Von der Klassifizierung bis zum Verdrahtungsmodus, die umfassendste Erklärung des Erdungstransformators

Die 6-kV-, 10-kV- und 35-kV-Stromnetze im Stromversorgungssystem nehmen im Allgemeinen den neutralen ungeerdeten Betriebsmodus an. Die Niederspannungsseite des Haupttransformators im Stromnetz ist im Allgemeinen in Dreiecksform angeschlossen, und es gibt keinen Sternpunkt, der geerdet werden kann. Wenn ein einphasiger Erdschluss in einem neutralen, ungeerdeten System auftritt, bleibt das Netzspannungsdreieck symmetrisch. Das Stromversorgungssystem kann die Benutzer 1 bis 2 Stunden lang mit Strom versorgen, und der kapazitive Strom ist relativ gering (weniger als 10 A), was keinen intermittierenden Lichtbogen verursacht. Einige vorübergehende Erdungsfehler können automatisch verschwinden, was sehr effektiv ist, um die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu verbessern und Stromausfallunfälle zu reduzieren. Mit dem kontinuierlichen Ausbau des städtischen Stromnetzes und der kontinuierlichen Zunahme von Kabelabgängen steigt jedoch der kapazitive Strom des Systems zur Erde stark an, und der kapazitive Strom, der nach der einphasigen Erdung durch den Fehlerpunkt fließt, ist groß (mehr als 10 A).

Der Lichtbogen ist nicht leicht zu löschen, es ist leicht, eine ferromagnetische Resonanzüberspannung zu erregen und eine intermittierende Lichtbogenerdungsüberspannung zu erzeugen, die zu Isolationsschäden führen, die Leitung auslösen und den Unfall erweitern kann

Speziell:

Das intermittierende Löschen und Wiederzünden eines einphasigen Erdungslichtbogens erzeugt eine Lichtbogen-Erdungsüberspannung mit einer Amplitude von bis zu 4 U (U ist der Spitzenwert der normalen Phasenspannung) oder höher und mit langer Dauer, was der Isolierung elektrischer Geräte großen Schaden zufügt und bei schwacher Isolierung einen Ausfall verursachen; Verursacht schwere Verluste.

Die durch den Dauerlichtbogen verursachte Luftdissoziation zerstört die Isolation der umgebenden Luft und neigt zu Phasenkurzschlüssen.

Ferromagnetische Resonanzüberspannung kann den Spannungswandler leicht durchbrennen und den Ableiter beschädigen, was sogar zur Explosion des Ableiters führen kann. Diese Folgen werden die Isolierung von Stromnetzgeräten ernsthaft gefährden und den sicheren Betrieb des Stromnetzes gefährden.

Um den kapazitiven Strom zur Erde im Falle eines einphasigen Erdschlusses zu reduzieren, ist es notwendig, am Sternpunkt des Transformators eine Lichtbogenunterdrückungsspule und andere Kompensationsvorrichtungen zu installieren. Daher ist es notwendig, manuell einen Sternpunkt festzulegen, damit die Spule zur Lichtbogenunterdrückung am Sternpunkt angeschlossen werden kann, um den Erdkurzschluss-Ausschaltstrom zu reduzieren und die Zuverlässigkeit der Systemstromversorgung zu verbessern.

■ Aktuelle Nutzung im In- und Ausland

Der Erdungstransformator in China übernimmt normalerweise eine Z-Typ-Verdrahtung (oder Zickzack-Verdrahtung). Um Investitionen und Platz in der Umspannstation zu sparen, wird dem Erdungstransformator normalerweise eine dritte Wicklung hinzugefügt, um den Transformator zu ersetzen, der zur Stromversorgung der in der Umspannstation verwendeten Geräte verwendet wird. Gemäß der nationalen Norm von Reactor kann der Erdungsmodus des Erdungstransformators in direkte Erdung unterteilt werden; Es ist über Drossel, Widerstand und Lichtbogenunterdrückungsspule geerdet. Eine direkte Erdung wurde in China nicht verwendet, aber einige Forschungsabteilungen für elektrische Energie haben begonnen, diesen Aspekt zu diskutieren. Der Erdungstransformator im Ausland nimmt normalerweise eine Verbindung vom Typ Z an, die für ungeerdete 10-kV-Systeme verwendet wird und den Erdungsschutz des Verteilungsnetzes darstellt. Wenn das System einen Erdungsfehler aufweist, weist der Erdungstransformator eine hohe Impedanz für Mit- und Gegensystemströme und einen geringen Widerstand für Nullsystemströme auf, wodurch der Erdungsschutz zuverlässig arbeitet.

