Guía

El transformador de puesta a tierra se denomina cambio de puesta a tierra, de acuerdo con el medio de llenado, el cambio de puesta a tierra se puede dividir en aceite y seco; Según el número de fases, la transformación de la puesta a tierra se puede dividir en tres fases y una sola fase. La función del transformador de puesta a tierra es proporcionar un punto neutro como una persona para un sistema sin punto neutro, lo que facilita el uso de bobinas de extinción de arco o pequeñas resistencias de puesta a tierra para reducir el tamaño de la corriente capacitiva a tierra en caso de fallas de cortocircuito a tierra en la red de distribución y Mejorar la fiabilidad del suministro de energía del sistema de distribución.

Las redes eléctricas de 6 kv, 10 kV y 35 Kv en el sistema eléctrico generalmente adoptan el modo de operación sin punto neutro. El lado de baja tensión del transformador principal en la red eléctrica es generalmente un método de conexión triangular, y no hay punto neutro que pueda ser conectado a tierra. Cuando se produce una falla de puesta a tierra de una sola fase en un sistema sin punto neutro, el triángulo de tensión de la línea sigue siendo simétrico, el sistema eléctrico puede suministrar continuamente energía al usuario durante una o dos horas, y la corriente capacitiva es relativamente pequeña (menos de 10a), no causará arco intermitente, y algunas fallas instantáneas de puesta a Tierra pueden desaparecer por sí mismas, lo que es muy eficaz para mejorar la fiabilidad del suministro de energía y reducir los cortes de energía. Sin embargo, con la expansión continua de la red eléctrica urbana y el aumento continuo de la salida del cable, la corriente capacitiva del sistema al suelo ha aumentado drásticamente, y la corriente capacitiva que fluye a través del punto de falla después de la puesta a tierra de una sola fase es mayor (más de 10a).

El arco no es fácil de apagar, es fácil estimular la Sobretensión de resonancia ferromagnética y produce una Sobretensión de puesta a tierra de arco intermitente, lo que puede causar daños en el aislamiento, hacer que la línea salte y el accidente se expanda.

Específicamente:

La extinción intermitente y la reavivamiento del arco de puesta a tierra de una sola fase producirán una Sobretensión de puesta a tierra de arco, cuya amplitud puede alcanzar 4u (u es el pico normal de tensión de fase) o más, y su larga duración causará un gran daño al aislamiento del equipo eléctrico, formando un agujero en el aislamiento débil; Causar grandes pérdidas.

Debido a que el arco continuo causa la desintegración del aire, destruye el aislamiento del aire circundante y es propenso a cortocircuitos entre fases.

La generación de Sobretensión de resonancia ferromagnética puede quemar fácilmente el transformador de voltaje y causar daños al pararrayos, e incluso puede hacer 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 de una sola fase, es necesario instalar dispositivos de compensación como bobinas de extinción de arco en el punto neutro del transformador, por lo que es necesario establecer artificialmente un punto neutro para acceder a la bobina de extinción de arco en el punto neutro, reducir la corriente de corte de cortocircuitos a tierra y mejorar la fiabilidad del suministro de energía del sistema.

■ situación actual del uso en el país y en el extranjero

Los transformadores de tierra en nuestro país suelen adoptar el cableado en forma de Z (o cableado tortuoso). para ahorrar inversión y espacio en las subestaciones, generalmente se agrega un tercer devanado al transformador de tierra para reemplazar el transformador utilizado y suministrar energía al equipo utilizado en las subestaciones. De acuerdo con las normas nacionales del reactor de china, los métodos de puesta a tierra de los transformadores de puesta a tierra se pueden dividir en puesta a tierra directa; Está conectado a tierra a través de reactores, resistencias y bobinas de extinción de arco. La puesta a tierra directa aún no se ha utilizado en nuestro país, pero algunos departamentos de investigación eléctrica han comenzado a discutir este aspecto. Los transformadores de puesta a tierra extranjeros suelen adoptar conexiones en forma de Z O Z para sistemas sin tierra de 10 kv, lo que constituye la protección de puesta a tierra de la red de distribución. cuando el sistema falla en tierra, los transformadores de puesta a tierra muestran una alta resistencia a las corrientes de secuencia positiva y negativa, y una baja resistencia a las corrientes de secuencia cero, lo que hace que la protección de puesta a tierra funcione de manera confiable.

