Bir zikzak topraklama transformatörü, diğer adıyla bir zikzak topraklama transformatörü veya nötr topraklama transformatörü, orta gerilim güç sistemlerinde kullanılan özel amaçlı bir transformatördür. Ana işlevi gerilimi dönüştürmek veya yük gücünü aktarmak değil, kararlı bir nötr noktası oluşturmak amacıyla, nötr noktası olmayan veya nötr noktasına kolayca erişilemeyen sistemlerde kullanılmaktır.
Bu nötr noktası daha sonra sistem topraklamasını, hata akımı kontrolünü ve koruma koordinasyonunu desteklemek için bir ark söndürme bobinine, nötr topraklama direncine veya küçük bir reaktöre bağlanabilir.
IEC Yağlı Zikzak Topraklama Transformatörü Üreticisi
Neden Topraklama Transformatörüne İhtiyaç Duyulur?
6 kV, 10 kV, 35 kV ve benzeri orta gerilim dağıtım şebekelerinde, ana transformatörün alçak gerilim tarafı genellikle üçgen bağlanır veya yıldız noktası dışarı çıkarılmaz. Sonuç olarak, sistemde normal çalışma sırasında topraklama için kullanılabilecek bir nötr nokta bulunmaz.
Bununla birlikte, birkaç nedenden dolayı yine de bir nötr noktaya ihtiyaç duyulmaktadır:
-
Ark-toprak aşırı gerilimlerinin sınırlandırılması
Tek fazlı toprak arızası sırasında, büyük kapasitif akımlar arıza noktasında kesintili ark oluşumuna neden olabilir. Bu durum, kabloları, şalt tesislerini, ölçü transformatörlerini ve diğer ekipmanları tehdit eden yüksek aşırı gerilimler üretebilir.
-
Sıfır dizili akım yolu sağlanması
Toprak arızaları sıfır dizili akım üretir. Nötr nokta olmadığında, kararlı bir dönüş yolu bulunmaz ve sıfır dizili koruma hassas bir şekilde çalışmayabilir.
-
Ark sönümleme bobinlerinin veya düşük dirençli topraklamanın desteklenmesi
Ark sönümleme bobini üzerinden bağlandığında, sistem kapasitif toprak arıza akımını telafi edebilir. Nötr topraklama direnci üzerinden bağlandığında, sıfır dizili korumanın güvenilir çalışmasını sağlarken arıza akımı sınırlandırılabilir.
-
Besleme güvenilirliğinin artırılması
Birçok orta gerilim sistemi, tek fazlı toprak arızası sırasında kısa süreli çalışmaya izin verir. Doğru tasarlanmış bir nötr topraklama düzeni, arıza giderilene kadar kararlı sistem gerilimlerinin korunmasına yardımcı olur.
Bu nedenle, güç sistemi bir nötr nokta sağlamadığında, bir nötr nokta oluşturmak için topraklama transformatörü kullanılır.
Zikzak Topraklama Transformatörünün Yapısı
Zikzak topraklama transformatörü genellikle geleneksel üç fazlı transformatöre benzer bir nüve tipi yapıya sahiptir, ancak sargı bağlantısı farklıdır.
Her faz sargısı, zıt yönlere sahip iki eşit yarıya bölünmüştür. Bu yarılar farklı nüve bacaklarına sarılır ve ardından zikzak bir düzenekte seri olarak bağlanır. Üç fazın ortak noktası, nötr nokta N olarak dışarı çıkarılır.
Örneğin, A fazı yalnızca A fazı nüve bacağına sarılmaz. Sargısının bir kısmı B fazı veya C fazı gibi başka bir fazla bağlantılıdır. Çapraz bağlantıdan sonra, sargılar zikzak bir desen oluşturur.
Yaygın vektör grupları şunları içerir:
- ZN: Zikzak bağlantılı ve nötrü dışarı çıkarılmış YG tarafı;
- ZNyn1 / ZNyn11: Zikzak bağlantılı YG tarafı ve yıldız bağlı ikincil sargıya sahip AG tarafı; bu aynı zamanda istasyon hizmet transformatörü olarak da kullanılabilir.
Çin Yağlı Topraklama Transformatörü Üreticisi
Zig-Zag Topraklama Transformatörü Nasıl Çalışır?
Zig-zag topraklama transformatörünün temel özelliği, pozitif ve negatif sekans akımlarına yüksek empedans göstermesi, ancak sıfır sekans akımlarına düşük empedans göstermesidir.
1. Normal koşullar altında: neredeyse yüksüz çalışma
Üç fazlı sistem gerilimleri dengeli olduğunda, topraklama transformatöründen yalnızca küçük bir mıknatıslanma akımı akar. Zig-zag sargı, pozitif ve negatif sekans gerilimlerine yüksek mıknatıslanma empedansı gösterir, bu nedenle normal kayıplar çok düşüktür ve transformatör neredeyse hiç aktif güç tüketmez.
