Įžeminimo transformatorius sukuria neutralų tašką elektros sistemose, kurios jo neturi, pavyzdžiui, delta tinkluose. Tai leidžia saugiai tekėti gedimo srovei, pagerina įtampos stabilumą ir padeda tinkamai veikti apsauginėms relėms. Šiame straipsnyje aiškiuose ir išsamiuose skyriuose paaiškinami jo tipai, įžeminimo režimai, dydis, dizainas, montavimas, privalumai ir kt.
Įžeminimo transformatoriaus apžvalga
Įžeminimo transformatorius, dar vadinamas įžeminimo transformatoriumi, yra įtaisas, naudojamas elektros sistemose, siekiant sukurti ryšį su žeme. Kai kurios elektros sistemos, pavyzdžiui, su delta jungtimis, neturi tiesioginio kelio į žemę. Tai gali būti problema, nes dėl to sunku aptikti gedimus arba išlaikyti pastovią įtampą, kai kažkas negerai. Įžeminimo transformatorius padeda sukurdamas neutralų tašką. Šis neutralus taškas suteikia elektrai saugų kelią tekėti į žemę gedimo metu. Tai taip pat padeda sistemai išlaikyti pusiausvyrą, kai apkrova yra netolygi. Transformatorius atlieka pagrindinį vaidmenį užtikrinant, kad sistema išliktų saugi ir tinkamai veiktų. Tai taip pat padeda apsauginėms priemonėms greitai rasti ir sustabdyti problemas, o tai padeda išvengti pažeidimų ir užtikrina sklandų sistemos veikimą.
Įžeminimo transformatoriaus apvijų tipas
Zigzago apvija
Zigzago apvija kiekvieną fazę padalija į dvi dalis, sujungtas priešingomis kryptimis, kad panaikintų fazių sroves. Ši sąranka sukuria stabilų neutralų tašką, padeda slopinti harmonikas ir nekeičia įtampos lygio. Tai geriausia sistemoms, kurioms reikalingas efektyvus įžeminimas be įtampos transformacijos. Naudojamas pastotėse ir atsinaujinančios energijos įrenginiuose.
Delta-Wye konfigūracija
Šioje konfigūracijoje pirminė pusė yra sujungta delta, o antrinė - įžemintu wye. Tai siūlo paprastą būdą sukurti neutralų sistemose be jo. Konstrukcija yra ekonomiška ir palaiko vidutinį gedimo srovės lygį. Jis naudojamas kaimo ar mažuose elektros tinkluose.
Wye-Wye konfigūracija
Čia tiek pirminės, tiek antrinės apvijos yra sujungtos su žvaigždėmis, o įžeminimas atliekamas antriniame neutraliame taške. Šis metodas tinka tik tuo atveju, jei jau yra neutralus. Tai geriausiai tarnauja kaip pagalbinė arba laikina įžeminimo galimybė atliekant sistemos priežiūrą ar atsargines kopijas.
Įžeminimo transformatoriaus sistemos įžeminimo režimai
Tvirtas įžeminimas
Tvirtas įžeminimas tiesiogiai sujungia įžeminimo transformatoriaus neutralų su žeme. Ši sąranka leidžia tekėti didelei gedimo srovei linijos ir žemės gedimo metu. Jis palaiko greitą gedimų aptikimą ir pašalinimą. Šis metodas yra įprastas mažos varžos sistemose, kur reikalingas greitis, tačiau jis gali sukelti didesnį įrangos įtempimą.
Atsparumo įžeminimas
Pasipriešinimo įžeminimas įdeda rezistorių tarp neutralios ir žemės. Tai apriboja gedimo srovę iki saugesnio lygio, sumažina įrangos pažeidimus ir lanko blyksnio riziką. Šis metodas naudingas sistemose, kuriose saugumui ir stabilumui pirmenybė teikiama kontroliuojamai gedimo energijai.
Reaktyvumo įžeminimas
Reatanso įžeminimui naudojamas induktorius tarp neutralios ir žemės. Jis kontroliuoja didžiausią gedimo srovę ir padeda valdyti trumpalaikius viršįtampius. Nors ir rečiau, jis taikomas sistemose, kurioms reikalinga kontroliuojama varža ir sklandesnis atsakas į gedimus.
