối đất chắc chắn hoặc thông qua cuộn cảm/ngắt hồ quang. Kết nối ZNyn11 là điển hình, trong đó lực từ động thứ tự không trong nửa cuộn dây bên trong/bên ngoài của cùng một cột lõi sẽ triệt tiêu lẫn nhau, cân bằng dòng điện lỗi trong các cuộn dây nối tiếp và giảm thiểu rò rỉ từ thông/độ cản trở thứ tự không.
Độ cản trở thứ tự không rất quan trọng: nó xác định mức độ dòng điện lỗi và phân bố điện áp pha-đất trong hệ thống nối đất có độ cản.
1. Đặc điểm của biến áp nối đất kết nối ZN
Mặc dù có thể sử dụng biến áp kết nối YNd11, nhưng ZNyn11 được ưa chuộng hơn (Hình 1). Các điểm khác biệt chính:
Trong trường hợp lỗi một pha, việc chọn độ cản trở nối đất phù hợp giới hạn dòng điện ngắn mạch pha trong phạm vi dòng điện pha định mức của biến áp chính.
2. Phân tích độ cản trở thứ tự không của biến áp nối đất kết nối ZN
Các tham số kỹ thuật chính của mô hình phân tích biến áp nối đất được hiển thị trong Bảng 1, với sai lệch cho phép của độ cản trở thứ tự không yêu cầu nằm trong ±7.5%.
2.1 Tính toán độ cản trở thứ tự không thông qua công thức kinh nghiệm truyền thống
Như được hiển thị trong Hình 2 (sắp xếp cuộn dây biến áp nối đất), độ cản trở thứ tự không được định nghĩa là tỷ lệ giữa sụt áp ở một pha và dòng điện lỗi khi dòng điện lỗi chảy qua cả ba pha đồng thời. Để tính toán, X0 tuân theo nguyên tắc cản trở của biến áp điện hai cuộn dây thông thường (Phương trình 1).
Trong công thức, W đại diện cho số vòng dây. Đối với cuộn dây có kết nối ZN, W là số vòng của nửa cuộn dây; ∑aR biểu thị diện tích rò rỉ từ thông tương đương. Đối với cuộn dây có kết nối ZN, đây là diện tích rò rỉ từ thông tương đương của hai nửa cuộn dây; ρ là hệ số Rogowski; H là chiều cao phản kháng của cuộn dây.
Thay dữ liệu trong Bảng 1 vào Phương trình (1), độ cản trở thứ tự không được tính là 70.6 Ω.
2.2 Phân tích độ cản trở thứ tự không thông qua phần mềm điện từ
Phần mềm điện từ Magnet của Infolytica đã được sử dụng để phân tích trường từ. Một mô hình đơn giản hóa 3D đã được thiết lập dựa trên đặc điểm cấu trúc của sản phẩm, như được hiển thị trong Hình 3. Phần mềm sử dụng giải thuật giải quyết nhóm tiềm năng T-Ω với các phần tử dập mỏng sử dụng đa thức nội suy từ bậc 1 đến bậc 3.
Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) là phương pháp tính toán số học dựa trên nguyên lý biến phân và nội suy lưới. Nó đầu tiên chuyển đổi vấn đề giá trị biên thành vấn đề biến phân tương ứng (tức là vấn đề cực trị của hàm chức năng) sử dụng nguyên lý biến phân, sau đó rời rạc hóa vấn đề biến phân thành vấn đề cực trị của hàm nhiều biến thông qua nội suy lưới, cuối cùng giảm nó xuống thành một tập các phương trình đại số nhiều biến để giải quyết giải pháp số. Trong quá trình phân tích, lưới được chia như sau: không khí 80, lõi sắt 30, và cuộn dây 15. Biểu đồ lưới của sản phẩm được chi tiết trong Hình 4.
Trong các giải thuật phần tử hữu hạn, bậc đa thức tương quan với độ chính xác của hàm hình dạng miền trường - bậc cao hơn tốt hơn mô tả các thuộc tính trường. Đối với mô hình này, đa thức bậc 2 đã được sử dụng, với tối đa 20 lần lặp, lỗi lặp 0.5%, và lỗi gradient liên hợp 0.01%.
Để kiểm tra độ cản trở thứ tự không của biến áp nối đất thông qua phương pháp ghép nối trường - mạch: áp dụng dòng điện định mức cao áp (27.59 A đỉnh cho phần mềm) tại điểm trung tính, giữ phía thấp áp mở mạch, và đo điện áp.
2.3 Đo lường độ cản trở thứ tự không
Độ cản trở thứ tự không được đo giữa các đầu dây và đầu trung tính của biến áp nối đất ở tần số định mức (như được hiển thị trong Hình 5), được biểu diễn bằng ôm mỗi pha. Giá trị của nó được tính là 3U/I (trong đó U là điện áp thử nghiệm và I là dòng điện thử nghiệm). Trong quá trình đo, dòng điện định mức 19.5 A được áp dụng cho các đầu dây, và điện áp giữa các đầu dây và điểm trung tính được đo là 443.3 V. Độ cản trở thứ tự không được tính là 68.2 Ω.
2.4 Phân tích so sánh các giá trị tính toán, mô phỏng và đo lường
Các tham số hiệu suất chính được so sánh trong Bảng 2. Kết quả cho thấy cả độ cản trở thứ tự không tính toán và mô phỏng của biến áp nối đất đều gần với giá trị đo lường, với sai lệch 3.5% và 0.88% tương ứng. Kết quả mô phỏng từ phần mềm điện từ gần với giá trị đo lường hơn. Kết quả phân tích trường từ giúp hiểu rõ đặc điểm phân bố trường từ của sản phẩm dưới điều kiện làm việc này, có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế điện từ và cấu trúc của sản phẩm dựa trên đặc điểm phân bố trường từ.
Kết quả mô phỏng trường từ thu được từ phần mềm điện từ gần với giá trị đo lường hơn. Với sự giúp đỡ của kết quả phân tích trường từ, đặc điểm phân bố trường từ của sản phẩm dưới điều kiện làm việc này có thể được hiểu rõ hơn, và do đó có thể thực hiện thiết kế điện từ và cấu trúc có mục tiêu cho sản phẩm.
3. Kết luận
Độ cản trở thứ tự không là tham số quan trọng của biến áp nối đất, với yêu cầu sai lệch nghiêm ngặt từ người dùng. Khi tính toán bằng công thức kinh nghiệm truyền thống trong kỹ thuật, cần phải điều chỉnh hệ số kinh nghiệm, điều này phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của nhà thiết kế và khó đảm bảo độ chính xác.
Để cải thiện độ chính xác, bài viết này sử dụng phần mềm mô phỏng để phân tích trường từ, so sánh với kết quả công thức kinh nghiệm, và kiểm chứng thông qua thử nghiệm. Kết quả mô phỏng chính xác và có thể đáp ứng nhu cầu kỹ thuật.