2. Tek fazlı toprak hatası sırasında: hata akımı için düşük empedanslı yol
Tek fazlı bir toprak hatası oluştuğunda, sıfır sekans gerilimi ve sıfır sekans akımı ortaya çıkar. Sıfır sekans akımı, nötr noktadan üç fazlı sargılara akar. Üç fazın tamamındaki sıfır sekans akımları büyüklük olarak eşit ve faz olarak aynıdır.
Aynı nüve bacağı üzerindeki iki yarım sargı zıt yönlere ve zıt polariteye sahip olduğundan, sıfır sekans manyetomotor kuvvetleri birbirini götürür. Sonuç olarak ortaya çıkan sıfır sekans akısı bu nedenle çok küçüktür.
Sonuç olarak, sıfır sekans empedansı esas olarak kaçak reaktansı tarafından belirlenir ve nispeten düşük kalır. Kesin değer; sistem gerilim seviyesine, sargı tasarımına, üretim detaylarına ve proje gereksinimlerine bağlıdır.
Bu durum, sıfır sekans akımı için düşük empedanslı bir yol sağlayarak hata akımının nötr nokta üzerinden topraklama cihazına sorunsuz bir şekilde akmasına olanak tanır.
Topraklama Transformatörleri İçin Neden Zig-Zag Bağlantı Tercih Edilir?
Topraklama transformatörleri zig-zag bağlantı ile sınırlı değildir, ancak zig-zag düzeni orta gerilim topraklama uygulamalarında açık avantajlar sunar.
1. Düşük sıfır sekans empedansı
Zig-zag sargı, sıfır sekans manyetomotor kuvvetlerinin her bir nüve bacağında birbirini götürmesine olanak tanıyarak düşük sıfır sekans empedansı ve toprak hatası akımının sorunsuz akmasını sağlar.
2. Düşük normal çalışma kayıpları
Dengeli koşullar altında, transformatör yalnızca küçük bir mıknatıslanma akımı çeker ve yüksüz çalışmaya yakın çalışarak bekleme kayıplarını düşük tutar.
3. Ark söndürme bobinleri ve nötr topraklama dirençleri ile iyi uyumluluk
Ark söndürme bobinli topraklama için, zig-zag transformatör kompanzasyon akımının serbestçe akmasına izin vererek bobin kapasitesinin yüksek oranda kullanılmasını sağlar.
Düşük dirençli topraklama için, hassas ve güvenilir koruma işletimi için yeterli sıfır sekans akımı sağlar.
Karşılaştırma yapıldığında, bir ark söndürme bobinini bağlamak için geleneksel bir YNyn transformatörü kullanıldığında, bobin kapasitesi genellikle transformatör gücünün küçük bir oranıyla sınırlıdır. YNd transformatörlerinde ise kullanım, ikincil yüklenme ve ek kayıplar nedeniyle kısıtlanmaktadır.
4. İstasyon hizmet transformatörü olarak da kullanılabilir
Pek çok zig-zag topraklama transformatörü, bir ZNyn bağlantısı oluşturacak şekilde alçak gerilim ikincil sargısı ile donatılmıştır. Bu, ünitenin hem bir nötr topraklama noktası hem de trafo merkezi için 380/220 V yardımcı güç sağlamasına olanak tanıyarak yatırım ve alan gereksinimlerini azaltır.
5. Üçüncü harmonik bileşenlerin bir miktar bastırılması
Zig-zag bağlantı, üçüncü harmonik ve diğer sıfır sekans harmonik bileşenlerinin bastırılmasına yardımcı olarak gerilim dalga formu kalitesini artırabilir. Ancak bu, genellikle seçim için ana neden olmaktan ziyade ikincil bir faydadır.
Zig-Zag Topraklama Transformatörü ve Geleneksel Transformatör Karşılaştırması
| Karşılaştırma öğesi |
Zig-zag topraklama transformatörü |
Geleneksel transformatör |
| Ana amaç |
Yapay nötr nokta sağlamak ve topraklama korumasını desteklemek |
Gerilimi dönüştürmek ve güç aktarmak |
| Sargı yapısı |
Her faz, zig-zag bağlantı ile iki parçaya bölünmüştür |
Standart Y, Δ veya YN bağlantısı |
| Nötr nokta |
Özellikle topraklama için çıkarılmıştır |
Mevcut olmayabilir veya topraklama için kullanılmayabilir |
| Sıfır dizisi empedansı |
Düşük, sıfır dizisi akımı için uygundur |
Daha yüksek, sıfır dizisi akımını sınırlar |
| Çalışma koşulu |
Normal çalışmada neredeyse yüksüz; kısa süreli hata akımını taşır |
Normal çalışma sırasında sürekli yüklü |
| Tipik uygulama |
Orta gerilim topraklama, ark söndürme bobinleri, nötr topraklama dirençleri |
Ana transformatörler ve dağıtım transformatörleri |
Z-tipi Yağda Çalışan Topraklama Transformatörü OEM Çin
Tipik Uygulamalar
-
10 kV ve 35 kV dağıtım şebekeleri
Ana transformatörün alçak gerilim tarafı üçgen bağlı olduğunda veya sistem nötrü mevcut olmadığında kullanılır.
