Desde la clasificación hasta el modo de cableado, la explicación más completa del transformador de puesta a tierra.

Las redes eléctricas de 6kV, 10kV y 35kV en el sistema de energía generalmente adoptan el modo de operación neutral sin conexión a tierra. El lado de bajo voltaje del transformador principal en la red eléctrica generalmente está conectado en forma de triángulo, y no hay un punto neutral que pueda conectarse a tierra. Cuando ocurre una falla de puesta a tierra monofásica en un sistema neutral sin conexión a tierra, el triángulo de voltaje de línea permanece simétrico. El sistema de energía puede continuar suministrando energía a los usuarios durante 1 a 2 horas, y la corriente capacitiva es relativamente pequeña (menos de 10 A), lo que no causará un arco intermitente. Algunas fallas de conexión a tierra transitorias pueden desaparecer automáticamente, lo cual es muy efectivo para mejorar la confiabilidad del suministro de energía y reducir los accidentes por cortes de energía. Sin embargo, con la expansión continua de la red eléctrica urbana y el aumento continuo de las líneas salientes de cable, la corriente capacitiva del sistema a tierra aumenta considerablemente, y la corriente capacitiva que fluye a través del punto de falla después de la puesta a tierra monofásica es grande (más de 10 A).

El arco no es fácil de extinguir, es fácil excitar el sobrevoltaje de resonancia ferromagnética y producir un sobrevoltaje de puesta a tierra de luz de arco intermitente, lo que puede causar daños en el aislamiento, disparar la línea y expandir el accidente

Específicamente:

La extinción intermitente y el reencendido del arco de puesta a tierra monofásico producirán un sobrevoltaje de puesta a tierra del arco con una amplitud de hasta 4U (U es el valor máximo del voltaje de fase normal) o mayor y de larga duración, lo que causará un gran daño al aislamiento de los equipos eléctricos. y causar averías en un aislamiento débil; Causa grandes pérdidas.

La disociación del aire provocada por el arco continuo destruye el aislamiento del aire circundante y es propenso a cortocircuitos de fase a fase.

El sobrevoltaje de resonancia ferromagnética puede quemar fácilmente el transformador de voltaje y dañar el pararrayos, lo que puede incluso causar que el pararrayos explote. Estas consecuencias amenazarán seriamente el aislamiento de los equipos de la red eléctrica y pondrán en peligro el funcionamiento seguro de la red eléctrica.

Para reducir la corriente capacitiva a tierra en caso de falla a tierra monofásica, es necesario instalar una bobina de supresión de arco y otros dispositivos de compensación en el punto neutro del transformador. Por lo tanto, es necesario establecer manualmente un punto neutral para que la bobina de supresión de arco se pueda conectar en el punto neutral para reducir la corriente de interrupción del cortocircuito a tierra y mejorar la confiabilidad de la fuente de alimentación del sistema.

■ Uso actual en el país y en el extranjero

El transformador de puesta a tierra en China generalmente adopta cableado tipo Z (o cableado en zigzag). Para ahorrar inversión y espacio en la subestación, generalmente se agrega un tercer devanado al transformador de puesta a tierra para reemplazar el transformador utilizado para suministrar energía a los equipos utilizados en la subestación. De acuerdo con el estándar nacional de Reactor, el modo de conexión a tierra del transformador de conexión a tierra se puede dividir en conexión a tierra directa; Está conectado a tierra a través del reactor, la resistencia y la bobina de supresión de arco. La puesta a tierra directa no se ha utilizado en China, pero algunos departamentos de investigación de energía eléctrica han comenzado a discutir este aspecto. El transformador de puesta a tierra en países extranjeros generalmente adopta una conexión tipo Z, que se utiliza para un sistema sin conexión a tierra de 10 kV y constituye la protección de puesta a tierra de la red de distribución. Cuando el sistema tiene una falla de puesta a tierra, el transformador de puesta a tierra presenta alta impedancia a la corriente de secuencia positiva y secuencia negativa y baja resistencia a la corriente de secuencia cero, lo que hace que la protección de puesta a tierra funcione de manera confiable.

