Трансформаторы заземления

Почему заземляющие трансформаторы необходимы для больших ветряных электростанций с несколькими турбинами

   Когда мы думаем о ветряных электростанциях  нам, вероятно, приходят на ум образы величественных башен с огромными вращающимися лопастями, пересекающими горизонт. Инженеры не исключение, поскольку их основное внимание уделяется местоположению, закупке, монтажу и подключению башен, турбин и лопастей. Многие люди не знают, что заземляющий трансформатор часто игнорируется при разработке и монтаже ветряной электростанции, о чем свидетельствует тот факт, что 90% заземляющих трансформаторов для ветряных электростанций приобретаются после начала монтажа основной конструкции. Однако те, кто пренебрегает надлежащим планированием заземления,  делают это на свой страх и риск. В действительности, миллионы долларов убытков могут быть  из-за дугового замыкания на землю, поэтому вопросы, связанные с заземлением, должны быть первыми в списке проблем для любого, кто разрабатывает ветряную электростанцию.

Зачем нужны заземляющие трансформаторы?
   Проще говоря, заземляющий трансформатор используется для обеспечения заземления либо незаземленной звезды, либо системы, соединенной треугольником. Трансформаторы заземления обычно используются для:

-Обеспечение кратчайшего пути  к земле с относительно низким сопротивлением, тем самым поддерживая нейтраль системы на уровне потенциала земли или близком к нему.
 -Ограничение величины переходных перенапряжений при повторном замыкании на землю.
 — Источник тока для  замыкания  на землю.
 -При необходимости,  подключение нагрузок между фазой и нейтралью.
   Если одиночное замыкание на землю происходит в незаземленной или изолированной системе, обратного пути для тока короткого замыкания не существует, поэтому ток не течет. Система продолжит работу, но на двух других исправных линиях напряжение возрастет на квадратный корень из трех, что приведет к перенапряжению изоляции трансформатора и других связанных компонентов в системе на 173%. Металлооксидные варисторы (MOV), твердотельные устройства, используемые для подавления скачков / скачков напряжения (грозозащитные разрядники), особенно чувствительны к повреждению от нагрева из-за утечки через блоки, даже если повышения напряжения недостаточно для пробоя. Трансформатор заземления обеспечивает заземление для предотвращения этого.

Трансформаторы заземления необходимы для больших ветряных электростанций с несколькими турбинами, где трансформатор подстанции часто является единственным источником заземления для распределительной системы. Заземляющий трансформатор, размещенный на турбинной колонне, обеспечивает путь заземления на случай, если колонна станет изолированной от заземления системы.

Когда замыкание на землю на коллекторном кабеле вызывает размыкание автоматического выключателя подстанции для этого кабеля, гирлянда ветряной турбины становится изолированной от источника заземления. Турбины не всегда обнаруживают эту неисправность или тот факт, что колонна изолирована и не заземлена. В результате генераторы продолжают подавать питание на коллекторный кабель, и напряжение между исправными кабелями и землей поднимается намного выше нормального значения напряжения. В результате затраты могут быть ошеломляющими.

Согласно одному источнику в Iberdrola, мировом лидере в области развития ветроэнергетики, потеря дохода только для цепочки из 10 турбин может превысить 10 000 долларов в день. С учетом демонтажа и замены стоимость оборудования может приблизиться к дополнительным 40 000 долларов на трансформатор. Типичная конфигурация ветряной электростанции на самом деле в некоторой степени аналогична колесу каретки с кольцом, ступицей и спицами. Наружное кольцо колеса похоже на забор вокруг ветряной электростанции, а ступица в центре — это место, где расположен коллектор, который подключается к сети. Спицы — это радиальные линии, на которых расположена каждая ветряная турбина. Обычно каждая радиальная колонна турбин подключается к заземляющему трансформатору, как показано на рис. 1.