-
Ark söndürme bobinli topraklama sistemleri
Kapasitif toprak arıza akımını dengelemek, ark hatalarını söndürmek ve geçici aşırı gerilimleri sınırlamak için kullanılır.
-
Düşük dirençli topraklama sistemleri
Sıfır dizili korumanın güvenilir çalışmasını sağlarken toprak arıza akımını sınırlamak için kullanılır.
-
Yenilenebilir enerji santralleri, endüstriyel şebekeler ve veri merkezleri
Kararlı bir topraklama noktası sağlamak ve dengesiz gerilim ile koruma performansını iyileştirmek için evirici arayüzlü sistemlerde, üçgen bağlı şebekelerde veya yalıtılmış güç sistemlerinde kullanılır.
Seçim ve İşletme Hususları
- Sistem gerilim seviyesini eşleştirin; 6 kV, 10 kV veya 35 kV gibi değerleri nominal sistem gerilimiyle eşleştirin.
- Sıfır dizili empedansı dikkatlice tasarlayın. Çok düşük bir değer arıza akımını aşırı artırabilir; çok yüksek bir değer koruma hassasiyetini düşürebilir. Nötr topraklama direnci veya ark söndürme bobini ile koordine edilmelidir.
- Kapasiteyi uygun şekilde seçin. Sadece topraklama için kullanıldığında, birincil değer ark söndürme bobini veya nötr topraklama direnci ile eşleşmelidir. Sadece bir ark söndürme bobini bağlandığında, birincil kapasite mühendislik uygulaması olarak genellikle bobin değerinin 1,05 ile 1,15 katı olarak seçilir. İkincil bir yük de besleniyorsa, istasyon hizmet yükü eklenmelidir.
- Kısa süreli termal kapasiteyi kontrol edin. Transformatör normal koşullarda neredeyse yüksüz çalışır ancak kısa süreli toprak arıza akımına dayanmalıdır.
- Vektör grubunu onaylayın; koruma, ölçüm ve yardımcı güç gereksinimlerine göre ZN, ZNyn1 veya ZNyn11 gibi grupları belirleyin.
- Topraklama transformatörünün gerçekten gerekli olup olmadığını doğrulayın. Ana transformatörde zaten erişilebilir bir nötr nokta varsa, örneğin bazı 35 kV veya 110 kV YN bağlı sistemlerde, ayrı bir topraklama transformatörüne gerek olmayabilir.
IEC Standartları ile İlişki
IEC çerçevesinde, zikzak topraklama transformatörleri genellikle IEC 60076 serisi'ndeki güç transformatörleri için genel gereksinimlere göre tasarlanır ve test edilir. IEC 60076-25 öncelikle nötr topraklama dirençlerini kapsar ve bunların zikzak transformatörler, açık üçgen transformatörler ve ark söndürme bobinleri ile birlikte kullanımını açıkça kabul eder.
Pratikte, zikzak topraklama transformatörleri gerekli sıfır dizili empedans, kısa süreli arıza akımı, nominal gerilim, soğutma yöntemi, yalıtım seviyesi ve test programına göre belirlenir ve doğrulanır. Herhangi bir özel projeye uygunluk her zaman sözleşme teknik şartnamesi, standardın geçerli baskısı ve üçüncü taraf test raporlarına göre teyit edilmelidir.
Özet
Zikzak topraklama transformatörü, zikzak sargı düzeni aracılığıyla yapay bir nötr nokta oluşturan özel bir transformatördür. Normal dengeli koşullarda yüksek empedans göstererek düşük kayıplara yol açması ve tek fazlı toprak arızaları sırasında sıfır dizili akıma düşük empedans sağlaması nedeniyle yaygın olarak kullanılır. Bu özellik, onu ark söndürme bobinleri, nötr topraklama dirençleri ve sıfır dizili koruma şemaları için son derece uygun hale getirir.
Geleneksel transformatörlerle karşılaştırıldığında, zikzak topraklama transformatörleri orta gerilim dağıtım şebekelerinde, özellikle toprak arıza akımı kontrolü, sistem topraklaması ve güvenilirlik iyileştirmesi açısından açık avantajlar sunar.
Giriş