■ Transformador de puesta a tierra trifásico

Transformador de puesta a tierra trifásico Este tipo de transformador utiliza cableado tipo Z (o cableado en zigzag). La diferencia con los transformadores comunes es que cada bobina de fase se divide en dos grupos y se enrolla en el polo magnético de esta fase al revés. La ventaja de esta conexión es que el flujo magnético de secuencia cero puede fluir a lo largo del polo magnético, mientras que el flujo magnético de secuencia cero de los transformadores ordinarios fluye a lo largo del circuito de fuga magnética. Por lo tanto, la impedancia de secuencia cero de los transformadores de puesta a tierra tipo Z es muy pequeña (alrededor de 10 Ω), mientras que la de los transformadores ordinarios es mucho mayor. De acuerdo con las regulaciones, la capacidad del transformador ordinario con bobina de supresión de arco no debe exceder el 20% de la capacidad del transformador. El transformador tipo Z puede equiparse con una bobina de supresión de arco con una capacidad del 90 % al 100 %. Además de la bobina de supresión de arco, el transformador de puesta a tierra también puede equiparse con una carga secundaria, que puede reemplazar el transformador de la estación, lo que ahorra costos de inversión.

■ Transformador de puesta a tierra monofásico

Transformador de puesta a tierra monofásico El transformador de puesta a tierra monofásico se utiliza principalmente para generadores con punto neutro y gabinete de resistencia de puesta a tierra de punto neutro del transformador Satons para reducir el costo y el volumen del gabinete de resistencia.

■ Características de trabajo

(1) Baja impedancia de secuencia cero para garantizar la salida de corriente de secuencia cero;

(2) Alta impedancia de excitación para reducir la corriente sin carga;

(3) Baja pérdida sin carga para ahorrar consumo de energía para la operación diaria.

■ Modo de cableado

Conexión YNyn

El transformador con este modo de conexión generalmente adopta un núcleo de hierro trifásico de tres columnas, y el punto neutral en el lado de alto voltaje se puede conectar con una bobina de supresión de arco para realizar la conexión a tierra. Sin embargo, cuando la corriente monofásica de secuencia cero conectada a tierra fluye a través del devanado lateral de alto voltaje, el potencial magnético de secuencia cero generado no puede equilibrarse con el potencial magnético secundario, y el flujo magnético de secuencia cero en la misma dirección no puede formar un bucle en el núcleo de hierro de tres columnas, de modo que una gran cantidad de flujo magnético de secuencia cero solo puede pasar a través de la abrazadera, el aceite y el cuerpo del tanque de aceite para formar un circuito cerrado, lo que provoca una pérdida adicional en el tanque de aceite y la abrazadera, lo que resulta en un sobrecalentamiento local, La utilización de la capacidad del transformador es limitada. Las regulaciones de operación relevantes del sector eléctrico de China han establecido las siguientes disposiciones sobre el estado de funcionamiento de la bobina de supresión de arco de conexión de punto neutral del transformador de conexión YNyn:

(1) La capacidad de la bobina de supresión de arco no deberá exceder el 20 % de la capacidad nominal del transformador;

(2) La caída de voltaje de secuencia cero generada por la corriente de secuencia cero que fluye a través de la bobina de supresión de arco en el transformador no debe exceder el 10 % del voltaje de fase nominal;

El modo de conexión del transformador de conexión YNd y la bobina de supresión de arco XL se caracteriza porque la conexión triangular en el lado secundario puede proporcionar una ruta cerrada de corriente de secuencia cero, por lo que la reactancia de secuencia cero es pequeña. Además, dado que el potencial magnético de secuencia cero de los devanados primario y secundario en cada columna del núcleo está equilibrado, la fuga magnética de secuencia cero también es pequeña. Sin embargo, cuando el devanado de conexión YN está afuera, la pérdida adicional de secuencia cero causada en el tanque de aceite y otros componentes no se puede evitar por completo. Cuando está conectado con una bobina de supresión de arco, la utilización de su capacidad seguirá siendo limitada. La investigación de prueba extranjera muestra que el modo de trabajo permitido del transformador de puesta a tierra conectado YNd es:

(1) Cuando la carga completa secundaria es normal, la capacidad de la bobina de supresión de arco conectada en el lado YN no debe exceder el 50 % de la capacidad nominal del transformador;

(2) Cuando la carga secundaria es solo el 50% de la capacidad del transformador en tiempos normales, la capacidad de la bobina de supresión de arco puede ser igual a la capacidad nominal del transformador.

Aunque el lado secundario de esta conexión puede suministrar energía a las cargas regionales o a la propia subestación, su aplicación estará muy limitada porque la conexión triangular es difícil de suministrar energía a usuarios híbridos de energía e iluminación al mismo tiempo.

