طراحی ترانسفورماتور زمین‌ساز سه‌منظوره

خطوط انتقال کابل‌های برق زیرزمینی

خطوط کابل برق مستقیم دفن‌شده در زمین دارای ظرفیت خازنی توزیع‌شده در زمین بالا هستند که باعث جریان خازنی تک‌فاز به زمین بالا می‌شود. برای خطوط ۱۰ کیلوولت، اگر این جریان بیش از ۱۰ آمپر باشد، قوس‌های الکتریکی به سختی خود به خود منقرض می‌شوند و خطر افزایش ولتاژ قوس و خطر برای تجهیزات خط وجود دارد. بنابراین لازم است قوس‌ها منقرض شوند. با استفاده از ترانسفورماتور اصلی متصل به Dyn، یک پیچه خنثی‌ساز روی نقطه خنثی ثانویه کافی است. برای ترانسفورماتورهای متصل به Yd، نیاز به یک نقطه خنثی مصنوعی (که توسط یک ترانسفورماتور زمینی فراهم می‌شود) است.

۱. ترانسفورماتورهای زمینی

ترانسفورماتور زمینی دو هدف را دنبال می‌کند: طرف اولیه آن به عنوان یک نقطه خنثی مصنوعی عمل می‌کند (با استفاده از یک پیچه خنثی‌ساز متصل به زمین برای تأمین جریان القایی برای خنثی‌سازی قوس) و طرف ثانویه آن انرژی را به زیراستانس منتقل می‌کند. پیچه‌های خنثی‌ساز همراه ضروری هستند. همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده است، طرف اولیه آن از اتصال Z (برای کاهش امپدانس دنباله صفر و بهبود جبران) برای مشتق‌گیری یک نقطه خنثی استفاده می‌کند. پیچه با فواصل هوای قابل تنظیم/دوران، جریان خازنی (به کمتر از ۵ آمپر) برای زمین‌سازی و خنثی‌سازی قوس را متعادل می‌کند.

به دلیل نابرابری ظرفیت‌های طرف اولیه و ثانویه، ترانسفورماتورهای زمینی ۱۵٪ سبک‌تر از ترانسفورماتورهای برق عادی با ظرفیت مشابه هستند.

۲. ترانسفورماتور زمینی سه‌منظوره

برای افزایش امنیت و قابلیت اطمینان خطوط برق، کاربردهای خارجی به طور گسترده از یک کوپلر خنثی متصل به Z (بدون طرف ثانویه) همراه با یک پیچه خنثی‌ساز برای خنثی‌سازی قوس استفاده می‌کنند. با این حال، چنین کوپلرهایی (برای ترانسفورماتورهای اصلی متصل به YNd/Yd) فقط به عنوان نقاط خنثی مصنوعی عمل می‌کنند و قادر به تأمین انرژی ولتاژ پایین ۴۰۰V نیستند. بنابراین، نیاز به یک ترانسفورماتور برق اضافی برای استفاده در ایستگاه وجود دارد که باعث افزایش هزینه‌ها، فضا و ایجاد ضرر بالا/قابلیت اطمینان پایین می‌شود.

برای حل این مشکل، کارخانه ترانسفورماتور کونمینگ ترانسفورماتور زمینی سه‌منظوره (SJDX-630/160/10) را توسعه داده است. این ترانسفورماتور شامل یک کوپلر خنثی متصل به Z (بدون پیچه ثانویه)، یک پیچه خنثی‌ساز و یک ترانسفورماتور برق برای استفاده در ایستگاه است. ساختار اصلی آن در شکل ۲ نشان داده شده است.

این ترانسفورماتور زمینی سه‌منظوره روی یک هسته پنج‌عضوی مزدوج نصب شده است. پیچه‌های اولیه (با تغییر دهنده‌های تاپ) و ثانویه ترانسفورماتور زمینی سه‌فاز روی سه عضو (بخش پایین در شکل ۲) پیچیده شده‌اند، در حالی که پیچه خنثی‌ساز روی دو عضو دیگر (بخش بالایی در شکل ۲) قرار دارد. قرار دادن پیچه خنثی‌ساز که سبک‌تر است در بالا تسهیل تنظیم فاصله هوایی را فراهم می‌کند اما نیاز به تقویت بیشتر برای ثابت‌سازی دارد. معکوس کردن این ترتیب با استفاده از ترانسفورماتور سنگین‌تر برای پایداری پیچه، ارتعاش را کاهش می‌دهد اما سختی نصب پیچه و تنظیم فاصله هوایی را افزایش می‌دهد. این طراحی ساختار را ساده‌تر می‌کند، مواد را صرفه‌جویی می‌کند، ضرر را کاهش می‌دهد، هم‌پوشانی خوبی فراهم می‌کند و امکان جبران خودکار خنثی‌سازی قوس را از طریق کنترل میکروکامپیوتری فراهم می‌کند.