Topraklama transformatörleri, nötr kuplörleri olarak da adlandırılır ve nötr noktası bulunmayan veya nötr noktası dışarı çıkarılmamış üç fazlı güç sistemlerinde kullanılır. Sistemin doğrudan, bir direnç üzerinden veya bir ark söndürme bobini üzerinden topraklanabilmesi için yapay bir nötr noktası sağlarlar. Bu, tek fazlı toprak arıza akımlarını sınırlamaya ve sağlıklı fazlardaki aşırı gerilimleri bastırmaya yardımcı olur.
Topraklama transformatörleri, IEC 60076-6:2007 standardında reaktörler olarak sınıflandırılır. Tasarımları sistem çalışma koşullarına ve trafo merkezi gereksinimlerine bağlıdır. Mevcut literatür testler konusunda sınırlı rehberlik sunduğundan, bu makale birkaç yaygın yağlı topraklama transformatörü türü için sıcaklık artışı testlerini tartışmaktadır.
Genel sıcaklık artışı test gereksinimleri IEC 60076-2:2011 standardına uygun olmalıdır. ONAN veya ONAF soğutmalı yağlı transformatörler için, satın alma spesifikasyonunda aksi belirtilmedikçe, tipik sınırlar üst yağ sıcaklık artışı için 60 K ve ortalama sargı sıcaklık artışı için 65 K'dır.
Zikzak Topraklama Transformatörü
2. Çalışma Durumları ve Sıcaklık Artışı Testleri
2.1 Anma Sürekli Nötr Akımına ve İkincil Sargıya Sahip Topraklama Transformatörleri
İkincil Sargılı Topraklama Transformatörü
Bu tür için, alıcı beklenen nötr noktası yer değiştirmesine ve seçilen nötr topraklama yöntemine göre anma sürekli nötr akımını belirtir. Trafo merkezi yardımcı beslemesi için bir ikincil sargı da sağlanabilir.
Normal sistem koşulları altında, topraklama transformatörü şu durumlarda çalışabilir:
- nötr noktasının toprak potansiyeline yakın kaldığı dengeli bir üç fazlı yük durumu;
- nötr noktası yer değiştirmesinin sürekli bir sıfır dizisi akımı ürettiği dengesiz bir üç fazlı yük durumu;
- bir ikincil sargı yük durumu.
Dengeli yük altında, birincil sargıdan yalnızca manyetize akımı akar. Kayıplar esas olarak nüve kaybı ve çok küçük bir birincil sargı DC kaybıdır. Bu nedenle sargıdan yağa sıcaklık artışı neredeyse sıfırdır.
Nötr noktası yer değiştirmesi meydana geldiğinde, topraklama transformatörü birincil sargısından sürekli bir sıfır dizisi akımı akar. Bu, sargı DC kaybı ve sıfır dizisi akısından kaynaklanan ek kaçak kayıp üretir. İkincil sargı yük taşıyorsa, ikincil sargı DC kaybı ve ek yük kaybı da dikkate alınmalıdır.
Dengeli durum ve nötr yer değiştirme durumu aynı anda meydana gelmediğinden ve ikincil yük durumu bunların her ikisinin üzerine de bindirilebileceğinden, sıcaklık artışı testi en şiddetli kombinasyonu simüle etmelidir.
Örnek test prosedürü
Aşağıdaki verilere sahip yağlı bir topraklama transformatörü varsayalım.
Yağlı Bir Topraklama Transformatörünün Örnek Teknik Verileri
| Parametre |
Değer |
| Vektör grubu |
ZNyn11 |
| Nominal akım |
3.5 / 288.7 A |
| Yüksüz kayıp |
1.337 W |
| 200 kVA bazında 75 °C'deki yük kaybı |
969 W |
| 75 °C'de AG sargısı DC kaybı |
754 W |
| Nominal sürekli nötr akımı |
70 A |
| 75 °C'de nominal sürekli nötr akımındaki kayıp |
4.930 W |
Sıcaklık artışı testi aşağıdaki gibi gerçekleştirilebilir.
Adım 1 — Maksimum toplam kayıp aşaması
Uygulanacak toplam kayıp:
Pmax = PkN(75 °C) + P0 + Pr(75 °C)
Pmax = 4,930 + 1,337 + 754 = 7,021 W
burada:
- PkN(75 °C) anma sürekli nötr akımı tarafından üretilen kayıptır;
- P0 anma gerilimi ve frekansındaki yüksüz kayıptır;
- Pr(75 °C) anma ikincil yük akımındaki AG sargısı DC kayıptır.