YN, la conexión d abierta se conecta con la bobina de supresión de arco XL, que es similar a la conexión YNd. El modo de conexión de d abierto se puede conectar con una resistencia o reactor en el lado del triángulo abierto para ajustar la reactancia de secuencia cero del transformador, y la conexión de la resistencia también puede suprimir la resonancia ferromagnética de la red. Si se adopta el núcleo de hierro trifásico de cinco columnas, el valor de impedancia de secuencia cero también se puede aumentar considerablemente, e incluso es posible omitir una bobina de supresión de arco, pero la estructura es compleja y el costo aumenta. Además, el uso secundario de la conexión de triángulo abierto no puede satisfacer las necesidades de suministro de energía para cargas regionales y energía de uso propio, por lo que este método no se usa ampliamente.

El transformador de conexión ZN, yn está conectado con la bobina de supresión de arco XL, que es un modo de conexión común para el transformador de puesta a tierra. Debido a que el potencial magnético de secuencia cero en la mitad superior e inferior de los devanados en la misma columna de núcleo de hierro del método de conexión en zigzag es del mismo tamaño y dirección opuesta, lo que se contrarresta entre sí, el flujo de fuga de secuencia cero se reduce a un valor muy pequeño. , por lo que su valor de reactancia de secuencia cero es muy pequeño y su capacidad puede ser igual a la capacidad de la bobina de supresión de arco conectada.

El transformador de puesta a tierra ampliamente utilizado en el hogar y en el extranjero se conecta principalmente de esta manera. Dado que el método de unión yn se adopta en el lado de bajo voltaje, puede suministrar energía local o la energía de uso propio de la subestación al mismo tiempo. La capacidad del lado de bajo voltaje suele ser menor que la del lado de alto voltaje. En la mayoría de los casos, la capacidad del lado de bajo voltaje está dentro del rango de 80-200 kVA.

Aunque la capacidad nominal del lado de alta tensión puede ser igual a la capacidad de la bobina de supresión de arco conectada, la conexión en forma de Z tendrá 1,15 veces más vueltas que la conexión en forma de Y, por lo que la capacidad real del transformador de puesta a tierra debería ser 1,15 veces la capacidad de la bobina de supresión de arco.

■ Principio de funcionamiento

El diagrama del principio de funcionamiento del transformador de puesta a tierra en caso de falla monofásica en el sistema se ilustra mediante el cableado ZNyn común. Cuando el transformador de puesta a tierra pasa a través de un cierto tamaño de corriente de secuencia cero durante la operación, la corriente que fluye a través de los dos devanados monofásicos en la misma columna de núcleo de hierro está en direcciones opuestas y el tamaño es igual, por lo que el potencial magnético generado por el La corriente de secuencia cero es justo opuesta a la compensación, por lo que la impedancia de secuencia cero también es muy pequeña.

Cuando falla el transformador de puesta a tierra, el punto neutro puede fluir a través de la corriente de compensación. Debido a la pequeña impedancia de secuencia cero, cuando pasa la corriente de secuencia cero, la caída de voltaje de impedancia generada debe ser lo más pequeña posible para garantizar la seguridad del sistema. Debido a que el transformador de puesta a tierra tiene las características de baja impedancia de secuencia cero, cuando ocurre una falla de puesta a tierra monofásica en la fase C, la corriente de tierra de la fase C I fluye hacia el punto neutro a través de la tierra y se divide en tres partes iguales para fluir en el transformador de puesta a tierra. Dado que las corrientes trifásicas que fluyen hacia el transformador de puesta a tierra son iguales, el desplazamiento del punto neutro N permanece sin cambios y el voltaje de la línea trifásica permanece simétrico.

Sin embargo, en el proceso de fabricación, las espiras y dimensiones geométricas de los devanados superior e inferior del devanado de alta tensión no pueden ser completamente iguales, lo que imposibilita que el potencial magnético generado por la corriente homopolar sea compensado exactamente en sentido contrario. dirección, y todavía genera una cierta impedancia de secuencia cero, generalmente alrededor de 6-10 Ω. En comparación con la impedancia de secuencia cero del transformador conectado en estrella de 600 Ω, sus ventajas son evidentes. Además, el transformador de puesta a tierra en zigzag también puede hacer que la corriente sin carga y la pérdida sin carga sean lo más pequeñas posible. En comparación con el transformador de conexión en estrella ordinario, el núcleo de hierro de cada fase del transformador de conexión en zigzag está compuesto por devanados de dos columnas con núcleo de hierro. De acuerdo con su diagrama vectorial, en comparación con el transformador de conexión en estrella ordinario, debe enrollarse 1,16 veces más cuando el voltaje es el mismo. La amplitud de la impedancia de secuencia cero y la impedancia de secuencia positiva de la red de distribución urbana con puesta a tierra monofásica en el modo de puesta a tierra de resistencia de punto neutro difiere mucho. Cuando fluyen corrientes trifásicas de secuencia positiva y negativa, el potencial magnético en cada columna con núcleo de hierro del transformador de puesta a tierra es la suma de los fasores del potencial magnético de dos devanados de diferentes fases en la columna con núcleo de hierro. El potencial magnético en los tres pilares del núcleo de hierro es un grupo de cantidades de equilibrio trifásico con una diferencia de fase de 120 °. El flujo magnético generado puede formar un bucle en los tres pilares del núcleo de hierro. La resistencia magnética del circuito magnético es pequeña, el flujo magnético es grande y el potencial inducido es grande, mostrando una gran secuencia positiva y una impedancia de secuencia negativa; Por lo tanto, el transformador de puesta a tierra tiene las características de una gran impedancia de secuencia positiva y negativa y una pequeña impedancia de secuencia cero.

