Die Auslegung des dreifachen Erdtransformators

Unterirdische Starkstromkabelleitungen

Direkt eingegrabene Starkstromkabelleitungen haben eine große Bodenverteilungskapazität, was zu hohen Einphasen-gegen-Erde-Kurzschlusskapazitätsströmen führt. Bei 10-kV-Leitungen, wenn dieser Strom 10 A übersteigt, erlöschen Bögen kaum von selbst, was die Gefahr eines Bogenüberspannung und die Gefährdung der Leitungsausrüstung erhöht. Die Bogenlöschung ist daher notwendig. Bei einem Dyn-geschalteten Haupttransformator genügt eine Bogenlöschspule am sekundären Neutralpunkt. Für Yd-geschaltete Transformatoren ist ein künstlicher Neutralpunkt (bereitgestellt durch einen Erdtransformator) erforderlich.

1 Erdtransformatoren

Ein Erdtransformator dient zwei Zwecken: seine Primärseite fungiert als künstlicher Neutralpunkt (erdet über eine Bogenlöschspule, um induktiven Strom für die Bogenlöschung bereitzustellen), und die Sekundärseite versorgt die Umspannstation. Bogenlöschspulen sind wesentliche Begleiter. Wie in Abbildung 1 gezeigt, verwendet seine Primärseite eine Z-Schaltung (um den Nullfolgeimpedanz zu reduzieren und die Kompensation zu verbessern), um einen Neutralpunkt abzuleiten. Die Spule, mit verstellbaren Luftspalten/Spulenwicklungen, balanciert den Kapazitätsstrom (unter 5 A) zur Erdung und Bogenlöschung.

Aufgrund ungleicher Primär-sekundär-Kapazitäten sind Erdtransformatoren 15% leichter als gleichkapazitative normale Starkstromtransformatoren.

2 Drei-Zweck-Erdtransformator

Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Stromleitungen zu erhöhen, werden im Ausland weit verbreitet Z-geschaltete neutrale Kopplungen (ohne Sekundärseite) zusammen mit einer Bogenlöschspule zur Bogenlöschung eingesetzt. Allerdings dienen solche Kopplungen (für YNd/Yd-geschaltete Haupttransformatoren) nur als künstliche Neutrale und liefern keine 400-V-Niederspannung. Daher ist ein zusätzlicher Stationsnutzungstransformator erforderlich, was Kosten, Platzbedarf und hohe Verluste/geringe Zuverlässigkeit verursacht.

Um dies zu beheben, entwickelte das Kunming-Transformatorwerk den drei-Zweck-Erdtransformator (SJDX-630/160/10). Er integriert eine Z-geschaltete neutrale Kopplung (ohne Sekundärwicklung), eine Bogenlöschspule und einen Stationsnutzungstransformator. Seine Kernstruktur ist in Abbildung 2 dargestellt.

Dieser drei-Zweck-Erdtransformator ist auf einem fünfbeinigen konjugierten Kern montiert. Die Primär- (mit Spannungswählern) und Sekundärwicklungen des dreiphasigen Erdtransformators sind auf drei Beinen gewickelt (unterer Teil in Abb. 2), während die Bogenlöschspule auf den anderen beiden (oberer Teil in Abb. 2) angeordnet ist. Das Platzieren der leichteren Bogenlöschspule oben erleichtert die Luftspaltanpassung, erfordert jedoch verstärkte Befestigung. Die Umkehrung der Anordnung nutzt den schwereren Transformator, um die Spule zu stabilisieren, reduziert Vibrationen, aber macht die Installation und Luftspaltanpassung der Spule schwieriger. Dieses Design vereinfacht die Struktur, spart Material, verringert Verluste, gewährleistet gute Kompatibilität und ermöglicht die automatische Bogenlöschkompensation über Mikrocomputersteuerung.