■ Dreiphasiger Erdungstransformator

Dreiphasen-Erdungstransformator Dieser Transformatortyp verwendet eine Z-Typ-Verdrahtung (oder Zickzack-Verdrahtung). Der Unterschied zu gewöhnlichen Transformatoren besteht darin, dass jede Phasenspule in zwei Gruppen unterteilt und umgekehrt auf den Magnetpol dieser Phase gewickelt wird. Der Vorteil dieser Verbindung besteht darin, dass der magnetische Nullsystemfluss entlang des Magnetpols fließen kann, während der magnetische Nullsystemfluss gewöhnlicher Transformatoren entlang des magnetischen Streukreises fließt. Daher ist die Nullimpedanz von Erdungstransformatoren vom Z-Typ sehr klein (etwa 10 Ω), während die von gewöhnlichen Transformatoren viel größer ist. Gemäß den Vorschriften darf die Kapazität eines gewöhnlichen Transformators mit Lichtbogenunterdrückungsspule 20 % der Transformatorkapazität nicht überschreiten. Der Z-Transformator kann mit einer Lichtbogenunterdrückungsspule mit einer Kapazität von 90 % bis 100 % ausgestattet werden. Zusätzlich zur Lichtbogenunterdrückungsspule kann der Erdungstransformator auch mit einer Sekundärlast ausgestattet werden, die den Stationstransformator ersetzen kann, wodurch Investitionskosten gespart werden.

■ Einphasiger Erdungstransformator

Einphasen-Erdungstransformator Einphasen-Erdungstransformator wird hauptsächlich für Generatoren mit Neutralpunkt und Neutralpunkt-Erdungswiderstandsschrank des Satons-Transformators verwendet, um die Kosten und das Volumen des Widerstandsschranks zu reduzieren.

■ Arbeitseigenschaften

(1) Niedrige Nullimpedanz, um die Ausgabe des Nullstroms sicherzustellen;

(2) Hohe Erregungsimpedanz zur Reduzierung des Leerlaufstroms;

(3) Niedriger Leerlaufverlust, um den Energieverbrauch für den täglichen Betrieb zu senken.

■ Verdrahtungsmodus

YNyn-Verbindung

Der Transformator mit diesem Verbindungsmodus verwendet im Allgemeinen einen dreiphasigen Dreisäulen-Eisenkern, und der Sternpunkt auf der Hochspannungsseite kann mit einer Lichtbogenunterdrückungsspule verbunden werden, um eine Erdung zu realisieren. Wenn jedoch der einphasige geerdete Nullsystemstrom durch die hochspannungsseitige Wicklung fließt, kann das erzeugte magnetische Nullsystempotential nicht durch das sekundäre magnetische Potential ausgeglichen werden, und der magnetische Nullsystemfluss in der gleichen Richtung kann keine Schleife bilden der dreispaltige Eisenkern, so dass eine große Anzahl von Nullsequenz-Magnetflüssen nur durch die Klemme, das Öl und den Öltankkörper fließen kann, um einen geschlossenen Kreislauf zu bilden, wodurch zusätzliche Verluste im Öltank und in der Klemme verursacht werden, was zu lokaler Überhitzung führt, Die Auslastung der Trafoleistung ist begrenzt. Die relevanten Betriebsvorschriften des chinesischen Energiesektors haben die folgenden Bestimmungen zum Betriebszustand der Sternpunktverbindungs-Lichtbogenunterdrückungsspule des YNyn-Verbindungstransformators getroffen:

(1) Die Kapazität der Lichtbogenunterdrückungsspule darf 20 % der Nennkapazität des Transformators nicht überschreiten;

(2) Der Nullspannungsabfall, der durch den durch die Lichtbogenunterdrückungsspule im Transformator fließenden Nullstrom erzeugt wird, darf 10 % der Phasennennspannung nicht überschreiten;

