Заземляющий трансформатор также называется трансформатором заземления нейтрали. Он создает искусственную точку нейтрали в электроэнергетических системах, где нейтраль недоступна напрямую или не заземлена.
Обычно он не пропускает значительный ток нагрузки. Вместо этого он обеспечивает надежный путь для тока нулевой последовательности во время однофазного замыкания на землю. Он работает совместно с резистором заземления нейтрали, заземляющим резистором или дугогасящей катушкой. Это помогает ограничить ток замыкания, подавить переходные перенапряжения и обеспечить работу релейной защиты.
Сухие заземляющие трансформаторы широко используются на подстанциях, в распределительных устройствах, центрах обработки данных, больницах, на промышленных предприятиях и станциях возобновляемой энергетики. Они не содержат масла, огнестойки и требуют относительно низкого технического обслуживания.
Зачем нужны заземляющие трансформаторы?
Во многих распределительных сетях среднего напряжения 6 кВ, 10 кВ и 35 кВ используется изолированная нейтраль или нейтраль, заземленная через дугогасящую катушку. Если низковольтная сторона главного трансформатора соединена в треугольник, доступная точка нейтрали для заземления отсутствует.
При возникновении однофазного замыкания на землю емкостный ток замыкания на землю может стать достаточно большим для поддержания дуги. Это может привести к перемежающимся дуговым перенапряжениям, феррорезонансу или даже междуфазным замыканиям.
Заземляющий трансформатор обеспечивает стабильную искусственную точку нейтрали. После этого система может быть заземлена через резистор, реактор или другое заземляющее устройство. Это повышает как безопасность системы, так и чувствительность защиты.
Принцип работы: преимущества схемы зигзаг?
В заземляющих трансформаторах обычно используется соединение зигзаг. Каждая фазная обмотка разделена на две части. Эти части намотаны в противоположных направлениях на разных стержнях магнитопровода, а затем соединены последовательно для вывода точки нейтрали.
В нормальных условиях трехфазные напряжения практически симметричны.
Заземляющий трансформатор в основном пропускает ток намагничивания. Он представляет высокое сопротивление для токов прямой и обратной последовательностей, поэтому работает в режиме, близком к холостому ходу.
При однофазном замыкании на землю ток нулевой последовательности протекает через точку нейтрали в землю.
Схема зигзаг позволяет потоку нулевой последовательности образовывать замкнутый путь внутри магнитопровода. Это обеспечивает низкое сопротивление току нулевой последовательности.
По сравнению с обычными силовыми трансформаторами, заземляющий трансформатор со схемой зигзаг имеет гораздо меньшее сопротивление нулевой последовательности.
Поэтому он лучше подходит для пропускания тока замыкания на землю. Точное сопротивление нулевой последовательности зависит от мощности изделия, конструкции магнитопровода и уровня напряжения системы. Его следует подтверждать на основе протоколов испытаний производителя и расчетов коротких замыканий в системе.
Распространенные типы и схемы соединений
Заземляющие трансформаторы можно классифицировать следующим образом:
- По изоляционной среде: маслонаполненные заземляющие трансформаторы и сухие заземляющие трансформаторы.
- По числу фаз: трехфазные и однофазные заземляющие трансформаторы.
- По схеме обмоток: двухобмоточные и трехобмоточные заземляющие трансформаторы.
Трехобмоточный заземляющий трансформатор часто включает вспомогательную низковольтную обмотку. Эта обмотка может использоваться как трансформатор собственных нужд подстанции. Таким образом, устройство обеспечивает как искусственную точку нейтрали, так и вспомогательное электроснабжение, сокращая количество оборудования и экономя место.
Типичные схемы соединений включают ZNyn и YNd. Окончательный выбор должен основываться на напряжении системы, методе заземления, требованиях к защите и любых требованиях к вспомогательной нагрузке.
Ключевые параметры и соображения по выбору
Важные параметры для выбора включают:
- Номинальное напряжение: должно соответствовать напряжению системы, например, 10 кВ или 35 кВ.
- Сопротивление нулевой последовательности: влияет на ток однофазного замыкания на землю. Оно должно быть согласовано с резистором заземления нейтрали, дугогасящей катушкой и настройками защиты.
- Номинальная мощность: определяется емкостным током системы, методом заземления и кратковременным током замыкания.
- Класс изоляции: распространенные классы для сухих устройств — класс F и класс H.
- Кратковременная пропускная способность по току: трансформатор должен выдерживать ток замыкания на землю в течение требуемой длительности замыкания.
- Метод заземления: заземление через низкоомный резистор, заземление через высокоомный резистор, резонансное заземление, заземление через дугогасящую катушку или глухое заземление.
В системах с низкоомным заземлением мощность заземляющего трансформатора должна быть проверена на соответствие напряжению системы и целевому току замыкания. Она также должна быть проверена на соответствие требуемой длительности замыкания. Длительно допустимая мощность должна быть рассчитана исходя из кратковременной тепловой нагрузки. Если устройство также питает нагрузку собственных нужд подстанции, вспомогательную нагрузку необходимо добавить, чтобы избежать долгосрочного перегрева.
Типовые области применения
- Распределительные сети 10 кВ / 35 кВ: обеспечение искусственной точки нейтрали и ограничение дуговых перенапряжений.
- Кабельные сети: более высокий емкостный ток замыкания на землю требует контролируемого метода заземления.
- Станции возобновляемой энергетики: стабилизация потенциала точки нейтрали в системах сбора энергии солнечных и ветровых электростанций.
- Центры обработки данных, больницы и промышленные объекты: повышение безопасности заземления и обнаружения замыканий.
