Da classificação ao modo de fiação, a explicação mais abrangente do transformador de aterramento

As redes de energia de 6kV, 10kV e 35kV no sistema de energia geralmente adotam o modo de operação neutro não aterrado. O lado de baixa tensão do transformador principal na rede elétrica é geralmente conectado de forma triangular e não há ponto neutro que possa ser aterrado. Quando ocorre uma falha de aterramento monofásica em um sistema neutro não aterrado, o triângulo de tensão da linha permanece simétrico. O sistema de energia pode continuar fornecendo energia aos usuários por 1 a 2 horas, e a corrente capacitiva é relativamente pequena (menos de 10A), o que não causará arco intermitente. Algumas falhas transitórias de aterramento podem desaparecer automaticamente, o que é muito eficaz para melhorar a confiabilidade da fonte de alimentação e reduzir os acidentes de falta de energia. No entanto, com a expansão contínua da rede elétrica urbana e o aumento contínuo das linhas de saída do cabo, a corrente capacitiva do sistema para o solo aumenta acentuadamente e a corrente capacitiva que flui através do ponto de falha após o aterramento monofásico é grande (mais de 10A).

O arco não é fácil de extinguir, é fácil excitar a sobretensão de ressonância ferromagnética e produzir sobretensão de aterramento de luz de arco intermitente, o que pode causar danos ao isolamento, desarmar a linha e expandir o acidente

Especificamente:

A extinção e reinício intermitentes do arco de aterramento monofásico produzirão sobretensão do arco de aterramento com amplitude de até 4U (U é o valor de pico da tensão de fase normal) ou maior e de longa duração, o que causará grandes danos ao isolamento de equipamentos elétricos e causar quebra em isolamento fraco; Causar pesadas perdas.

A dissociação do ar causada pelo arco contínuo destrói o isolamento do ar circundante e é propenso a curto-circuito fase a fase.

A sobretensão de ressonância ferromagnética pode facilmente queimar o transformador de tensão e causar danos ao pára-raios, o que pode até causar a explosão do pára-raios. Essas consequências ameaçarão seriamente o isolamento dos equipamentos da rede elétrica e colocarão em risco a operação segura da rede elétrica.

Para reduzir a corrente capacitiva para a terra em caso de falha de aterramento monofásico, é necessário instalar bobina de supressão de arco e outros dispositivos de compensação no ponto neutro do transformador. Portanto, é necessário estabelecer manualmente um ponto neutro para que a bobina de supressão de arco possa ser conectada no ponto neutro para reduzir a corrente de interrupção de curto-circuito de aterramento e melhorar a confiabilidade da fonte de alimentação do sistema.

■ Uso atual em casa e no exterior

O transformador de aterramento na China geralmente adota fiação tipo Z (ou fiação em zigue-zague). Para economia de investimento e espaço na subestação, geralmente é adicionado um terceiro enrolamento ao transformador de aterramento para substituir o transformador utilizado para fornecer energia aos equipamentos utilizados na subestação. De acordo com o padrão nacional do Reactor, o modo de aterramento do transformador de aterramento pode ser dividido em aterramento direto; É aterrado através de reator, resistência e bobina de supressão de arco. O aterramento direto não tem sido usado na China, mas alguns departamentos de pesquisa de energia elétrica começaram a discutir esse aspecto. O transformador de aterramento em países estrangeiros geralmente adota uma conexão do tipo Z, que é usada para sistema não aterrado de 10kV e constitui a proteção de aterramento da rede de distribuição. Quando o sistema apresenta uma falha de aterramento, o transformador de aterramento apresenta alta impedância para corrente de sequência positiva e sequência negativa e baixa resistência para corrente de sequência zero, fazendo com que a proteção de aterramento opere de forma confiável.

