Заземляющие трансформаторы, также называемые сопряжителями нейтрали, применяются в трехфазных системах электроснабжения, где отсутствует точка нейтрали или точка нейтрали не выведена. Они создают искусственную точку нейтрали, чтобы система могла быть заземлена напрямую, через резистор или через дугогасящую катушку. Это помогает ограничить токи однофазного замыкания на землю и подавить перенапряжения на неповрежденных фазах.
Заземляющие трансформаторы классифицируются как реакторы в стандарте IEC 60076-6:2007. Их конструкция зависит от условий эксплуатации системы и требований подстанции. Поскольку существующая литература содержит ограниченные рекомендации по испытаниям, в данной статье рассматриваются испытания на нагрев для нескольких распространенных типов маслонаполненных заземляющих трансформаторов.
Общие требования к испытаниям на нагрев должны соответствовать стандарту IEC 60076-2:2011. Для маслонаполненных трансформаторов с охлаждением ONAN или ONAF типичные пределы составляют 60 К для превышения температуры верхних слоев масла и 65 К для среднего превышения температуры обмотки, если иное не указано в спецификации на закупку.
Зигзагообразный заземляющий трансформатор
2. Режимы работы и испытания на нагрев
2.1 Заземляющие трансформаторы с номинальным длительным током нейтрали и вторичной обмоткой
Заземляющий трансформатор со вторичной обмоткой
Для данного типа заказчик указывает номинальный длительный ток нейтрали на основе ожидаемого смещения точки нейтрали и выбранного метода заземления нейтрали. Также может быть предусмотрена вторичная обмотка для питания собственных нужд подстанции.
В нормальных условиях эксплуатации системы заземляющий трансформатор может работать в следующих режимах:
- режим симметричной трехфазной нагрузки, при котором точка нейтрали остается близкой к потенциалу земли;
- режим несимметричной трехфазной нагрузки, при котором смещение точки нейтрали вызывает протекание длительного тока нулевой последовательности;
- режим нагрузки вторичной обмотки.
При симметричной нагрузке в первичной обмотке протекает только ток намагничивания. Потери в основном представляют собой потери в стали магнитопровода и очень малые омические потери в первичной обмотке. Следовательно, превышение температуры обмотки относительно масла близко к нулю.
При смещении точки нейтрали через первичную обмотку заземляющего трансформатора протекает длительный ток нулевой последовательности. Это вызывает омические потери в обмотке и дополнительные потери рассеяния, вызванные магнитным потоком нулевой последовательности. Если вторичная обмотка нагружена, необходимо также учитывать омические потери во вторичной обмотке и дополнительные потери нагрузки.
Поскольку режим симметричной нагрузки и режим смещения нейтрали не возникают одновременно, тогда как режим нагрузки вторичной обмотки может накладываться на любой из них, испытание на нагрев должно моделировать наиболее тяжелую комбинацию.
Пример методики испытаний
Рассмотрим маслонаполненный заземляющий трансформатор со следующими данными.
Пример технических данных маслонаполненного заземляющего трансформатора
| Параметр |
Значение |
| Группа соединения обмоток |
ZNyn11 |
| Номинальный ток |
3,5 / 288,7 А |
| Потери холостого хода |
1 337 Вт |
| Нагрузочные потери при 75 °C на базе 200 кВА |
969 Вт |
| Потери постоянного тока в обмотке НН при 75 °C |
754 Вт |
| Номинальный длительный ток нейтрали |
70 А |
| Потери при номинальном длительном токе нейтрали при 75 °C |
4 930 Вт |
Испытание на нагрев может проводиться следующим образом.
Этап 1 — Стадия максимальных полных потерь
Полные потери, которые необходимо приложить, составляют:
Pmax = PkN(75 °C) + P0 + Pr(75 °C)
Pmax = 4,930 + 1,337 + 754 = 7,021 Вт
где:
- PkN(75 °C) — потери, создаваемые номинальным длительным током нейтрали;
- P0 — потери холостого хода при номинальном напряжении и частоте;
- Pr(75 °C) — потери на постоянном токе в обмотке НН при номинальном токе вторичной нагрузки.