Заказать  расчет трансформатора

Правильная конструкция
   Заземляющие трансформаторы обычно имеют одну из двух конфигураций: обмотка, соединенная зигзагом (Zn) (со вспомогательной обмоткой или без нее), или обмотка, соединенная звездой (Ynd) (с соединенной треугольником вторичной обмоткой, которая может или не может использоваться для подачи вспомогательного питания). Оба варианта показаны на рис.2.схема заземляющего трансформатора

   Текущая тенденция в проектировании ветряных электростанций заключается в соединении первичной обмотки звездой с вторичной обмоткой треугольником. Исходя из нашего опыта, есть несколько причин, по которым 2-обмоточные заземляющие трансформаторы, соединенные звездой, кажутся более популярными, чем конструкции с зигзагообразной схемой.

Это включает:

   — Двухобмоточные трансформаторы считаются более доступными для замены или модернизации.
   -Отсутствие понимания зигзагообразной конфигурации, означает, что инженеры склонны работать с более понятными схемами.
   -Конструкция с двумя обмотками, соединенная звездой, позволяет использовать вторичную нагрузку и дозирование, в то время как зигзагообразная конструкция — нет.
   Не все производители предоставляют потенциальным клиентам зигзагообразные варианты заземления, даже те, для кого такая конфигурация может быть наиболее подходящей.
Зигзагообразная геометрия соединения полезна для ограничения циркуляции третьей гармоники и может использоваться без соединенной треугольником обмотки или без 4- или 5-стержневой конструкции сердечника, обычно используемой для этой цели в распределительных и силовых трансформаторах. Устранение необходимости во вторичной обмотке может сделать этот вариант менее дорогим и компактным по сравнению с аналогичным двухобмоточным заземляющим трансформатором. Кроме того, использование зигзагообразного трансформатора обеспечивает заземление с помощью устройства меньшего размера, чем двухобмоточный трансформатор звезда-треугольник, который обеспечивает такое же полное сопротивление нулевой последовательности.

С другой стороны, заземляющие трансформаторы, соединенные звездой, требуют либо вторичной обмотки, соединенной треугольником, либо применения конструкции сердечника с 4 или 5 выводами для обеспечения пути обратного потока для несимметричной нагрузки, связанной с этим соединением первичной обмотки. Поскольку часто желательно подавать вспомогательное питание от вторичной обмотки заземляющего трансформатора, это преимущество может сделать предпочтительным использование двухобмоточного заземляющего трансформатора вместо зигзагообразного соединения. Как зигзагообразные, так и двухобмоточные заземляющие трансформаторы могут быть сконструированы с возможностью вспомогательного питания — это может быть нагрузка, подключенная по схеме «звезда» или «треугольник».

Система с глухим заземлением, использующая заземляющий трансформатор, предлагает много улучшений безопасности по сравнению с незаземленной системой. Однако одному заземляющему трансформатору не хватает токоограничивающей способности резистивной системы заземления. По этой причине резисторы заземления нейтрали часто используются вместе с трансформатором заземления для ограничения величины тока замыкания на землю нейтрали. Их значения в омах должны быть указаны для обеспечения достаточно высокого протекания тока замыкания на землю для обеспечения надежной работы оборудования релейной защиты, но достаточно низкого для ограничения теплового повреждения.

Определение заземляющего трансформатора
  Выбирая заземляющий трансформатор для своей ветроэлектростанции, обязательно учитывайте следующие ключевые параметры:

Первичное напряжение — это напряжение системы, к которому должна быть подключена заземленная обмотка. Не забудьте указать базовый импульсный уровень трансформатора (BIL), который измеряет его способность выдерживать удары молнии. В некоторых случаях BIL будет определяться соображениями оборудования, такими как номинальные значения BIL 150 кВ на ветряных электростанциях на 34,5 кВ из-за ограничения на мертвые передние соединители.

Номинальные киловольт-амперы (кВА). Поскольку заземляющий трансформатор обычно является устройством кратковременного действия, его размер и стоимость меньше по сравнению с трансформатором, работающим в непрерывном режиме, с равным номиналом кВА. По этой причине заземляющие трансформаторы часто рассчитываются не по кВА, а по номинальным значениям постоянного и кратковременного тока. Независимо от того, как вы его оцениваете, заземляющий трансформатор должен иметь номинальный постоянный ток первичной фазы без превышения его температурного предела. Эта нагрузка включает ток намагничивания сердечника, ток емкостной зарядки для кабелей и любую вспомогательную нагрузку, если применимо. Чем выше это значение, тем больше и дороже трансформатор. Типичные значения постоянного тока могут быть от 5 А до нескольких сотен. Обязательно укажите дополнительные требования к загрузке.