■ Transformador trifásico de aterramento

Transformador de aterramento trifásico Este tipo de transformador usa fiação tipo Z (ou fiação em zigue-zague). A diferença dos transformadores comuns é que cada bobina de fase é dividida em dois grupos e enrolada no pólo magnético desta fase ao contrário. A vantagem desta conexão é que o fluxo magnético de sequência zero pode fluir ao longo do pólo magnético, enquanto o fluxo magnético de sequência zero de transformadores comuns flui ao longo do circuito de fuga magnética. Portanto, a impedância de sequência zero dos transformadores de aterramento do tipo Z é muito pequena (cerca de 10 Ω), enquanto a dos transformadores comuns é muito maior. De acordo com os regulamentos, a capacidade do transformador comum com bobina de supressão de arco não deve exceder 20% da capacidade do transformador. O transformador tipo Z pode ser equipado com bobina de supressão de arco com capacidade de 90%~100%. Além da bobina de supressão de arco, o transformador de aterramento também pode ser equipado com carga secundária, que pode substituir o transformador da estação, economizando custos de investimento.

■ Transformador de aterramento monofásico

Transformador de aterramento monofásico O transformador de aterramento monofásico é usado principalmente para gerador com ponto neutro e gabinete de resistência de aterramento de ponto neutro do transformador Satons para reduzir o custo e o volume do gabinete de resistência.

■ Características de trabalho

(1) Baixa impedância de sequência zero para garantir a saída da corrente de sequência zero;

(2) Alta impedância de excitação para reduzir a corrente sem carga;

(3) Baixa perda sem carga para economizar o consumo de energia para operação diária.

■ Modo de fiação

Conexão YNyn

O transformador com este modo de conexão geralmente adota núcleo de ferro trifásico de três colunas, e o ponto neutro no lado de alta tensão pode ser conectado com bobina de supressão de arco para realizar o aterramento. No entanto, quando a corrente de sequência zero aterrada monofásica flui através do enrolamento lateral de alta tensão, o potencial magnético de sequência zero gerado não pode ser equilibrado pelo potencial magnético secundário e o fluxo magnético de sequência zero na mesma direção não pode formar um loop em o núcleo de ferro de três colunas, de modo que um grande número de fluxo magnético de sequência zero só pode passar pela braçadeira, óleo e corpo do tanque de óleo para formar um circuito fechado, causando perda adicional no tanque de óleo e na braçadeira, resultando em superaquecimento local, A utilização da capacidade do transformador é limitada. Os regulamentos de operação relevantes do setor de energia da China fizeram as seguintes disposições sobre o estado de funcionamento da bobina de supressão de arco de conexão de ponto neutro do transformador de conexão YNyn:

(1) A capacidade da bobina de supressão de arco não deve exceder 20% da capacidade nominal do transformador;

(2) A queda de tensão de sequência zero gerada pela corrente de sequência zero que flui através da bobina de supressão de arco no transformador não deve exceder 10% da tensão de fase nominal;

O modo de conexão do transformador de conexão YNd e da bobina de supressão de arco XL é caracterizado pelo fato de que a conexão triangular no lado secundário pode fornecer um caminho fechado de corrente de sequência zero, de modo que a reatância de sequência zero é pequena. Além disso, como o potencial magnético de sequência zero dos enrolamentos primário e secundário em cada coluna do núcleo é equilibrado, o vazamento magnético de sequência zero também é pequeno. No entanto, quando o enrolamento da conexão YN está fora, a perda adicional de sequência zero causada no tanque de óleo e outros componentes não pode ser completamente evitada. Quando conectado com bobina de supressão de arco, a utilização de sua capacidade ainda será limitada. A pesquisa de teste estrangeiro mostra que o modo de trabalho permitido do transformador de aterramento conectado YNd é:

(1) Quando a carga total secundária é normal, a capacidade da bobina de supressão de arco conectada no lado YN não deve exceder 50% da capacidade nominal do transformador;

(2) Quando a carga secundária é de apenas 50% da capacidade do transformador em horários normais, a capacidade da bobina de supressão de arco pode ser igual à capacidade nominal do transformador.

Embora o lado secundário dessa conexão possa fornecer energia para cargas regionais ou para a própria subestação, sua aplicação será muito limitada porque a conexão triangular é difícil de fornecer energia para usuários híbridos de energia e iluminação ao mesmo tempo.