Потери, создаваемые номинальным длительным током нейтрали, должны определяться на основе измеренных значений. Перед испытанием вторичная обмотка остается разомкнутой, а между выводами ВН ABC и нейтральной точкой O подается номинальный длительный ток нейтрали 70 А. Затем измеренные потери приводятся к расчетной температуре 75 °C.
Подключение при испытании заземляющего трансформатора на нагрев
Pr(75 °C) — потери на постоянном токе в обмотке НН при номинальном вторичном токе 288,7 А. Ток ВН, соответствующий вторичной нагрузке 200 кВА, составляет 3,5 А, что уже учтено в значении 70/3 А на фазу. Следовательно, потери при полной нагрузке, измеренные при обычном испытании на нагрузку, нельзя использовать напрямую, иначе потери на постоянном токе ВН будут учтены дважды, и результат по нагреву будет завышен.
После определения полных потерь трансформатор подключается к сети согласно схеме испытания. Превышение температуры верхних слоев масла и среднее превышение температуры масла определяются в соответствии с IEC 60076-2:2011.
Этап 2 — Превышение температуры обмотки ВН
Ток на данном этапе должен включать номинальный длительный ток нейтрали и ток ВН, соответствующий номинальной вторичной мощности. Для данного примера прикладываемый ток составляет:
I = 3 × 3,5 + 70 = 80,5 А
Этот ток поддерживается в течение одного часа. Измеряется горячее сопротивление обмотки ВН между выводом B и нейтралью O для определения разности температур между обмоткой ВН и маслом и, следовательно, превышения температуры обмотки ВН. Данный подход соответствует принципу, изложенному в IEC 60076-6:2007 для заземляющих трансформаторов с вторичной обмоткой.
Этап 3 — Превышение температуры обмотки НН
Затем при испытании обмотки НН заземляющий трансформатор рассматривается аналогично распределительному трансформатору. Обмотка НН замыкается накоротко, и на сторону ВН подается симметричный трехфазный ток 3,5 А, соответствующий номинальной вторичной мощности. Продолжительность испытания составляет один час.
Измеряется горячее сопротивление обмотки НН и средняя температура масла. Рассчитывается разность температур между обмоткой НН и маслом, которая прибавляется к среднему превышению температуры масла, полученному на Этапе 1, для определения превышения температуры обмотки НН.
Заземляющий трансформатор без вторичной обмотки
2.2 Заземляющие трансформаторы с номинальным длительным током нейтрали, но без вторичной обмотки
Данный тип охватывает симметричный режим и режим смещения нейтрали. Испытание на нагрев должно моделировать режим смещения нейтрали.
Параметры испытаний:
- Режим максимальных суммарных потерь: Pmax = PkN(75 °C) + P0
- Режим номинального тока: I = IN
2.3 Заземляющие трансформаторы в комбинации с дугогасящими реакторами
Для данного типа дугогасящий реактор интегрирован в точку нейтрали трансформатора. Заземляющий трансформатор и дугогасящий реактор должны испытываться совместно. Если дугогасящий реактор является регулируемым, испытание должно проводиться в положении, обеспечивающем максимальные потери.
Комбинация дугогасящего реактора и заземляющего трансформатора
Методы определения максимальных суммарных потерь и номинального тока аналогичны методам, описанным в разделе 2.1. Измерения сопротивления в нагретом состоянии должны проводиться дважды:
- Между одним линейным выводом и выводом заземления дугогасящего реактора, обычно BO;
- Между двумя линейными выводами заземляющего трансформатора, обычно AC.
Эти измерения позволяют раздельно определить превышения температуры основной обмотки заземляющего трансформатора и обмотки дугогасящего реактора.
3. Заключение
Превышение температуры является ключевым показателем эффективности для безопасной эксплуатации и срока службы заземляющих трансформаторов. Поскольку заземляющие трансформаторы имеют разнообразные конструкции и режимы работы, неправильные методы испытаний могут привести к вводящим в заблуждение результатам. Моделируя наиболее тяжелые условия эксплуатации в соответствии со стандартами IEC 60076-6:2007 и IEC 60076-2:2011, производители могут получить более достоверные данные по превышению температуры для маслонаполненных заземляющих трансформаторов.
Подготовлено по материалам: Echo
Вход