Įžeminimo transformatoriaus dydis ir įvertinimai
| Parametras | Aprašymas |
|---|---|
| Nuolatinis kVA reitingas | Skirta normaliai apkrovai, paprastai labai mažai arba nereikšmingai įžeminimo metu. |
| Trumpalaikis kVA reitingas | Apibrėžia transformatoriaus gebėjimą trumpą laiką (paprastai 10 sekundžių) perduoti dideles įžeminimo sroves. |
| Nulinės sekos varža | Nustato varžą, kad būtų galima valdyti įžeminimo srovės dydį ir užtikrinti koordinavimą su apsaugos įtaisais. |
| Neutralus įžeminimo rezistorius | Sumontuotas šis rezistorius riboja gedimo srovę ir sumažina sistemos komponentų šiluminį ir mechaninį įtempimą. |
Įžeminimo transformatoriaus dizainas ir veikimas
• Nulinės sekos varža yra kruopščiai nustatyta, kad būtų galima valdyti įžeminimo srovę ir užtikrinti tinkamą relės koordinavimą.
• Triplen harmonikų slopinimas iš prigimties pasiekiamas zigzago apvijose, kurios panaikina trečiosios harmoninės srovės ir pagerina bangos formos kokybę.
• Šerdies prisotinimo riba turi būti pakankamai didelė, kad būtų galima pašalinti nesubalansuotus gedimus be perkaitimo ar magnetinių iškraipymų.
• Izoliacijos klasė turi atitikti visą fazės ir žemės įtampos lygį, kad būtų užtikrintas dielektrinis saugumas gedimų metu.
• Šiluminės ribos yra skirtos trumpalaikiams gedimams, paprastai nuo 5 iki 10 sekundžių esant visai nulinės sekos srovei.
• Trumpojo jungimo mechaninis stiprumas turi būti pakankamas, kad atlaikytų staigius viršįtampius, kuriems reikalingos tvirtos apvijos atramos, tvirtinimo ir užspaudimo sistemos.
Įžeminimo transformatorių sistemų apsauga ir koordinavimas
Apsaugos nustatymas
KT dedami į neutralią liniją arba į antrinę įžeminimo transformatoriaus apviją. Jie stebi grįžtamąją srovę (I₀) gedimo sąlygomis.
Naudojamų relių tipai
• 50G – momentinė įžeminimo relė, kuri iškart suveikia aptikus staigų žemės srovės padidėjimą.
• 51N - atvirkštinio laiko įžeminimo relė, kuri reaguoja pagal gedimo srovės dydį ir trukmę.
Relės koordinavimo gairės
• Paėmimo nustatymas: relės turi būti nustatytos taip, kad suveiktų numatomame nulinės sekos srovės diapazone, paprastai nuo 100 A iki 400 A, priklausomai nuo sistemos dydžio ir įžeminimo varžos.
• Laiko delsos nustatymai: jie kruopščiai sureguliuoti, kad relės veiktų koordinuotai su prieš srovę arba pasroviui esančiais įrenginiais, išvengiant klaidingų išjungimų ir išlaikant sistemos selektyvumą.
Įžeminimo transformatorių montavimo svarstymai
Išdėstymas
Įžeminimo transformatorius turi būti įrengtas šalia sistemos elektros centro. Ši padėtis padeda tolygiai paskirstyti įžeminimo sroves ir išlaiko minimalų įtampos disbalansą gedimų metu.
Aušinimo tipas
Norint didesnės galios, pirmenybė teikiama alyvoje panardintiems įžeminimo transformatoriams dėl geresnio šilumos išsklaidymo. Sauso tipo įrenginiai tinka patalpose arba ribotoje erdvėje, kur alyvos naudojimas yra ribotas.
Įžeminimo jungtis
Transformatoriaus neutralus turi būti tvirtai sujungtas su pagrindiniu pastotės įžeminimo tinklu. Tai užtikrina mažo pasipriešinimo grįžimo kelią ir palaiko pastovų įžeminimo potencialą visoje sistemoje.
Seisminis ir vibracijos stabilumas
Žemės drebėjimų ar didelės vibracijos aplinkoje transformatorius turi būti pritvirtintas tinkama tvirtinimo įranga. Tai apsaugo nuo judėjimo, nesutapimo ar mechaninio gedimo.
