Orta Gerilim Şebekeleri Neden Kuru Tip Topraklama Transformatörlerine İhtiyaç Duyar?

Topraklama Transformatörü Nedir?

Topraklama transformatörü (genellikle "topraklama bankası" olarak adlandırılır), yapay bir nötr noktası bulunmayan güç sistemleri için yapay bir nötr noktası sağlamak üzere tasarlanmıştır. Bu, ark söndürme bobinlerinin (Petersen bobinleri) veya düşük dirençli topraklamanın bağlanmasına olanak tanır. Birincil amacı, toprak arızaları sırasında kapasitif akımları sınırlayarak dağıtım şebekesinin güvenilirliğini artırmaktır.

Topraklanmamış Sistemlerdeki Zorluk

6kV, 10kV ve 35kV şebekelerinde nötr nokta genellikle topraklanmamıştır. Ana transformatörlerin alçak gerilim tarafı tipik olarak Delta bağlantılı olduğundan, topraklama için kullanılabilecek fiziksel bir nötr nokta bulunmamaktadır.

Topraklanmamış sistemler tek fazlı bir toprak arızasına 1-2 saat dayanabilse de, kapsamlı kablolamaya sahip modern kentsel şebekelerde kapasitif akımlar önemli ölçüde artmıştır. Bu akımlar 10A'yı aştığında, birkaç risk ortaya çıkar:

• Aralıklı Ark: Bu durum, normal tepe geriliminin 4 katına kadar ulaşabilen aşırı gerilimlere neden olarak ekipman yalıtımını tehdit edebilir.
• Rezonans: Ferrorezonansı tetikleyebilir ve bu durum gerilim transformatörlerine ile aşırı gerilim sönümleyicilerine zarar verebilir.
• Fazlar Arası Kısa Devreler: Ark oluşumu çevredeki havayı iyonize ederek daha şiddetli kısa devrelere yol açabilir.

Küresel Kullanım ve Z-Bağlantı

• Çin'de: Topraklama transformatörleri genellikle Zig-Zag (Z) bağlantısı kullanır. Alan ve yatırımdan tasarruf etmek için, trafo merkezi yardımcı ekipmanlarına güç sağlamak amacıyla genellikle bir üçüncül sargı eklenir.
• Uluslararası alanda: Z-bağlantılı transformatörler aynı zamanda 10kV topraklanmamış sistemlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Pozitif ve negatif sekans akımlarına yüksek empedans gösterirken, sıfır sekans akımlarına düşük empedans göstererek güvenilir toprak koruması çalışmasını sağlarlar.

Üç Fazlı ve Tek Fazlı Üniteler

• Üç Fazlı (Z-Bağlantı): Standart transformatörlerin aksine, her faz bobini farklı nüve bacaklarına zıt yönlerde sarılmış iki gruba ayrılır. Bu, sıfır sekans akısının nüve bacakları üzerinden akmasına izin vererek çok düşük sıfır sekans empedansı (yaklaşık 10Ω) elde edilmesini sağlar. Sonuç olarak, bir Z-bağlantılı transformatör, anma değerinin %90'ı ile %100'ü arasında bir kapasiteye sahip ark söndürme bobini taşıyabilir.
• Tek Fazlı: Bunlar öncelikle jeneratör veya transformatör nötr topraklama direnci panoları için bir nötr noktası oluşturmak amacıyla kullanılır ve direnç paketinin boyutunu ve maliyetini düşürmeye yardımcı olur.

Temel Çalışma Karakteristikleri

1. Düşük Sıfır Sekans Empedansı: Sıfır sekans akımının etkili çıkışını sağlar.
2. Yüksek Uyarılma Empedansı: Yüksüz akımı en aza indirir.
3. Düşük Yüksüz Kayıp: Günlük çalışma sırasında enerji verimliliğini artırır.

Bağlantı Yöntemlerinin Karşılaştırılması

• YNyn Bağlantısı:
  Üç bacaklı bir nüve kullanır. Ancak, sıfır sekans akısı nüve içinde dolaşamaz ve tank ile pres plakalarından geçmek zorunda kalır, bu da lokal aşırı ısınmaya neden olur. Yönetmelikler, bağlanan ark söndürme bobinini transformatörün anma değerinin %20'si ile kesin olarak sınırlar.
• YNd Bağlantısı:
  Delta ikincil sargı, sıfır sekans akımları için bir yol sağlayarak empedansı düşürür. Ancak, Delta sargısından karma aydınlatma ve güç yüklerini beslemek zordur. İkincil sargı tam yüklendiğinde, ark söndürme bobini için kapasite %50 ile sınırlıdır.

• ZNyn Bağlantısı (Endüstri Standardı):
  Bu, dünya genelinde en yaygın konfigürasyondur. Zig-Zag bağlantısı, aynı nüve bacağındaki sıfır-dizi manyetomotor kuvvetlerini birbirini götürerek sönümler ve bu da minimum kaçak akı ve çok düşük empedans ile sonuçlanır.

Kapasite: Kendi nominal değerine eşit bir ark söndürme bobinini destekleyebilir.

Yardımcı Güç: yn sekonder sargısı, yerel yüklerin veya istasyon hizmetinin beslenmesine olanak tanır (tipik olarak 80-200 kVA).

Tasarım Notu: Vektörel düzenleme nedeniyle, bir Z-bağlantısı aynı gerilim için standart bir Yıldız bağlantısına kıyasla yaklaşık 1,15 ila 1,16 kat daha fazla sarım gerektirir.

Çalışma Prensibi

Tek fazlı toprak hatası sırasında (örneğin, C Fazı), hata akımı toprak üzerinden nötr noktasına akar. Daha sonra topraklama transformatörünün üç fazına eşit olarak bölünür.