Трансформатори заземлення

Чому заземлюючі трансформатори потрібні для великих вітряних електростанцій з декількома турбінами

   Коли ми думаємо про вітряні електростанції нам, ймовірно, приходять на думку образи величних веж з величезними лопатями, що обертаються, що перетинають горизонт. Інженери не виняток, оскільки їх основна увага приділяється місцезнаходження, закупівлі, монтажу та підключенню веж, турбін та лопат. Багато людей не знають, що заземлюючий трансформатор часто ігнорується при розробці та монтажі вітряної електростанції, про що свідчить той факт, що 90% заземлюючих трансформаторів для вітряних електростанцій купуються після початку монтажу основної конструкції. Однак ті, хто нехтує належним плануванням заземлення, роблять це на свій страх та ризик. Насправді мільйони збитків можуть бути через дугове замикання на землю, тому питання, пов'язані із заземленням, мають бути першими у списку проблем для будь-кого, хто розробляє вітряну електростанцію.

Навіщо потрібні трансформатори, що заземлюють?

   Простіше кажучи, трансформатор заземлення використовується для забезпечення заземлення або незаземленої зірки, або системи, з'єднаної трикутником. Трансформатори заземлення зазвичай використовуються для:

 -Забезпечення найкоротшого шляху до землі з відносно низьким опором, тим самим підтримуючи нейтраль системи на рівні потенціалу землі або близькому до нього.
 -обмеження величини перехідних перенапруг при повторному замиканні на землю.
 - Джерело струму для замикання на землю.
 -При необхідності, підключення навантажень між фазою та нейтраллю.
   Якщо одиночне замикання на землю відбувається в незаземленій або ізольованій системі, зворотного шляху струму короткого замикання не існує, тому струм не тече. Система продовжить роботу, але на двох інших справних лініях напруга зросте на квадратний корінь із трьох, що призведе до перенапруги ізоляції трансформатора та інших зв'язаних компонентів у системі 173%. Металооксидні варистори (MOV), твердотільні пристрої, що використовуються для придушення стрибків/стрибків напруги (грозозахисні розрядники), особливо чутливі до пошкодження від нагрівання через виток через блоки, навіть якщо підвищення напруги недостатньо для пробою. Трансформатор заземлення забезпечує заземлення для запобігання цьому.

Трансформатори заземлення потрібні для великих вітряних електростанцій з декількома турбінами, де трансформатор підстанції часто є єдиним джерелом заземлення для розподільчої системи. Заземлюючий трансформатор, Розташований на турбінній колоні, забезпечує шлях заземлення на випадок, якщо колона стане ізольованою від заземлення системи.

Коли замикання на землю на колекторному кабелі викликає розмикання автоматичного вимикача підстанції для цього кабелю, гірлянда вітряної турбіни стає ізольованою від джерела заземлення. Турбіни не завжди виявляють цю несправність або той факт, що колона ізольована та не заземлена. В результаті генератори продовжують подавати живлення на колекторний кабель, і напруга між справними кабелями і землею піднімається набагато вище за нормальне значення напруги. В результаті витрати можуть бути приголомшливими.

Згідно з одним джерелом в Iberdrola, світовому лідері в галузі розвитку вітроенергетики, втрата доходу лише для ланцюжка з 10 турбін може перевищити 10 000 доларів на день. З урахуванням демонтажу та заміни вартість обладнання може наблизитись до додаткових 40 000 доларів на трансформатор. Типова конфігурація вітряної електростанції насправді певною мірою аналогічна колесу каретки з кільцем, маточкою та спицями. Зовнішнє кільце колеса схоже на паркан навколо вітряної електростанції, а маточина в центрі - це місце, де розташований колектор, який підключається до мережі. Спиці це радіальні лінії, на яких розташована кожна вітряна турбіна. Зазвичай кожна радіальна колона турбін підключається до заземлюючого трансформатора, як показано на рис. 1.

Замовити розрахунок трансформатора

Правильна конструкція
   Заземлювальні трансформатори зазвичай мають одну з двох конфігурацій: обмотка, з'єднана зигзагом (Zn) (з допоміжною обмоткою або без неї), або обмотка, з'єднана зіркою (Ynd) (зі з'єднаною трикутником вторинною обмоткою, яка може або не може використовуватися для подачі допоміжного живлення ). Обидва варіанти показані на рис.2.схема заземляющего трансформатора

   Поточна тенденція у проектуванні вітряних електростанцій полягає у поєднанні первинної обмотки зіркою з вторинною обмоткою трикутником. Виходячи з нашого досвіду, є кілька причин, з яких 2-обмотувальні заземлюючі трансформатори, з'єднані зіркою, здаються популярнішими, ніж конструкції із зигзагоподібною схемою.