Der Verbindungsmodus des YNd-Verbindungstransformators und der Lichtbogenunterdrückungsspule XL ist dadurch gekennzeichnet, dass die dreieckige Verbindung auf der Sekundärseite einen geschlossenen Pfad des Nullstroms bereitstellen kann, sodass die Nullreaktanz klein ist. Da außerdem das magnetische Nullsystempotential der Primär- und Sekundärwicklungen auf jeder Kernsäule ausgeglichen ist, ist der magnetische Nullsystemverlust ebenfalls klein. Wenn sich die YN-Verbindungswicklung jedoch außerhalb befindet, können die im Öltank und anderen Komponenten verursachten zusätzlichen Nullsystemverluste nicht vollständig vermieden werden. Wenn es mit einer Lichtbogenunterdrückungsspule verbunden ist, ist die Auslastung seiner Kapazität immer noch begrenzt. Die ausländische Testforschung zeigt, dass der zulässige Arbeitsmodus des mit YNd verbundenen Erdungstransformators ist:

(1) Wenn die sekundäre Volllast normal ist, darf die Kapazität der auf der YN-Seite angeschlossenen Lichtbogenunterdrückungsspule 50 % der Nennkapazität des Transformators nicht überschreiten;

(2) Wenn die Sekundärlast normalerweise nur 50 % der Transformatorkapazität beträgt, kann die Kapazität der Lichtbogenunterdrückungsspule gleich der Nennkapazität des Transformators sein.

Obwohl die Sekundärseite dieser Verbindung regionale Lasten oder das Umspannwerk selbst mit Strom versorgen kann, ist ihre Anwendung stark eingeschränkt, da die Dreiecksverbindung schwierig ist, gleichzeitig Hybridstrom- und Beleuchtungsverbraucher mit Strom zu versorgen.

YN, offene d-Verbindung ist mit Lichtbogenunterdrückungsspule XL verbunden, die der YNd-Verbindung ähnlich ist. Der Verbindungsmodus von Open d kann mit einem Widerstand oder einer Drossel auf der Seite des offenen Dreiecks verbunden werden, um die Nullreaktanz des Transformators einzustellen, und der Anschluss des Widerstands kann auch die ferromagnetische Resonanz des Netzwerks unterdrücken. Wenn der Dreiphasen-Fünfsäulen-Eisenkern übernommen wird, kann der Nullimpedanzwert ebenfalls stark erhöht werden, und es ist sogar möglich, eine Bogenunterdrückungsspule wegzulassen, aber die Struktur ist komplex und die Kosten steigen. Darüber hinaus kann die Sekundärnutzung der offenen Dreiecksverbindung die Anforderungen der Stromversorgung an regionale Lasten und Eigenverbrauchsstrom nicht erfüllen, sodass diese Methode nicht weit verbreitet ist.

Der ZN, yn-Verbindungstransformator ist mit der Lichtbogenunterdrückungsspule XL verbunden, was ein üblicher Verbindungsmodus für Erdungstransformatoren ist. Da das magnetische Nullsystem-Potential in den oberen und unteren Halbwicklungen auf derselben Eisenkernsäule des Zickzack-Verbindungsverfahrens genau gleich groß und entgegengesetzt gerichtet ist, was einander entgegenwirkt, wird der Nullsystem-Streufluss auf einen sehr kleinen Wert reduziert , so dass sein Nullreaktanzwert sehr klein ist und seine Kapazität gleich der Kapazität der angeschlossenen Lichtbogenunterdrückungsspule sein kann.

Der im In- und Ausland weit verbreitete Erdungstransformator wird hauptsächlich auf diese Weise angeschlossen. Da die yn-Übergangsmethode auf der Niederspannungsseite angewendet wird, kann sie gleichzeitig lokalen Strom oder den Eigenverbrauchsstrom der Umspannstation liefern. Die Kapazität der Niederspannungsseite ist normalerweise kleiner als die der Hochspannungsseite. In den meisten Fällen liegt die Kapazität der Niederspannungsseite im Bereich von 80-200 kVA.

