Analiza ponašanja zemljačkog transformatora pod uslovima jednofaznog prekidnika na zemlju u sistemu

1 Teorijska analiza

U distributivnim mrežama, zemljušni transformatori imaju dve ključne uloge: snabdevanje niskonaponskih opterećenja i povezivanje koila za potisak luka na neutralima za zaštitu od zemljanja. Greške zemljanja, najčešće greške u distributivnim mrežama, teže utiču na radne karakteristike transformatora, dovodeći do oštrih promena elektromagnetnih parametara i stanja.Da bi se istražile dinamičke osobine transformatora pri jednofaznim greškama zemljanja, izgrađuje se ovaj model: Pretpostavljamo da su inherentne karakteristike transformatora stabilne tokom jednofaznih grešaka na strani niske napona. Zatim se izvuče njihova pravila rada putem mehanizma kompenzacije koila za potisak luka. Relevantni materijali uključuju: Slika 1 (fizička struktura transformatora), Slika 2 (ekvivalentna kola sistema pri jednofaznoj grešci) i Slika 3 (ekvivalentna kola rada transformatora).

u predstavlja napon virtualnog izvora, a njegov izračunavanje je:

U formuli:U_m je amplituda napona šine; w₀ je ugao čestice strujnog talasa; w₀ je fazni ugao napona generisan posle toga što sistem iskusio jednofaznu grešku zemljanja. Toku greške u fazi gorenja luka, struja i_L koila za potisak luka je:

U formuli: δ1 je faktor prigušenja; IL predstavlja amplitudu struje sistema i induktivnosti; R1 je ekvivalentno otpornost glavnog transformatora i modula linije; e je fazni ugao napona kada se desi jednofazna greška zemljanja; L označava nultu rednu induktivnost zemljušnog transformatora i induktivnost koila za potisak luka.

Postoji korelacija između induktivne struje i stepena netuninga u koilu za potisak luka, i sledeća formula može biti izvedena:

U formuli:i_C je kompenzirana struja zemljanja; C je kapacitet prema zemlji distributivne linije; v je stepen netuninga sistema podstacione. Kada je jednofazna greška zemljanja sistema u stabilnom stanju zemljanja, induktivna struja koila za potisak luka teži ka stabilnosti.

Kombinovanjem gore navedene analize, može se izvesti sledeća jednačina:

U formuli:R_L je ekvivalentna otpornost glavnog transformatora i modula linije (originalni “ekvivalentna induktivnost” verovatno je greška; ispravljen na “ekvivalentna otpornost” na osnovu logike kola; ako je zaista induktivnost, zadržati simbol L_L); w₀ je ugao čestice strujnog talasa.

Formula (4) može se uvrstiti u formulu (5) za izračunavanje induktivne struje, i dobija se sledeća formula:

Kombinovano sa formulom (6), tijekom faze gašenja luka, induktivnost koila za potisak luka i kapacitet prema zemlji distributivne linije su spojeni serijalno, a struja sistema je uniformna. Nakon što induktivna struja vrati normalu, izračunavaju se induktivne struje prema sledećoj formuli:

U formuli: u_C0+je naponska kapacitivna napetost sistema tijekom faze gašenja luka; i_L0+ je induktivna struja koja teče kroz koilo za potisak luka sistema tijekom faze gašenja luka; w je rezonantni ugao čestice. Na osnovu gore navedene analize, u različitim fazama jednofazne greške zemljanja sistema, faktori koji utiču na radne karakteristike zemljušnog transformatora su različiti, kao što je detaljno prikazano u Tabeli 1.

2 Izgradnja i provera simulacijskog modela
2.1 Izgradnja modela
Izgradnja simulacijskog modela temelji se na parametrima zemljušnog transformatora u određenoj regiji, kako je detaljno prikazano u Tabeli 2. Parametri kablove linije prikazani su u Tabeli 3.

2.2 Provera modela

Pri proveri modela, kako bi se osigurala autentičnost i validnost istraživanja, jednofazna greška zemljanja sistema može biti postavljena na lokaciji 4 km udaljenoj od 1 A kablove linije i 10 kV šine. Fazi ugao greške uzima 90° kao referentnu tačku. Koristeći izgrađeni simulacijski model, dobiju se nultoredne struje različitih linija u sistemu pri jednofaznoj grešci zemljanja, kako je detaljno prikazano u Tabeli 4.

Kada se desi jednofazna greška zemljanja u sistemu, formula za izračunavanje kapacitivne struje različitih linija zemljušnog transformatora je:

Kombinovano sa podacima iz Tabele 4, kada se desi jednofazna greška zemljanja u sistemu, maksimalna greška između simulativne vrednosti nultoredne struje neopterećene linije i izračunate vrednosti stvarne kapacitivne struje prema zemlji iznosi -0.848%, a ne postoji značajna razlika.

3 Simulacijska analiza radnih karakteristika
3.1 Uticaj početnog faze ugla greške

U fazi gorenja luka, trofazni naponi znatno deformiraju. Naponi faza A, B i C porastu, proširuju početni ugao greške i povećavaju distorziju napona. U stabilnoj fazi, veći početni ugao skraćuje vreme stabilizacije trofaznih napona. U fazi gašenja luka, unutar različitih početnih uglova, promene fazonapona su konzistentne: Faza A poraste na normalnu amplitudu; Faza B padne na normalnu; Faza C prvo pada ispod normale, zatim se povrati. Za struje: U prvom periodu gorenja luka, veći početni ugao smanjuje varijaciju trofaznih struja; u stabilnoj fazi, povećava varijaciju; u fazi gašenja luka, promene struja su uniformne bez obzira na početne uglove.

3.2 Uticaj prelaznog otpora

U fazi gorenja luka pri jednofaznoj grešci zemljanja, manji prelazni otpor zemljušnog transformatora povećava varijaciju trofaznih napona; u stabilnoj fazi, povećava varijaciju napona (amplitude faza B i C su manje). U fazi gašenja luka, trofazni naponi su konzistentni pri različitim otporima: Faza A dostiže normalnu amplitudu, Faza B pada na normalnu, a Faza C prvo pada, zatim se povrati. Za struje: U fazi gorenja luka, manji otpor povećava amplitudu trofaznih struja. Prvi period (veliki otpor) ima malu amplitudu struje; drugi (mali otpor) ima veliku amplitudu; u trećem periodu, kada je koilo za potisak luka zaustavljeno, struje faza A i C prvo padaju, zatim se povrate na normalu.

4 Zaključak

Jednofazna greška zemljanja u sistemu podstacione povećava trofazne struje na strani zemljušnog transformatora (konzistentne faze, bez štete za opremu). Da bi se osiguralo stabilno i sigurno snabdevanje strujom, potrebno je razumeti rad transformatora i uticaje faktora nakon grešaka. Budući da rad podstacione utiče mnogo faktora, električne preduzeće treba da prioritizuju inspekcije sistema, poboljšaju inspekcionu rad, osiguraju rad distributivnih linija, reše jednofazne greške zemljanja i podrže svakodnevni život.