■ transformadores de puesta a tierra de tres fases

Este tipo de transformadores de puesta a tierra de tres fases utilizan cableado en forma de Z (o cableado tortuoso), la diferencia con los transformadores ordinarios es que cada bobina de fase se divide en dos grupos para rodear el pilar magnético de la fase en sentido inverso, por lo que la ventaja de esta conexión es que el flujo magnético de secuencia cero del transformador ordinario puede fluir a lo largo del pilar magnético, mientras que el flujo magnético de secuencia cero del transformador ordinario fluye a lo largo del Circuito magnético de fuga, por lo que la resistencia de secuencia cero del transformador de puesta a tierra de tipo Z es muy pequeña (alrededor de 10 omega), mientras que el transformador ordinario es mucho mayor. De acuerdo con las regulaciones, cuando se utiliza un transformador ordinario con una bobina de extinción de arco, su capacidad no debe exceder el 20% de la capacidad del transformador. El transformador en forma de Z puede llevar una bobina de extinción de arco con una capacidad del 90% al 100%, y el transformador de tierra también puede llevar una carga secundaria, además de una bobina de extinción de arco, que puede reemplazar el transformador de estación, ahorrando así costos de inversión.

■ transformadores de puesta a tierra de una sola fase

El transformador de tierra de una sola fase se utiliza principalmente en generadores con puntos neutros y gabinetes de resistencia a tierra de puntos neutros en transformadores satons para reducir el costo y el volumen de los gabinetes de resistencia.

■ características del trabajo

(1) la resistencia de la secuencia cero es baja para garantizar la salida de la corriente de la secuencia cero;

(2) alta resistencia a la excitación para reducir la corriente sin carga;

(3) baja pérdida sin carga para ahorrar consumo de energía en el funcionamiento diario.

■ modo de cableado

Conexión ynyn

Los transformadores de este método de conexión generalmente adoptan un núcleo de hierro de tres fases y tres columnas, y el punto neutro en el lado de alta tensión se puede conectar con la bobina de extinción de arco para lograr la puesta a tierra. Sin embargo, cuando la corriente de secuencia cero de una sola fase a tierra fluye a través del devanado lateral de alta tensión, el potencial magnético de secuencia cero generado no puede equilibrarse con el potencial magnético secundario, y el flujo magnético de secuencia cero de la misma dirección no puede formar un circuito en el núcleo de tres columnas, lo que hace que Una gran cantidad de flujo magnético de secuencia cero solo pueda pasar por el cuerpo del clip, el aceite y el tanque de aceite para formar un circuito cerrado, causando así pérdidas adicionales en el tanque de combustible y el clip, formando así un sobrecalentamiento local, lo que hace que el uso de la capacidad del transformador se vea afectado. Las normas de funcionamiento pertinentes del Departamento de energía eléctrica de China han estipulado las siguientes disposiciones sobre el Estado de trabajo de la bobina de extinción de arco de conexión de punto neutro del transformador de conexión ynyn:

(1) la capacidad de la bobina de extinción de arco no debe exceder el 20% de la capacidad nominal del transformador;

(2) la caída de tensión de secuencia cero generada por la corriente de secuencia cero que fluye a través de la bobina de extinción de arco en el transformador no excederá del 10% de la tensión de fase nominal;

(3) la corriente total de secuencia cero en tres fases que fluye a través de la bobina de extinción de arco no es superior al 60% de la corriente de fase nominal del transformador. Las regulaciones anteriores se determinan principalmente de acuerdo con el sobrecalentamiento local causado por el flujo magnético de secuencia cero que no excede el punto caliente del devanado del transformador.

A partir de lo anterior, se puede ver que la capacidad del transformador de tierra conectado por ynyn está lejos de ser utilizada, y su valor de reactancia de secuencia cero también es grande.

Conexión ynd

El método de conexión entre el transformador de conexión ynd y la bobina de extinción de arco XL se caracteriza por que la conexión triangular en el lado secundario puede proporcionar un canal cerrado de corriente de secuencia cero, por lo que la reactancia de secuencia cero es pequeña. Además, debido a que el potencial magnético de secuencia cero de los devanados primarios y secundarios en cada columna central se equilibra, la fuga magnética de secuencia cero también es menor. Sin embargo, cuando el devanado de conexión yn está en el exterior, la pérdida adicional de secuencia cero causada en el tanque de combustible y otros componentes todavía no se puede evitar por completo. Cuando se conecta con la bobina de extinción de arco, el uso de su capacidad seguirá siendo limitado. Los estudios experimentales extranjeros han demostrado que después de considerar factores como la pérdida adicional, el sobrecalentamiento local, la vida útil del aislamiento y la temperatura máxima del punto caliente del devanado, el modo de trabajo permitido del transformador de tierra conectado ynd es:

(1) cuando se carga completamente por segunda vez en tiempos ordinarios, la capacidad de la bobina de extinción de arco conectada en el lado yn no debe exceder el 50% de la capacidad nominal del transformador;

(2) cuando la carga secundaria habitual es solo del 50% de la capacidad del transformador, la capacidad de la bobina de extinción de arco puede ser igual a la capacidad nominal del transformador.