Saugos ženklai
Įžeminimo gnybtams ir aukštos įtampos sritims pažymėti turėtų būti sumontuotos aiškios etiketės ir įspėjamieji ženklai. Tai padeda išvengti atsitiktinio kontakto ir palaiko įprastą tikrinimo saugą.
Stebėjimas ir testavimas
Būtina reguliariai stebėti. Naudokite infraraudonųjų spindulių termografiją, kad patikrintumėte, ar nėra perkaitimo ir įžeminimo tęstinumo testerių, kad įsitikintumėte, jog neutralus ryšys su žeme laikui bėgant išlieka nepažeistas.
Įžeminimo transformatorių pritaikymas
Pastotės
Įžeminimo transformatoriai yra plačiai naudojami elektros pastotėse, kad būtų užtikrintas stabilus neutralus įžeminimo taškas. Jie padeda valdyti įžeminimo gedimus su delta prijungtose ar neįžemintose sistemose ir pagerina bendrą gedimų aptikimą ir apsaugos koordinavimą.
Atsinaujinančios energijos sistemos
Vėjo jėgainėse ir saulės elektrinėse įžeminimo transformatoriai užtikrina tinkamą keitiklių išėjimų ir kolektorių sistemų įžeminimą. Jie leidžia efektyviai nukreipti gedimo srovės kelius ir palaiko įtampos stabilumą nesubalansuotos apkrovos ar gedimo sąlygomis.
Pramonės įmonės
Sunkiosios pramonės objektai dažnai naudoja izoliuotas arba delta sistemas, kuriose įžeminimo transformatoriai suteikia atskaitos įžeminimą. Tai padeda sumažinti prastovas, kurias sukelia įžeminimo gedimai, ir apsaugo jautrią elektros įrangą nuo įtampos šuolių.
Kasybos operacijos
Atokiose kasybos vietose naudojami įžeminimo transformatoriai, kad būtų galima saugiai valdyti gedimų sroves neįžemintose paskirstymo sistemose. Jie taip pat palaiko įrangos įžeminimą ir elektros saugos standartų laikymąsi pavojingoje aplinkoje.
Atviroje jūroje esančios platformos
Atviroje jūroje esančiose naftos ir dujų platformose plūduriuojančioms elektros sistemoms stabilizuoti naudojami įžeminimo transformatoriai. Jie sukuria neutralų tašką apsaugai nuo gedimų kompaktiškuose, jūriniams korpusuose.
Atsarginės ir avarinės sistemos
Atsarginiuose generatoriuose ir budėjimo režimo maitinimo sistemose įžeminimo transformatoriai užtikrina įžeminimą ten, kur šaltinis yra sukonfigūruotas delta. Tai leidžia apsaugoti nuo įžeminimo gedimų net ir izoliuojant nuo pagrindinio tinklo.
Įžeminimo transformatorių naudojimo privalumai
Neutralaus taško kūrimas
Įžeminimo transformatoriai užtikrina stabilų neutralų poveikį sistemose, kuriose jo nėra, pvz., delta prijungtose arba neįžemintose konfigūracijose. Tai leidžia tinkamai įžeminti ir aptikti gedimus.
Apsauga nuo įžeminimo
Jie leidžia įžeminimo gedimams grįžti nustatytu keliu, todėl apsauginės relės gali greitai aptikti ir izoliuoti gedimus. Tai pagerina sistemos saugumą ir patikimumą.
Įtampos stabilizavimas
Esant nesubalansuotoms apkrovos sąlygoms ar gedimams, įžeminimo transformatoriai padeda stabilizuoti linijos ir žemės įtampą, sumažindami įrangos apkrovą ir sumažindami įtampos svyravimus.
Harmoninis slopinimas
Zigzago įžeminimo transformatoriai gali panaikinti nulinės sekos sroves, o tai padeda sumažinti trigubas harmonikas ir pagerinti energijos kokybę jautrioje aplinkoje.
Įrangos apsauga
Ribodami viršįtampius ir saugiai nukreipdami gedimo srovę, įžeminimo transformatoriai padeda apsaugoti kabelius, skirstomuosius įrenginius ir prijungtas apkrovas nuo pažeidimų.