- Вспомогательное электроснабжение подстанций: использование трехобмоточного заземляющего трансформатора в качестве трансформатора собственных нужд подстанции.
Контрольный список ежедневного осмотра
Сухой заземляющий трансформатор обычно работает в режиме холостого хода или с очень легкой нагрузкой. Он пропускает значительный ток только во время замыкания на землю. Плановые осмотры должны охватывать как общие пункты для сухих трансформаторов, так и цепь заземления нейтрали.
| Область контроля |
Основные объекты |
Нормальное состояние / Действия |
| Внешний вид и изоляция |
Корпус, обмотки, изоляторы, вводы, стяжки сердечника |
Отсутствие трещин, изменения цвета, карбонизации, поверхностных разрядов или посторонних материалов; очистка от скопившейся пыли во время отключения |
| Электрические соединения |
Концевые заделки кабелей, сборные шины, клеммы, болты |
Отсутствие ослабления, окисления, изменения цвета или следов перегрева; проверка с помощью инфракрасной термографии |
| Нейтраль и заземление |
Вывод нейтрали, заземляющий резистор или дугогасящий реактор, заземление корпуса, заземление сердечника |
Заземляющие проводники надежно закреплены и не имеют коррозии; сопротивление защитного заземления обычно ≤ 4 Ом или согласно требованиям заземляющей сети; сопротивление заземления нейтрали должно определяться расчетом системы |
| Температура и охлаждение |
Регулятор температуры, температура обмотки, охлаждающие вентиляторы, воздуховоды |
Для оборудования класса F срабатывание сигнализации обычно происходит при температуре около 130 °C, а отключение — около 150 °C; класс H допускает более высокие температуры; подтвердите настройки по заводской табличке и данным производителя |
| Звук и вибрация |
Сердечник, стяжки, корпус, вентиляторы |
Равномерное гудение является нормой; немедленно исследуйте потрескивание, возникновение дуги или металлический шум |
| Рабочие параметры |
Напряжение, ток, баланс фаз, ток нулевой последовательности |
Отклонение напряжения желательно в пределах ±5 %; сбалансированные фазные токи; аномальный ток нулевой последовательности требует исследования |
| Окружающая среда |
Вентиляция, температура, влажность, конденсация, защита от вредителей |
Температура окружающей среды обычно ≤ 40 °C; относительная влажность ≤ 85 %; отсутствие конденсата, мусора или поврежденных уплотнений |
Типовые неисправности и их устранение
| Симптом |
Возможная причина |
Рекомендуемые действия |
| Смещение напряжения нейтральной точки |
Небаланс фаз, плохое заземление, замыкание на землю в системе |
Проверить баланс нагрузки, цепь заземления и напряжение нулевой последовательности |
| Аномальный ток нулевой последовательности |
Однофазное замыкание на землю, неисправность резистора заземления, проблема с защитой |
Проверить состояние неисправности системы; осмотреть цепь нейтрали, резистор заземления и трансформатор тока нулевой последовательности |
| Перегрев обмоток или соединений |
Ослабление контакта, перегрузка, отказ вентилятора |
Провести инфракрасный контроль; подтянуть контакты; проверить вентиляторы и воздуховоды |
| Разрядный шум или запах |
Влага, скопление пыли, частичный разряд |
Осмотреть поверхность изоляции во время отключения; при необходимости провести испытания изоляции |
| Высокий ток заземления магнитопровода |
Множественные точки заземления магнитопровода, старение изоляции |
Измерить сопротивление изоляции магнитопровода; найти и устранить непреднамеренные точки заземления |
| Срабатывание защиты нулевой последовательности |
Фактическое замыкание на землю, повреждение резистора заземления, неисправность трансформатора тока или реле |
Подтвердить, произошло ли фактическое замыкание; осмотреть цепь нейтрали, резистор заземления, трансформатор тока нулевой последовательности и настройки реле |
Рекомендации по техническому обслуживанию и испытаниям
Ведите записи о рабочих параметрах: температуре обмотки, токе, напряжении, токе нулевой последовательности и работе вентиляторов. Ежемесячные мероприятия могут включать визуальный осмотр, подтяжку клемм и проверку работы вентиляторов. Ежеквартальные проверки должны охватывать систему заземления, ток заземления сердечника и состояние изоляции.
Ежегодные или нормативные испытания могут включать измерение сопротивления изоляции, сопротивления обмоток постоянному току, коэффициента трансформации, калибровку регулятора температуры и, при необходимости, испытания на частичные разряды.
Хотя в нормальном режиме работы заземляющий трансформатор несет очень небольшую нагрузку, его надежность напрямую влияет на эффективность защиты от замыканий на землю. Нейтральный вывод, заземляющий резистор, дугогасящий реактор и цепь защиты от токов нулевой последовательности должны рассматриваться как приоритетные точки осмотра.
Область применения и примечания по технике безопасности
Данная статья предназначена для общего ознакомления с сухими заземляющими трансформаторами, применяемыми в распределительных сетях среднего напряжения. Конкретные параметры, настройки и интервалы технического обслуживания всегда должны соответствовать заводской табличке оборудования, инструкциям производителя, техническим условиям проекта и применимым местным стандартам.
При осмотрах под напряжением соблюдайте безопасные расстояния до токоведущих частей. Любые работы, связанные с отключением, подтяжкой клемм или испытаниями, должны выполняться с соблюдением процедур блокировки и маркировки, проверки отсутствия напряжения и заземления.
Предоставленная здесь информация предназначена исключительно для технического обсуждения и не является проектной документацией, расчетом координации защиты или эксплуатационной инструкцией.
Подготовлено на основе материалов: Echo
Вход