Obwohl die Nennkapazität der Hochspannungsseite gleich der Kapazität der angeschlossenen Lichtbogenunterdrückungsspule sein kann, hat die Z-förmige Verbindung 1,15-mal mehr Windungen als die Y-förmige Verbindung, so dass die tatsächliche Kapazität des Erdungstransformators sollte das 1,15-fache der Kapazität der Lichtbogenunterdrückungsspule betragen.

■ Arbeitsprinzip

Das Arbeitsprinzipdiagramm des Erdungstransformators im Falle eines einphasigen Fehlers im System wird durch die gemeinsame ZNyn-Verdrahtung veranschaulicht. Wenn der Erdungstransformator während des Betriebs einen Nullstrom einer bestimmten Größe durchläuft, fließt der Strom durch die beiden einphasigen Wicklungen auf derselben Eisenkernsäule in entgegengesetzte Richtungen und die Größe ist gleich, so dass das magnetische Potenzial, das durch den erzeugt wird Der Nullstrom ist dem Offset genau entgegengesetzt, so dass die Nullimpedanz ebenfalls sehr klein ist.

Bei Ausfall des Erdungstransformators kann der Sternpunkt durch den Kompensationsstrom fließen. Aufgrund der kleinen Nullimpedanz sollte der erzeugte Impedanzspannungsabfall beim Durchgang des Nullstroms so klein wie möglich sein, um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten. Da der Erdungstransformator die Eigenschaften einer niedrigen Nullimpedanz aufweist, fließt bei einem einphasigen Erdungsfehler in Phase C der Erdungsstrom I der Phase C durch die Erde in den Sternpunkt und wird in drei gleiche Teile geteilt, in die er fließt der Erdungstransformator. Da die in den Erdungstransformator fließenden dreiphasigen Ströme gleich sind, bleibt die Verschiebung des Sternpunkts N unverändert und die dreiphasige Netzspannung bleibt symmetrisch.

Allerdings können im Herstellungsprozess die Windungen und geometrischen Abmessungen der oberen und unteren Wicklungen der Oberspannungswicklung nicht vollständig gleich sein, was es unmöglich macht, das durch den Nullstrom erzeugte magnetische Potential genau in das Gegenteil zu versetzen Richtung und erzeugt dennoch eine gewisse Nullimpedanz, normalerweise etwa 6-10 Ω. Gegenüber der Nullimpedanz des Sterntrafos von 600 Ω liegen seine Vorteile auf der Hand. Darüber hinaus kann der Zickzack-Erdungstransformator auch den Leerlaufstrom und den Leerlaufverlust so gering wie möglich machen. Im Vergleich zu gewöhnlichen Transformatoren mit Sternverbindung besteht jeder Phaseneisenkern des Transformators mit Zickzackverbindung aus Wicklungen von zwei Eisenkernsäulen. Gemäß seinem Vektordiagramm muss er im Vergleich zu einem gewöhnlichen Sternschaltungstransformator bei gleicher Spannung 1,16-mal mehr gewickelt werden. Die Amplitude der Nullimpedanz und der Mitimpedanz eines städtischen Verteilungsnetzes mit einphasiger Erdung im Erdungsmodus mit Neutralpunktwiderstand ist sehr unterschiedlich. Wenn dreiphasige Mit- und Gegensystemströme durchfließen, ist das magnetische Potential an jeder Eisenkernsäule des Erdungstransformators die Summe der Zeiger des magnetischen Potentials zweier Wicklungen unterschiedlicher Phasen an der Eisenkernsäule. Das magnetische Potential an den drei Eisenkernsäulen ist eine Gruppe von dreiphasigen Gleichgewichtsgrößen mit einer Phasendifferenz von 120 °. Der erzeugte magnetische Fluss kann an den drei Eisenkernsäulen eine Schleife bilden. Der magnetische Widerstand des Magnetkreises ist klein, der magnetische Fluss ist groß und das induzierte Potential ist groß, was eine große positive Sequenz- und negative Sequenzimpedanz zeigt; Daher hat der Erdungstransformator die Eigenschaften einer großen positiven und negativen Sequenzimpedanz und einer kleinen Nullsequenzimpedanz.

