Sistem Tek Faz Toplamaya Karşı Tıtaş Dönüşümçüsünün İşleyiş Analizi

1 Kuramsal Analiz

Dağıtım ağlarında, yerleştirilmiş donanımlar iki ana rol üstlenir: düşük gerilim yüklerini güçlendirmek ve arç söndürme bobinlerinin nötral noktasında bağlanarak topraklama koruması sağlamak. Topraklama hataları, en yaygın dağıtım ağı hatası olup, transformatorların çalışma özelliklerini ciddi şekilde etkiler, elektromanyetik parametrelerde ve durumda keskin değişimlere neden olur.Tek fazlı topraklama hataları altında transformatorların dinamik davranışlarını incelemek için bu modeli oluşturun: Düşük gerilim tarafında tek fazlı hata sırasında bir transformatorun kendi karakteristiklerinin stabil kaldığını varsayın. Ardından, arç söndürme bobininin telafi mekanizması yoluyla çalışma kurallarını çıkarın. İlgili materyaller şunları içerir: Şekil 1 (transformator fiziksel yapısı), Şekil 2 (tek fazlı hata altında sistem eşdeğer devresi) ve Şekil 3 (transformator operasyonel eşdeğer devresi).

u sanal güç kaynağı voltajını temsil eder ve hesaplama formülü şöyledir:

Formülde:U_m otobüs voltaj genliğidir; w₀ güç frekans açısal frekansıdır; w₀ sistemin tek fazlı topraklama hatası geçirdikten sonra üretilen voltaj faz açısıdır. Arç yanma aşamasındaki hata sırasında, arç söndürme bobininin akımı i_L şu şekildedir:

Formülde: δ1 zayıflama faktörüdür; IL sistem akımının ve endüktansın genliğini temsil eder; R1 ana transformatorun ve mod döngüsünün eşdeğer direncidir; e tek fazlı topraklama hatası olduğunda voltaj faz açısını temsil eder; L yerleştirilmiş transformatorun ve arç söndürme bobinin sıfır-sıra endüktansını ifade eder.

Arç söndürme bobininde indüktif akım ile detünasyon derecesi arasında bir ilişki vardır ve aşağıdaki formül türetilebilir:

Formülde:i_C telafi edilen topraklama akımıdır; C dağıtım hattının toprağa karşı kapasitesidir; v alt mevki sisteminin detünasyon derecesidir. Sistemin tek fazlı topraklama hatası istikrarlı topraklama durumdayken, arç söndürme bobininin indüktif akımı istikrara gelir.

Yukarıdaki analizi birleştirecek olursak, aşağıdaki denklem elde edilebilir:

Formülde:R_L ana transformatorun ve mod döngüsünün eşdeğer dirençidir (orijinal "eşdeğer endüktans" muhtemelen yazım hatasıdır; devre mantığına dayanarak "eşdeğer direnç" olarak düzeltilmiştir; eğer gerçekten endüktans ise, sembolü L_L olarak koruyun); w₀  güç frekans açısal frekansıdır.

Denklem (4) denklem (5) içine yerleştirilebilir ve indüktif akım hesaplanabilir, aşağıdaki formül elde edilir:

Denklem (6) ile birlikte, hatanın arç söndürme aşamasında, arç söndürme bobinin indüktansı ve dağıtım hattının toprağa karşı kapasitesi seri bağlıdır ve sistem akımı homojendir. Indüktif akım normal seviyeye döndükten sonra, indüktif akımın hesaplama formülü şu şekildedir:

Formülde: u_C0+ arç söndürme aşamasındaki sistemin toprağa karşı kapasitans voltajıdır; i_L0+ arç söndürme aşamasındaki sistemin arç söndürme bobininden geçen indüktif akımdır; w rezonans açısal frekansıdır. Yukarıdaki analize göre, sistemin tek fazlı topraklama hatasının farklı aşamalarında, yerleştirilmiş transformatorun çalışma özelliklerini etkileyen faktörler farklıdır, bunlar Tablo 1'de gösterilmiştir.