Įžeminimo transformatoriaus gedimai ir trikčių šalinimo patarimai
| Problema | Galima priežastis | Rekomenduojamas veiksmas |
|---|---|---|
| Transformatoriaus perkaitimas | Gedimo trukmė viršija projektines ribas | Patikrinkite apsaugos nuo gedimų laiką ir transformatoriaus vardą |
| Relė neaptinka gedimo | CT poliškumas atvirkštinis arba neteisingas relės nustatymas | Patikrinkite CT laidus ir sureguliuokite relės konfigūraciją |
| Nėra srovės neutralioje padėtyje | Atsilaisvinusi arba nutrūkusi neutrali jungtis su žeme | Patikrinkite įžeminimo kelią, gnybtus ir klijavimo antgalius |
| Dūzgimas ar vibracija | Magnetinio srauto disbalansas | Dar kartą patikrinkite fazinių apvijų jungčių teisingumą |
| Harmoninis šildymas | Trigubos harmonikos ne zigzago apvijoje | Įdiekite harmoninius filtrus arba naudokite zigzago dizainą |
Įžeminimo transformatorius ir kiti įžeminimo būdai
| Metodas | Privalumai | Apribojimai |
|---|---|---|
| Įžeminimo transformatorius | Sukuria neutralų tašką, įgalina apsaugą nuo įžeminimo gedimų, slopina harmonikas (zigzago tipo) | Didesnės įrengimo išlaidos ir vietos poreikis |
| Neutralus įžeminimo rezistorius (NGR) | Sumažina gedimo srovę iki saugaus lygio, sumažina lanko blykstės energiją | Reikalingas fizinis neutralus iš pagrindinio transformatoriaus |
| Reagento įžeminimas | Kontroliuoja didžiausias pereinamąsias sroves, padidina varžą, kad sumažintų gedimo sunkumą | Didelių gabaritų sąranka, mažiau tiksli nustatant įžeminimo gedimus |
| Neįžeminta sistema | Maža kaina, paprasta sąranka be neutralaus taško | Įžeminimo gedimai neaptinkami, trumpalaikio viršįtampio pavojus |
Išvada
Įžeminimo transformatoriai padeda valdyti įžeminimo gedimus, sumažinti įtampos disbalansą ir apsaugoti įrangą sistemose be įmontuoto neutralaus. Tinkamai suprojektavus apviją, įžeminimo metodą ir relės nustatymą, jie užtikrina stabilų ir saugų veikimą. Jų vaidmuo reikalingas daugelyje elektros tinklų, įskaitant pastotes, atsinaujinančius energijos išteklius ir pramonines sistemas.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Ar įžeminimo transformatorius gali nuolat veikti esant apkrovai?
Ne. Jis nėra skirtas nuolatinei apkrovai. Jis perduoda srovę tik gedimų metu ir dažniausiai lieka neapkrautas įprasto veikimo metu.
Ką daryti, jei įžeminimo transformatorius yra per mažas?
Jis gali perkaisti, tinkamai neapriboti gedimo srovės arba sukelti netinkamą relės veikimą įžeminimo gedimų metu.
Ar jis naudojamas aukštos įtampos perdavimo sistemose?
Retai. Įžeminimo transformatoriai daugiausia naudojami vidutinės įtampos sistemose. Aukštos įtampos tinkluose naudojami kiti įžeminimo metodai, pavyzdžiui, reaktoriai.
Ar vietos sąlygos turi įtakos įžeminimo transformatoriaus konstrukcijai?
Taip. Aukštis, drėgmė ir seisminė rizika turi įtakos aušinimo, izoliacijos ir montavimo reikalavimams.
Ar įžeminimo transformatorius galima stebėti nuotoliniu būdu?
Taip. Šiuolaikiniai įrenginiai palaiko temperatūros, neutralios srovės ir žemės tęstinumo jutiklius, kurie jungiasi prie SCADA arba daiktų interneto sistemų.
Ar galite lygiagrečiai prijungti įžeminimo transformatorius?
Ne. Lygiagrečių vengiama dėl cirkuliuojančių srovių ir koordinavimo problemų, nebent jie tinkamai suprojektuoti.