Aunque el lado secundario de esta conexión puede suministrar electricidad a la carga regional o a la propia subestación, su aplicación estará muy limitada debido a la dificultad de la conexión triangular para suministrar electricidad a los usuarios híbridos de energía e iluminación al mismo tiempo.

YN, La conexión d Abierta está conectada a la bobina de extinción de arco XL similar a la conexión ynd. la conexión d Abierta se puede conectar a una resistencia o reactor en un lado del triángulo abierto para ajustar la reactancia de secuencia cero del transformador. la resistencia de acceso también puede inhibir la resonancia ferromagnética de la red. Si se adopta un núcleo de hierro de cinco columnas en tres fases, también se puede aumentar considerablemente el valor de resistencia de la secuencia cero, e incluso se puede ahorrar la posibilidad de una bobina de extinción de arco, pero la estructura es compleja y el costo aumenta. Además, el uso secundario de nudos triangulares abiertos no puede satisfacer las necesidades de carga y autoconsumo de la zona de suministro de energía, por lo que este método no se utiliza mucho.

Conexión znyn

El método de conexión entre el transformador de conexión zn, yn y la bobina de extinción de arco XL es el método de conexión común del transformador de puesta a tierra. debido a que el potencial magnético de secuencia cero en las dos mitades superiores e inferiores de las bobinas en el mismo pilar del núcleo de hierro del método de unión tortuosa se compensa mutuamente, el flujo magnético de fuga de secuencia cero se reduce a muy pequeño, lo que hace que su reactancia de secuencia cero sea muy pequeña y su capacidad pueda ser igual a la capacidad de la bobina de extinción de arco conectada.

Los transformadores de puesta a tierra ampliamente utilizados en el país y en el extranjero son principalmente este método de conexión. Debido a que el lado de baja tensión adopta el método de Unión yn, se puede suministrar electricidad regional o electricidad propia de la subestación al mismo tiempo. La capacidad del lado de baja presión es a menudo menor que la capacidad del lado de alta presión, en la mayoría de los casos, la capacidad del lado de baja presión 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 extinción de arco conectada, el método de conexión en forma de Z tendrá 1,15 veces más vueltas que el método de conexión en forma de y, por lo que la capacidad real del transformador de puesta a tierra debe ser 1,15 veces la capacidad de la bobina de extinción de arco.

■ principio de funcionamiento

El esquema de funcionamiento del transformador de puesta a tierra cuando se produce una falla de una sola fase en el sistema se ilustra con el cableado znyn comúnmente utilizado. durante el funcionamiento del transformador de puesta a tierra, cuando pasa por un cierto tamaño de corriente de secuencia cero, la corriente que fluye a través de dos devanados de una sola fase en El mismo pilar del núcleo de hierro tiene direcciones opuestas y el tamaño es el mismo, lo que hace que el potencial magnético generado por la corriente de secuencia cero se compense exactamente lo contrario, haciendo que la resistencia de secuencia cero también sea muy pequeña.

Esto permite que el punto neutro fluya a través de la corriente de compensación en caso de avería en el transformador de tierra. Debido a la pequeña resistencia de secuencia cero, cuando pasa la corriente de secuencia cero, la caída de tensión de resistencia 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 resistencia de secuencia cero, cuando se produce una falla de puesta a tierra de una sola fase en la fase c, la corriente de puesta a tierra I de la fase C fluye al punto neutro a través de la tierra y se divide en tres partes iguales al transformador de puesta a tierra. debido a que la corriente de tres fases que fluye al transformador de puesta a tierra es igual, el desplazamiento del punto neutro n no cambia y la tensión de la línea de tres fases se mantiene simétrica.

Sin embargo, durante el proceso de fabricación, el número de vueltas y el tamaño geométrico de los paquetes superior e inferior de los devanados de alta tensión no pueden ser completamente iguales, lo que hace que el potencial magnético generado por la corriente de secuencia cero no pueda compensarse exactamente al revés, o se produce una cierta resistencia de secuencia cero, generalmente alrededor de 6 - 10 omega, y su ventaja es evidente en comparación con la resistencia de secuencia cero 600 Omega de los transformadores conectados en forma de estrella. Además, el transformador de puesta a tierra tortuoso también puede hacer que la corriente sin carga y la pérdida sin carga sean lo más pequeñas posible. En comparación con los transformadores de cableado en forma de estrella ordinarios, debido a que cada núcleo de hierro del transformador de cableado tortuoso está compuesto por devanados de dos pilares de núcleo de hierro, combinado con su mapa vectorial, se puede ver que en comparación con los transformadores de cableado en forma de estrella ordinarios, cuando el voltaje es el mismo, hay que rodearlo 1,16 veces más. Bajo el método de puesta a tierra de resistencia de punto neutro, cuando la red de distribución urbana está conectada a tierra de una sola fase, la amplitud de la resistencia de secuencia cero y la resistencia de secuencia positiva son muy diferentes. Cuando fluye la corriente de secuencia positiva y negativa de tres fases, el potencial magnético en cada pilar del núcleo de hierro del transformador de puesta a tierra es la suma de fase del potencial magnético de dos devanados en el pilar del núcleo de hierro que pertenecen a diferentes fases. El potencial magnético en las tres columnas de núcleo de hierro es un grupo de equilibrios de tres fases, con una diferencia de fase de 120 °, y el flujo magnético producido puede formar un circuito entre sí en las tres columnas de núcleo de hierro, con poca resistencia magnética, gran flujo magnético y gran potencial de inducción, mostrando una gran resistencia de secuencia positiva y negativa; Por lo tanto, el transformador de tierra tiene las características de una gran resistencia de secuencia positiva y negativa y una pequeña resistencia de secuencia cero.