YN, a conexão d aberta é conectada com a bobina de supressão de arco XL, que é semelhante à conexão YNd. O modo de conexão d aberto pode ser conectado com um resistor ou reator no lado do triângulo aberto para ajustar a reatância de sequência zero do transformador, e a conexão do resistor também pode suprimir a ressonância ferromagnética da rede. Se o núcleo de ferro trifásico de cinco colunas for adotado, o valor da impedância de sequência zero também pode ser bastante aumentado e é até possível omitir uma bobina de supressão de arco, mas a estrutura é complexa e o custo é aumentado. Além disso, o uso secundário da conexão de triângulo aberto não pode atender às necessidades de fornecimento de energia para cargas regionais e energia de uso próprio, portanto, esse método não é amplamente utilizado.

O transformador de conexão ZN, yn é conectado com a bobina de supressão de arco XL, que é um modo de conexão comum para transformador de aterramento. Como o potencial magnético de sequência zero nos enrolamentos da metade superior e inferior na mesma coluna de núcleo de ferro do método de conexão em zigue-zague é exatamente do mesmo tamanho e direção oposta, o que se neutraliza, o fluxo de fuga de sequência zero é reduzido a um valor muito pequeno , de modo que seu valor de reatância de sequência zero é muito pequeno e sua capacidade pode ser igual à capacidade da bobina de supressão de arco conectada.

O transformador de aterramento amplamente utilizado em casa e no exterior é conectado principalmente dessa maneira. Como o método de junção yn é adotado no lado de baixa tensão, ele pode fornecer energia local ou energia de uso próprio da subestação ao mesmo tempo. A capacidade do lado de baixa tensão é geralmente menor do que a do lado de alta tensão. Na maioria dos casos, a capacidade do lado de baixa tensão está dentro da faixa de 80-200kVA.

Embora a capacidade nominal do lado de alta tensão possa ser igual à capacidade da bobina de supressão de arco conectada, a conexão em forma de Z terá 1,15 vezes mais voltas do que a conexão em forma de Y, portanto, a capacidade real do transformador de aterramento deve ser 1,15 vezes a capacidade da bobina de supressão de arco.

■ Princípio de funcionamento

O diagrama de princípio de funcionamento do transformador de aterramento em caso de falha monofásica no sistema é ilustrado pela fiação ZNyn comum. Quando o transformador de aterramento passa por um certo tamanho de corrente de sequência zero durante a operação, a corrente que flui através dos dois enrolamentos monofásicos na mesma coluna de núcleo de ferro está em direções opostas e o tamanho é igual, de modo que o potencial magnético gerado pelo a corrente de sequência zero é exatamente oposta ao deslocamento, de modo que a impedância de sequência zero também é muito pequena.

Quando o transformador de aterramento falha, o ponto neutro pode fluir através da corrente de compensação. Devido à pequena impedância de sequência zero, quando a corrente de sequência zero passa, a queda de tensão de impedância gerada deve ser a menor possível para garantir a segurança do sistema. Como o transformador de aterramento tem as características de baixa impedância de sequência zero, quando ocorre uma falha de aterramento monofásica na fase C, a corrente de aterramento da fase C I flui para o ponto neutro através da terra e é dividida em três partes iguais para fluir em o transformador de aterramento. Como as correntes trifásicas que fluem para o transformador de aterramento são iguais, o deslocamento do ponto neutro N permanece inalterado e a tensão da linha trifásica permanece simétrica.

No entanto, no processo de fabricação, as voltas e as dimensões geométricas dos enrolamentos superior e inferior do enrolamento de alta tensão não podem ser completamente iguais, o que impossibilita que o potencial magnético gerado pela corrente de seqüência zero seja exatamente compensado na direção oposta. direção, e ainda gera uma certa impedância de sequência zero, geralmente cerca de 6-10 Ω. Comparado com a impedância de sequência zero do transformador conectado em estrela de 600 Ω, suas vantagens são evidentes. Além disso, o transformador de aterramento em zigue-zague também pode reduzir ao máximo a corrente sem carga e a perda sem carga. Comparado com o transformador de conexão em estrela comum, cada núcleo de ferro de fase do transformador de conexão em zigue-zague é composto de enrolamentos de duas colunas de núcleo de ferro. De acordo com seu diagrama vetorial, quando comparado com o transformador de conexão em estrela comum, ele precisa ser enrolado 1,16 vezes mais quando a tensão é a mesma. A amplitude da impedância de sequência zero e impedância de sequência positiva da rede de distribuição urbana com aterramento monofásico no modo de aterramento por resistência de ponto neutro difere muito. Quando correntes trifásicas de sequência positiva e negativa fluem, o potencial magnético em cada coluna de núcleo de ferro do transformador de aterramento é a soma dos fasores do potencial magnético de dois enrolamentos de fases diferentes na coluna de núcleo de ferro. O potencial magnético nos três pilares do núcleo de ferro é um grupo de quantidades de equilíbrio trifásico com uma diferença de fase de 120 °. O fluxo magnético gerado pode formar um loop nos três pilares do núcleo de ferro. A resistência magnética do circuito magnético é pequena, o fluxo magnético é grande e o potencial induzido é grande, mostrando uma grande sequência positiva e impedância de sequência negativa; Portanto, o transformador de aterramento tem as características de grande impedância de sequência positiva e negativa e pequena impedância de sequência zero.

