Сухие заземляющие трансформаторы широко проектируются с соединением по схеме зигзаг, поскольку такая структура обмотки обеспечивает высокое сопротивление намагничиванию для токов прямой и обратной последовательности при нормальной работе, обеспечивая при этом низкое сопротивление для токов нулевой последовательности при однофазных замыканиях на землю.
Это позволяет создать искусственную нейтраль и обеспечить надежный путь для тока нулевой последовательности в распределительных сетях среднего напряжения.
По сравнению с обычными трансформаторами, соединенными в звезду или треугольник, заземляющие трансформаторы с соединением по схеме зигзаг лучше подходят для применения в системах заземления сетей среднего напряжения, ветряных и солнечных электростанций, промышленных распределительных систем и центров обработки данных.
1. Для чего предназначен заземляющий трансформатор?
Во многих сетях среднего напряжения вторичная сторона главного трансформатора соединена в треугольник, или к точке нейтрали нет прямого доступа. В таких случаях отсутствует естественная нейтраль для подключения дугогасящего реактора, резистора заземления нейтрали или оборудования защиты от токов нулевой последовательности.
Заземляющий трансформатор используется для:
- Создания искусственной нейтрали N;
- Подключения дугогасящего реактора, резистора заземления нейтрали или реактора;
- Обеспечения пути возврата для тока нулевой последовательности при замыканиях на землю;
- Ограничения перенапряжений, вызванных дугой, и повышения чувствительности защиты нулевой последовательности;
- Опциональной подачи вспомогательного питания через вторичную обмотку.
В сухих заземляющих трансформаторах обычно применяется литая смоляная или пропитанная изоляция. Они не содержат масла, огнестойки и подходят для внутренних подстанций, распределительных устройств и электростанций возобновляемой энергетики.
2. Структура обмотки по схеме зигзаг
Обмотка по схеме зигзаг, также называемая обмоткой зигзаг или зигзагообразной обмоткой, формируется путем разделения каждой фазной обмотки на две равные части. Эти две части наматываются на разные стержни магнитопровода и соединяются с противоположной полярностью.
Ключевые особенности:
- Каждая фаза имеет две секции обмотки с равным числом витков;
- Две секции размещаются на разных стержнях магнитопровода;
- Обмотки соединяются перекрестно с противоположной полярностью;
- Концы трехфазных обмоток соединяются для образования точки нейтрали N;
- Линейные концы подключаются к фазам A, B и C.
Таким образом, напряжение каждой фазы поддерживается не одной обмоткой на одном стержне магнитопровода, а двумя обмотками, расположенными на разных стержнях. Это создает типичное векторное соотношение «зигзаг».
3. Принцип работы
Нормальный режим работы
При симметричном трехфазном напряжении через заземляющий трансформатор протекают только токи прямой и обратной последовательности. Благодаря перекрестно соединенной структуре обмотки трансформатор имеет высокое сопротивление намагничиванию.
Следовательно, при нормальной работе:
- Протекают только ток намагничивания и возникают небольшие потери;
- Трансформатор работает практически в режиме холостого хода;
- Воздействие на нормальную трехфазную работу минимально;
- Дополнительные потери в сети очень низки.
Однофазное замыкание на землю
При возникновении однофазного замыкания на землю появляются напряжение и ток нулевой последовательности. Ток нулевой последовательности возвращается через землю и протекает в точку нейтрали заземляющего трансформатора.
В обмотке по схеме зигзаг токи нулевой последовательности в трех фазах совпадают по фазе. Благодаря перекрестному соединению ампер-витки нулевой последовательности на одном и том же стержне магнитопровода компенсируют друг друга. В результате магнитный поток намагничивания нулевой последовательности очень мал, а сопротивление нулевой последовательности в основном определяется сопротивлением рассеяния.
Это обеспечивает заземляющему трансформатору относительно низкое сопротивление нулевой последовательности, позволяя току нулевой последовательности надежно протекать через точку нейтрали и устройство заземления.
Следует отметить, что сопротивление нулевой последовательности не равно нулю. Заземляющий трансформатор с соединением по схеме зигзаг в основном используется для создания искусственной нейтрали и пропускания тока нулевой последовательности, а не для передачи активной мощности.