■ Principales parámetros técnicos

Para satisfacer las necesidades de compensación de puesta a tierra de la bobina de supresión de arco en la red de distribución, y también satisfacer las necesidades de potencia de la subestación y carga de iluminación, se selecciona el transformador de conexión tipo Z y los parámetros principales del transformador de puesta a tierra deben establecerse razonablemente.

(1) La capacidad del lado primario del transformador de puesta a tierra con capacidad nominal debe coincidir con la capacidad de la bobina de supresión de arco. De acuerdo con la especificación de capacidad de la bobina de supresión de arco existente, se recomienda establecer la capacidad del transformador de puesta a tierra en 1,05-1,15 veces la capacidad de la bobina de supresión de arco. Por ejemplo, la capacidad del transformador de puesta a tierra equipado con una bobina de supresión de arco de 200 kVA es de 215 kVA.

(2) Corriente total que circula por el punto neutro del transformador en caso de defecto monofásico de la corriente de compensación del punto neutro:

Donde:

U es la tensión de línea de la red de distribución (V); Zx es la impedancia de la bobina de supresión de arco (Ω);

Zd es la impedancia de secuencia cero primaria del transformador de puesta a tierra (Ω/fase);

Zs es la impedancia del sistema (Ω);

La duración de la corriente de compensación del punto neutro será la misma que la de la bobina de supresión de arco, que será de 2 horas según lo especificado.

(3) Impedancia de secuencia cero La impedancia de secuencia cero es un parámetro importante del transformador de puesta a tierra, que tiene una influencia importante en la protección del relé para limitar la corriente de cortocircuito de puesta a tierra monofásica y suprimir la sobretensión. Para transformadores de puesta a tierra conectados en zigzag (tipo Z) y estrella/triángulo abierto sin bobinas secundarias, solo hay una impedancia, a saber, impedancia de secuencia cero, de modo que el departamento de fabricación pueda cumplir con los requisitos del departamento de energía.

(4) La pérdida es un parámetro de rendimiento importante del transformador de puesta a tierra. Para el transformador de puesta a tierra con bobina secundaria, su pérdida sin carga puede ser la misma que la del transformador de doble devanado con la misma capacidad. Para la pérdida de carga, cuando el lado secundario funciona a plena carga, la pérdida de carga del lado primario es menor que la del transformador de doble devanado con la misma capacidad que el lado secundario debido a la carga ligera del lado primario.

(5) Según la norma nacional, el aumento de temperatura del transformador de puesta a tierra es el siguiente:

1) El aumento de temperatura bajo la corriente continua nominal deberá cumplir con las disposiciones de la norma nacional para transformadores tipo seco de transformadores de potencia en general, pero es aplicable principalmente a los transformadores de puesta a tierra con carga frecuente en el lado secundario;

2) Cuando la duración de la corriente de carga de corta duración es inferior a 10 s (principalmente cuando el punto neutro está conectado con la resistencia), el aumento de temperatura debe cumplir con las disposiciones del transformador de potencia estándar nacional sobre el límite de aumento de temperatura en cortocircuito. condiciones;

3) El aumento de temperatura del transformador de puesta a tierra y la bobina de supresión de arco cuando funcionan juntos deberá cumplir con las disposiciones sobre el aumento de temperatura de la bobina de supresión de arco: la temperatura del devanado que fluye continuamente a través de la corriente nominal es de 80 K, que se aplica principalmente a el transformador de puesta a tierra con conexión estrella/triángulo abierto; Para el devanado con el tiempo máximo de flujo de corriente nominal especificado como 2h, la temperatura especificada es 100K.

• Año Establecido
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• Persona jurídica empresarial
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