■ Principais parâmetros técnicos

A fim de atender às necessidades de compensação de aterramento da bobina de supressão de arco na rede de distribuição e também atender às necessidades de energia da subestação e carga de iluminação, o transformador de conexão tipo Z é selecionado e os principais parâmetros do transformador de aterramento precisam ser razoavelmente definidos.

(1) A capacidade do lado primário do transformador de aterramento com capacidade nominal deve corresponder à capacidade da bobina de supressão de arco. De acordo com a especificação de capacidade da bobina de supressão de arco existente, recomenda-se definir a capacidade do transformador de aterramento como 1,05-1,15 vezes a capacidade da bobina de supressão de arco. Por exemplo, a capacidade do transformador de aterramento equipado com uma bobina de supressão de arco de 200kVA é de 215kVA.

(2) Corrente total fluindo através do ponto neutro do transformador em caso de falha monofásica da corrente de compensação do ponto neutro:

Onde:

U é a tensão da linha da rede de distribuição (V); Zx é a impedância da bobina de supressão de arco (Ω);

Zd é a impedância primária de sequência zero do transformador de aterramento (Ω/fase);

Zs é a impedância do sistema (Ω);

A duração da corrente de compensação do ponto neutro deve ser a mesma da bobina de supressão de arco, que deve ser de 2 horas conforme especificado.

(3) Impedância de sequência zero A impedância de sequência zero é um parâmetro importante do transformador de aterramento, que tem uma influência importante na proteção do relé para limitar a corrente de curto-circuito de aterramento monofásico e suprimir a sobretensão. Para transformadores de aterramento conectados em zigue-zague (tipo Z) e estrela/triângulo aberto sem bobinas secundárias, há apenas uma impedância, ou seja, impedância de sequência zero, para que o departamento de fabricação possa atender aos requisitos do departamento de energia.

(4) A perda é um importante parâmetro de desempenho do transformador de aterramento. Para transformador de aterramento com bobina secundária, sua perda sem carga pode ser a mesma que a do transformador de enrolamento duplo com a mesma capacidade. Para a perda de carga, quando o lado secundário está em operação de carga total, a perda de carga do lado primário é menor que a do transformador de enrolamento duplo com a mesma capacidade do lado secundário devido à carga leve do lado primário.

(5) De acordo com o padrão nacional, o aumento de temperatura do transformador de aterramento é o seguinte:

1) A elevação de temperatura sob a corrente contínua nominal deve atender às disposições da norma nacional para transformadores secos de transformadores de potência em geral, mas é aplicável principalmente aos transformadores de aterramento com carga frequente no lado secundário;

2) Quando a duração da corrente de carga de curta duração for inferior a 10s (principalmente quando o ponto neutro estiver conectado com a resistência), o aumento de temperatura deve cumprir as disposições do transformador de potência padrão nacional sobre o limite de aumento de temperatura sob curto-circuito condições;

3) O aumento de temperatura do transformador de aterramento e da bobina de supressão de arco quando operando juntos deve atender às disposições sobre o aumento de temperatura da bobina de supressão de arco: a temperatura do enrolamento que flui continuamente através da corrente nominal é de 80K, que é aplicável principalmente a o transformador de aterramento de conexão estrela/triângulo aberto; Para o enrolamento com tempo máximo de fluxo de corrente nominal especificado como 2h, a temperatura especificada é 100K.

• Ano Estabelecido
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