4. Почему предпочтительно соединение по схеме зигзаг
Низкое сопротивление нулевой последовательности
Заземляющие трансформаторы с соединением по схеме зигзаг обеспечивают стабильный путь для тока замыкания на землю. При использовании с резисторами заземления нейтрали они помогают защите нулевой последовательности работать быстро и селективно. При использовании с дугогасящими реакторами они поддерживают компенсацию емкостного тока и гашение дуги.
Низкие нормальные потери
Поскольку трансформатор работает практически в режиме холостого хода при нормальных условиях, ток намагничивания и потери в магнитопроводе остаются низкими. Это делает долгосрочное подключение к сети технически обоснованным.
Более эффективное использование мощности дугогасящего реактора
Обычные трансформаторы могут быть ограничены сопротивлением нулевой последовательности, дополнительными потерями и нагревом при использовании для целей заземления. Заземляющий трансформатор с соединением по схеме зигзаг, если он спроектирован в соответствии с применимыми стандартами и проверен на нагрев и длительность замыкания, может нести нагрузку, соответствующую номиналу подключенного дугогасящего реактора или резистора заземления.
Опциональная вспомогательная обмотка
Многие сухие заземляющие трансформаторы с соединением по схеме зигзаг проектируются с группами соединения ZNyn или ZNyn11. Сторона высокого напряжения использует соединение зигзаг для создания точки нейтрали, в то время как сторона низкого напряжения обеспечивает вторичную обмотку, соединенную в звезду, для вспомогательного питания. Точная группа соединения должна соответствовать конструкции продукта и применимым стандартам.
Подходит для внутреннего применения и объектов возобновляемой энергетики
Сухая конструкция исключает использование изоляционного масла, снижает риск возгорания и упрощает монтаж и техническое обслуживание. Это делает его подходящим для внутренних подстанций, распределительных устройств, ветряных электростанций, солнечных электростанций и промышленных объектов.
5. Сравнение с обычными трансформаторами
| Параметр |
Зигзагообразный заземляющий трансформатор |
Обычный трансформатор Y/Δ |
| Основная функция |
Создание искусственной нейтральной точки, пропускание тока нулевой последовательности |
Преобразование напряжения, передача мощности |
| Нормальный режим работы |
Практически холостой ход |
Обычно под нагрузкой |
| Сопротивление нулевой последовательности |
Относительно низкое |
Зависит от конструкции магнитопровода и схемы соединения |
| Применение дугогасящей катушки |
Подходит при номинальных условиях |
Часто ограничено |
| Наличие нейтральной точки |
Да |
Зависит от схемы соединения системы |
Обычные трехстержневые трансформаторы без стабилизирующей обмотки, соединенной в треугольник, или специального пути для магнитного потока нулевой последовательности, как правило, имеют ограниченную способность пропускать ток нулевой последовательности, и их не следует просто заменять заземляющим трансформатором с соединением зигзаг без детальной проверки.
6. Резюме
Сухой заземляющий трансформатор с соединением обмоток в зигзаг обеспечивает искусственную нейтраль для систем среднего напряжения. В нормальных условиях он работает практически в режиме холостого хода и обеспечивает низкое полное сопротивление нулевой последовательности при замыканиях на землю, поддерживая работу дугогасящих реакторов, резисторов заземления нейтрали и защиты нулевой последовательности. Типовые схемы соединения включают ZNyn и ZNyn11, с возможностью наличия вспомогательных обмоток.
Для международных проектов обычно используются следующие термины:
- Соединение зигзаг / Обмотка зигзаг
- Заземляющий трансформатор / Трансформатор заземления
- Полное сопротивление нулевой последовательности
- Искусственная нейтраль
- Дугогасящий реактор / Реактор Петерсена
- Резистор заземления нейтрали
Следует отметить, что заземляющий трансформатор с соединением зигзаг не является обычным силовым трансформатором. Его мощность должна определяться на основе емкостного тока системы, номинальной мощности дугогасящего реактора, сопротивления резистора заземления нейтрали, длительности замыкания на землю, предельных значений превышения температуры и наличия требования к вторичной нагрузке.
Если вы занимаетесь закупкой оборудования или рассмотрением технических предложений, профессиональный завод по производству заземляющих трансформаторов нейтрали в Китае может обеспечить детальную проверку проектных решений, заводские испытания и кастомизацию для систем заземления среднего и высокого напряжения.
Подготовлено по материалам：Echo
Вход