■ principales parámetros técnicos

Con el fin de satisfacer las necesidades de la compensación de puesta a tierra de la bobina de extinción de arco en la red de distribución y, al mismo tiempo, satisfacer las necesidades de la carga de potencia e iluminación de la estación de subestación, es necesario establecer razonablemente los principales parámetros del transformador de puesta a tierra seleccionando el transformador conectado por el cableado Z.

(1) la capacidad lateral primaria del transformador de puesta a tierra de capacidad nominal coincide con la necesidad de coincidir con la capacidad de la bobina de extinción de arco. De acuerdo con las especificaciones de capacidad de las bobinas de extinción de arco existentes, se recomienda establecer la capacidad del transformador de puesta a tierra en 1,05 - 1,15 veces la capacidad de las bobinas de extinción de arco. Por ejemplo, la capacidad del transformador de tierra equipado con una bobina de extinción de arco de 200 kVA es de 215 kva.

(2) la corriente total que fluye a través del punto neutro del transformador cuando la corriente de compensación del punto neutro es una falla de una sola fase:

En la fórmula anterior:

U es el voltaje de la línea de la red de distribución (v); Zx es la resistencia de la bobina de extinción de arco (omega);

Zd es la resistencia primaria de secuencia cero del transformador de tierra (omega / fase);

ZS es la resistencia del sistema (omega);

La duración de la corriente de compensación del punto neutro debe ser la misma que la duración de la bobina de extinción de arco, que se estipula en 2 horas.

(3) la resistencia de secuencia cero la resistencia de secuencia cero es un parámetro importante del transformador de tierra. Para los transformadores de tierra tortuosos (tipo z) sin bobinas secundarias y con conexiones triangulares estrella / abierta, solo hay una resistencia, es decir, resistencia de secuencia cero, para que el Departamento de fabricación pueda cumplir con los requisitos del Departamento de energía.

(4) la pérdida de pérdida es un parámetro de rendimiento importante del transformador de tierra. para el transformador de tierra con bobinas secundarias, su pérdida sin carga puede ser la misma que la del transformador de doble devanado de la misma capacidad. Para la pérdida de carga, cuando el lado secundario está cargado, debido a la carga lateral primaria más ligera, su pérdida de carga es menor que la pérdida de carga del transformador de doble devanado de la misma capacidad que el lado secundario.

(5) el aumento de temperatura se estipula de la siguiente manera de acuerdo con el aumento de temperatura del transformador de tierra de acoplamiento estándar nacional:

1) el aumento de temperatura a la corriente continua nominal debe cumplir con las disposiciones de la norma nacional para transformadores secos de transformadores de Potencia generales, pero se aplica principalmente a transformadores de tierra con carga regular en el lado secundario;

2) cuando la duración de la corriente de carga a corto plazo sea inferior a 10 s (esto ocurre principalmente cuando el punto neutro está conectado a la resistencia), su aumento de temperatura debe cumplir con los límites de aumento de temperatura en las condiciones de cortocircuito a cortocircuito en el transformador de potencia estándar nacional;

3) el aumento de temperatura del transformador de puesta a tierra y la bobina de extinción de arco cuando funcionen juntos debe cumplir con las regulaciones del aumento de temperatura de la bobina de supresión de arco: para la temperatura de devanado que fluye continuamente a través de la corriente nominal, es de 80k, que es principalmente adecuado para transformadores de puesta a tierra conectados triangulares estelares / abiertos; Para los devanados con un tiempo máximo de circulación de corriente nominal especificado en 2h, la temperatura especificada es de 100k.

Esta situación cumple con las condiciones de trabajo de la mayoría de los transformadores de tierra; En el caso de los devanados con un tiempo máximo de circulación prescrito de 30 minutos, la temperatura prescrita es de 120 K. el punto de partida de las disposiciones anteriores se basa en que la temperatura máxima en el punto caliente del devanado en las condiciones más graves no supere los 140 ° C a 160 ° C para garantizar el funcionamiento seguro del aislamiento y no ponga en grave peligro la vida útil del aislamiento.