2 Benzetim Modelinin Oluşturulması ve Doğrulanması
2.1 Model Oluşturma
Benzetim modelinin oluşturulması, belirli bir bölgedeki yerleştirilmiş transformatörün parametrelerine dayanmaktadır, detayları Tablo 2'de verilmiştir. Kablo hattının parametreleri Tablo 3'te gösterilmiştir.

2.2 Model Doğrulama

Model doğrulamasında, araştırmanın gerçekliğini ve geçerliliğini sağlamak için, sistemin tek fazlı topraklama hatası, 1 A kablo hattının 4 km uzaklıktaki ve 10 kV otobüsüne ayarlanabilir. Hata faz açısı 90° referans alınır. Oluşturulan benzetim modeli kullanılarak, sistemin tek fazlı topraklama hatasındaki farklı hattın sıfır-sıra akımları, Tablo 4'te detaylandırılmıştır.

Sistemin tek fazlı topraklama hatası olduğunda, yerleştirilmiş transformatörün farklı hatlarının kapasitif akımının hesaplama formülü şöyledir:

Tablo 4'teki verilerle birlikte, sistemin tek fazlı topraklama hatası olduğunda, hatalı olmayan hattın sıfır-sıra akımının simülasyon değeri ile gerçek toprağa karşı kapasitif akımın hesaplanan değeri arasındaki maksimum hata -0.848% olup, önemli bir fark yoktur.

3 Çalışma Özelliklerinin Benzetim Analizi
3.1 Başlangıç Faz Açısının Etkisi

Arç yanma aşamasında, üç fazlı voltajlar önemli ölçüde bozulur. A, B ve C faz voltajları yükselir, başlangıç hata faz açısını genişletir ve voltaj bozulmasını artırır. İstikrarlı aşamada, daha büyük bir başlangıç faz açısı, üç fazlı voltajın istikrarlaşmasına olan süreyi kısaltır. Arç söndürme aşamasında, farklı başlangıç faz açılarına rağmen, faz voltajları tutarlı değişir: A fazı normal amplituda yükselir; B fazı normal seviyeye düşer; C fazı önce normalden aşağıya, sonra tekrar yukarıya yükselir. Akımlar için: İlk arç yanma aşamasında, daha büyük bir başlangıç faz açısı, üç fazlı akım değişkenliğini azaltır; istikrarlı aşamada, değişkenliği artırır; arç söndürme aşamasında, başlangıç faz açılarına bakılmaksızın, akım değişimi tutarlıdır.

3.2 Geçiş Direncinin Etkisi

Tek fazlı topraklama hatasının arç yanma aşamasında, yerleştirilmiş transformatörün daha küçük bir geçiş direnci, üç fazlı voltaj değişkenliğini artırır; istikrarlı aşamada, voltaj değişkenliğini (B ve C faz amplitudları daha küçüktür) artırır. Arç söndürme aşamasında, farklı dirençler altında üç fazlı voltajlar tutarlıdır: A fazı normal amplituda ulaşır, B fazı normal seviyeye düşer, C fazı önce düşer, sonra yükselir. Akımlar için: Arç yanma aşamasında, daha küçük bir direnç, üç fazlı akım amplitudunu artırır. İlk aşamada (büyük direnç) akım amplitudu küçüktür; ikinci aşamada (küçük direnç) akım amplitudu büyüktür; üçüncü aşamada, arç söndürme bobininin durdurulmasından sonra, A ve C faz akımları önce düşer, sonra normal seviyeye yükselir.

4 Sonuç

Alt mevki sistemindeki tek fazlı topraklama hatası, yerleştirilmiş transformatör tarafında üç fazlı akımları artırır (tutarlı fazlar, ekipmanlara zarar vermez). Güvenli ve istikrarlı güç sağlanması için, hatalar sonucunda transformatörün çalışma durumunu ve etkilerini anlamak önemlidir. Alt mevki işletiminin birçok faktör tarafından etkilendiği düşünüldüğünde, enerji şirketleri sistem incelemelerine öncelik vermelidir, inceleme çalışmalarını iyileştirmeli, dağıtım hattı işletimini sağlamalı, tek fazlı topraklama hatalarını çözmeli ve günlük yaşamı desteklemelidir.