Непрерывный ток нейтрали — Непрерывный ток нейтрали определяется как трехкратный фазный ток или, другими словами, ток нулевой последовательности. Обычно это считается равным нулю, если система сбалансирована. Однако для целей проектирования заземляющего трансформатора это значение, которое, как ожидается, будет течь в нейтральной цепи без отключения защитных цепей (что приведет к нулевому току) или ток утечки на землю, который не является симметричной функцией. . Опять же, это значение необходимо для расчета тепловой мощности заземляющего трансформатора.

Ток и продолжительность повреждения — это значение необходимо для расчета кратковременного нагрева, возникающего в результате неисправности в системе, и его следует определять на основе инженерного исследования системы. Типичные значения варьируются от нескольких сотен ампер до нескольких тысяч ампер, при этом продолжительность выражается в секундах, а не в циклах. Например, обычно значение 400А в течение 10 секунд. Продолжительность повреждения является критическим параметром для разработчика трансформатора. Там, где в схемах защиты используется заземляющий трансформатор для функций отключения, указывается относительно короткое время (от 5 до 10 секунд). С другой стороны, если заземляющий трансформатор используется в схеме сигнализации замыкания на землю, потребуется постоянная или увеличенная продолжительность тока замыкания на землю.

Импеданс — полное сопротивление может быть выражено в процентах или в омах на фазу. В любом случае его следует выбирать таким образом, чтобы напряжения фаз в исправном состоянии во время замыкания на землю находились в пределах допустимого временного перенапряжения трансформатора и связанного с ним оборудования, такого как разрядники и клеммные соединители. Значения, которые могут варьироваться от 2,5% до почти 10%, должны быть предоставлены разработчиком системы.

Подключение первичной обмотки — обязательно укажите тип первичного соединения: зигзагообразный или заземленный. Прежде чем принимать решение, рассмотрите обсужденные ранее факторы, касающиеся ситуаций, для которых конкретная конфигурация может быть наиболее подходящей.

Вторичное соединение — укажите вторичное напряжение и соединение, если применимо. Кроме того, обязательно учитывайте размер вспомогательной нагрузки, подключаемой для первичных обмоток, соединенных Zn или звездой.

Если имеется вариант использования двухобмоточного трансформатора без вторичной нагрузки, определите, можно ли «заглубить» дельта-обмотку (то есть не вывести), или только один изолятор должен быть выведен для заземления в резервуар или тестирование. 

Важные особенности и опции
В дополнение к рассмотренным конструктивным характеристикам существует ряд других соображений или особенностей, которые вы должны учитывать при создании заземляющих трансформаторов ветряной электростанции.

Сообщите поставщику, нужен ли вам трансформатор для монтажа на подставке с встроенной защитой от несанкционированного доступа или конструкция подстанции.
Подумайте, будет ли заземляющий трансформатор размещен на улице или в помещении. Даже наружные блоки требуют особого внимания при размещении рядом с другими конструкциями.
Выберите подходящий тип жидкости для конкретного применения. Варианты включают минеральное масло, силикон и жидкость на основе натуральных эфиров.
Обдумайте варианты подключения и выберите лучший для сайта. Опции варьируются от глухих передних, живых передних и лопаточных терминалов. Расположение клемм может быть под крышкой или на боковой стенке, открыто или закрыто.
Предполагается, что превышение температуры составляет 65 ° C — при необходимости скорректируйте конструкцию.
Примите во внимание высоту участка или любые особые экологические проблемы.
Специальная краска по мере необходимости.
Резисторы заземления нейтрали — Номинальное напряжение NGR должно быть равно напряжению линии заземляющего трансформатора на землю. Номинальный ток и продолжительность должны соответствовать номинальным характеристикам заземляющего трансформатора. Не забудьте установить достаточно высокий номинальный ток, чтобы он превышал ток зарядки кабеля и ток намагничивания заземляющего трансформатора.

 

  

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

ru_RURU