Anma sürekli nötr akımı tarafından üretilen kayıp, ölçülen değerlere dayanmalıdır. Testten önce, ikincil sargı açık devre tutulur ve YG uçları ABC ile nötr noktası O arasına 70 A'lik anma sürekli nötr akımı uygulanır. Ardından ölçülen kayıp, 75 °C'lik referans sıcaklığa düzeltilir.
Topraklama Transformatörü Sıcaklık Artışı Testi Bağlantısı
Pr(75 °C), 288.7 A'lik anma ikincil akımındaki AG sargısı DC kayıptır. 200 kVA ikincil yüküne karşılık gelen YG akımı 3.5 A'dır ve bu değer faz başına 70/3 A'e zaten dahildir. Bu nedenle, geleneksel bir yük testinde ölçülen tam yük kaybı doğrudan kullanılmamalıdır, aksi takdirde YG DC kaybı iki kez uygulanmış olur ve sıcaklık artışı sonucu olduğundan fazla çıkar.
Toplam kayıp belirlendikten sonra, transformatör test bağlantı şemasına göre enerjilendirilir. Üst yağ sıcaklık artışı ve ortalama yağ sıcaklık artışı, IEC 60076-2:2011 standardına uygun olarak elde edilir.
Adım 2 — YG sargısı sıcaklık artışı
Bu aşama için akım, anma sürekli nötr akımını ve anma ikincil kapasitesine karşılık gelen YG akımını içermelidir. Bu örnek için, uygulanan akım:
I = 3 × 3.5 + 70 = 80.5 A
Bu akım bir saat boyunca sürdürülür. YG sargısı ile yağ arasındaki sıcaklık farkını ve dolayısıyla YG sargısı sıcaklık artışını belirlemek için B ucu ile nötr O arasındaki YG sargısının sıcak direnci ölçülür. Bu yaklaşım, ikincil sargılı topraklama transformatörleri için IEC 60076-6:2007 standardında verilen prensibi takip eder.
Adım 3 — AG sargısı sıcaklık artışı
Daha sonra topraklama transformatörü, AG sargısı testi için bir dağıtım transformatörüne benzer şekilde işlem görür. AG sargısı kısa devre edilir ve anma ikincil kapasitesine karşılık gelen 3.5 A'lik simetrik bir üç fazlı akım YG tarafına uygulanır. Test süresi bir saattir.
AG sargısı sıcak direnci ve ortalama yağ sıcaklığı ölçülür. AG sargısı ile yağ arasındaki sıcaklık farkı hesaplanır ve AG sargısı sıcaklık artışını belirlemek için Adım 1'de elde edilen ortalama yağ sıcaklık artışına eklenir.
İkincil Sargısız Topraklama Transformatörü
2.2 Anma Sürekli Nötr Akımlı Ancak İkincil Sarımı Olmayan Topraklama Transformatörleri
Bu tip, dengeli durumu ve nötr kayma durumunu kapsar. Sıcaklık artışı testi, nötr kayma durumunu temsil etmelidir.
Test parametreleri şunlardır:
- Maksimum toplam kayıp kademesi: Pmax = PkN(75 °C) + P0
- Anma akımı kademesi: I = IN
2.3 Ark Sönümleme Bobinleri ile Birleştirilmiş Topraklama Transformatörleri
Bu tip için, ark sönümleme bobini transformatör nötr noktasına entegre edilmiştir. Topraklama transformatörü ve ark sönümleme bobini birlikte test edilmelidir. Ark sönümleme bobini ayarlanabilir ise, test en yüksek kaybı üreten konumda yapılmalıdır.
Ark Sönümleme Bobini ve Topraklama Transformatörünün Kombinasyonu
Maksimum toplam kaybı ve anma akımını belirleme yöntemleri Bölüm 2.1'deki ile aynıdır. Sıcak direnç ölçümleri iki kez yapılmalıdır:
- Bir hat terminali ile ark sönümleme bobini toprak terminali arasında, genellikle BO;
- Topraklama transformatörünün iki hat terminali arasında, genellikle AC.
Bu ölçümler, ana topraklama transformatörü sarımı ile ark sönümleme bobini sarımının sıcaklık farklarının ayrı ayrı belirlenmesine olanak tanır.
3. Sonuç
Sıcaklık artışı, topraklama transformatörlerinin güvenli çalışması ve hizmet ömrü için önemli bir performans göstergesidir. Topraklama transformatörleri çeşitli yapılara ve çalışma modlarına sahip olduğundan, yanlış test yöntemleri yanıltıcı sonuçlara yol açabilir. Üreticiler, IEC 60076-6:2007 ve IEC 60076-2:2011 standartlarına uygun olarak en zorlu çalışma koşullarını simüle ederek, yağlı topraklama transformatörleri için daha güvenilir sıcaklık artışı verileri elde edebilirler.
Giriş