■ Wichtigste technische Parameter

Um die Anforderungen der Erdungskompensation der Lichtbogenunterdrückungsspule im Verteilungsnetz zu erfüllen und auch die Anforderungen der Umspannwerksleistung und der Beleuchtungslast zu erfüllen, wird der Z-Verbindungstransformator ausgewählt, und die Hauptparameter des Erdungstransformators müssen angemessen eingestellt werden.

(1) Die primärseitige Kapazität des Erdungstransformators mit Nennkapazität muss mit der Kapazität der Lichtbogenunterdrückungsspule übereinstimmen. Gemäß der Kapazitätsspezifikation der vorhandenen Lichtbogenunterdrückungsspule wird empfohlen, die Kapazität des Erdungstransformators auf das 1,05- bis 1,15-fache der Kapazität der Lichtbogenunterdrückungsspule einzustellen. Beispielsweise beträgt die Kapazität des Erdungstransformators, der mit einer 200-kVA-Lichtbogenunterdrückungsspule ausgestattet ist, 215 kVA.

(2) Gesamtstrom, der durch den Transformator-Sternpunkt fließt, bei einphasigem Fehler des Sternpunkt-Kompensationsstroms:

Woher:

U ist die Leitungsspannung des Verteilungsnetzes (V); Zx ist die Impedanz der Lichtbogenunterdrückungsspule (Ω);

Zd ist die primäre Nullimpedanz des Erdungstransformators (Ω/Phase);

Zs ist die Systemimpedanz (Ω);

Die Dauer des Neutralpunkt-Kompensationsstroms muss die gleiche sein wie die der Lichtbogenunterdrückungsspule, die wie angegeben 2 Stunden betragen muss.

(3) Nullimpedanz Die Nullimpedanz ist ein wichtiger Parameter des Erdungstransformators, der einen wichtigen Einfluss auf den Relaisschutz hat, um den einphasigen Erdungskurzschlussstrom zu begrenzen und Überspannungen zu unterdrücken. Für im Zickzack (Z-Typ) und Stern/offenes Dreieck geschaltete Erdungstransformatoren ohne Sekundärspulen gibt es nur eine Impedanz, nämlich die Nullimpedanz, sodass die Fertigungsabteilung die Anforderungen der Energieabteilung erfüllen kann.

(4) Der Verlust ist ein wichtiger Leistungsparameter des Erdungstransformators. Bei einem Erdungstransformator mit Sekundärspule kann der Leerlaufverlust derselbe sein wie bei einem Doppelwicklungstransformator mit derselben Kapazität. Was den Lastverlust anbelangt, so ist bei Volllastbetrieb der Sekundärseite der Lastverlust der Primärseite aufgrund der geringen Belastung der Primärseite geringer als der des Doppelwicklungstransformators mit der gleichen Kapazität wie die Sekundärseite.

(5) Gemäß der nationalen Norm ist der Temperaturanstieg des Erdungstransformators wie folgt:

1) Der Temperaturanstieg unter dem Nenndauerstrom muss den Bestimmungen der nationalen Norm für Trockentransformatoren von allgemeinen Leistungstransformatoren entsprechen, gilt jedoch hauptsächlich für Erdungstransformatoren mit häufiger Belastung auf der Sekundärseite;

2) Wenn die Dauer des Kurzzeitlaststroms weniger als 10 s beträgt (hauptsächlich wenn der Neutralpunkt mit dem Widerstand verbunden ist), muss der Temperaturanstieg den Bestimmungen des nationalen Standard-Leistungstransformators zur Temperaturanstiegsgrenze bei Kurzschluss entsprechen Bedingungen;

3) Der Temperaturanstieg des Erdungstransformators und der Lichtbogenunterdrückungsspule beim gemeinsamen Betrieb muss den Bestimmungen zum Temperaturanstieg der Lichtbogenunterdrückungsspule entsprechen: Die Wicklungstemperatur, die kontinuierlich durch den Nennstrom fließt, beträgt 80 K, was hauptsächlich für gilt der Erdungstransformator mit Stern-/offener Dreieckschaltung; Für die Wicklung mit der angegebenen maximalen Fließzeit des Nennstroms von 2 h beträgt die angegebene Temperatur 100 K.

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