Це включає:

   — Двообмотувальні трансформатори вважаються більш доступними для заміни чи модернізації.
   -Відсутність розуміння зигзагоподібної конфігурації означає, що інженери схильні працювати з більш зрозумілими схемами.
   -Конструкція з двома обмотками, з'єднана зіркою, дозволяє використовувати вторинне навантаження та дозування, у той час як зигзагоподібна конструкція – ні.
   Не всі виробники надають потенційним клієнтам зигзагоподібні варіанти заземлення, навіть ті, для кого така конфігурація може бути найбільш підходящою.
Зигзагоподібна геометрія з'єднання корисна для обмеження циркуляції третьої гармоніки і може використовуватися без з'єднаної трикутником обмотки або без 4- або 5-стрижневої конструкції сердечника, що зазвичай використовується для цієї мети в розподільних та силових трансформаторах. Усунення необхідності у вторинній обмотці може зробити цей варіант менш дорогим та компактним порівняно з аналогічним двообмоточним заземлюючим трансформатором. Крім того, використання зигзагоподібного трансформатора забезпечує заземлення за допомогою пристрою меншого розміру, ніж двообмотувальний трансформатор зірка-трикутник, який забезпечує такий же повний опір нульової послідовності.

З іншого боку, заземлюючі трансформатори, з'єднані зіркою, вимагають або вторинної обмотки, з'єднаної трикутником, або застосування конструкції сердечника з 4 або 5 висновками для забезпечення зворотного потоку для несиметричного навантаження, пов'язаної з цим з'єднанням первинної обмотки. Оскільки часто бажано подавати допоміжне живлення від вторинної обмотки заземлюючого трансформатора, ця перевага може зробити кращим використання двообмоточного трансформатора заземлюючого замість зигзагоподібного з'єднання. Як зигзагоподібні, так і двообмотувальні трансформатори, що заземлюють, можуть бути сконструйовані з можливістю допоміжного живлення - це може бути навантаження, підключене за схемою «зірка» або «трикутник».

Система з глухим заземленням, що використовує трансформатор, що заземлює, пропонує багато поліпшень безпеки в порівнянні з незаземленою системою. Однак одному заземлюючому трансформатору не вистачає струмообмежуючої здатності резистивної системи заземлення. З цієї причини резистори заземлення нейтралі часто використовуються разом із трансформатором заземлення для обмеження величини струму замикання на землю нейтралі. Їх значення в омах повинні бути вказані для забезпечення досить високого протікання струму замикання на землю для забезпечення надійної роботи обладнання релейного захисту, але досить низького для обмеження теплового пошкодження.

Визначення заземлюючого трансформатора

  Вибираючи заземлюючий трансформатор для вітроелектростанції, обов'язково враховуйте наступні ключові параметри:

Первинна напруга - це напруга системи, до якої має бути підключена заземлена обмотка. Не забудьте вказати базовий імпульсний рівень трансформатора (BIL), який вимірює його здатність витримувати удари блискавки. У деяких випадках BIL визначатиметься міркуваннями обладнання, такими як номінальні значення BIL 150 кВ на вітряних електростанціях на 34,5 кВ через обмеження на передні мертві з'єднувачі.

Номінальні кіловольт-ампери (кВА). Оскільки заземлюючий трансформатор зазвичай є пристроєм короткочасної дії, його розмір і вартість менші порівняно з трансформатором, що працює в безперервному режимі, з рівним номіналом кВА. З цієї причини заземлюючі трансформатори часто розраховуються не за кВА, а за номінальними значеннями тривалого та короткочасного струму. Незалежно від того, як ви оцінюєте його, заземлюючий трансформатор повинен мати номінальний струм первинної фази без перевищення його температурної межі. Це навантаження включає струм намагнічування сердечника, струм ємнісної зарядки для кабелів і будь-яке допоміжне навантаження, якщо це застосовується. Чим вище це значення, тим більший і дорожчий трансформатор. Типові значення постійного струму може бути від 5 А до кількох сотень. Обов'язково вкажіть додаткові вимоги щодо навантаження.

Безперервний струм нейтралі - Безперервний струм нейтралі визначається як триразовий фазний струм або, іншими словами, струм нульової послідовності. Зазвичай це вважається рівним нулю, якщо система збалансована. Однак для цілей проектування заземлювального трансформатора це значення, яке, як очікується, тектиме в нейтральному ланцюгу без відключення захисних ланцюгів (що призведе до нульового струму) або струм витоку на землю, який не є симетричною функцією. . Знову ж таки, це значення необхідно для розрахунку теплової потужності заземлюючого трансформатора.

Струм і тривалість пошкодження — це значення необхідне розрахунку короткочасного нагріву, що виникає внаслідок несправності в системі, і його слід визначати на основі інженерного дослідження системи. Типові значення варіюються від кількох сотень ампер до кількох тисяч ампер, у своїй тривалість виявляється у секундах, а чи не в циклах. Наприклад, зазвичай значення 400А протягом 10 секунд. Тривалість пошкодження є критичним параметром розробника трансформатора. Там, де у схемах захисту використовується заземлюючий трансформатор для функцій відключення, вказується відносно короткий час (від 5 до 10 секунд). З іншого боку, якщо заземлюючий трансформатор використовується у схемі сигналізації замикання на землю, буде потрібна постійна або збільшена тривалість струму замикання на землю.

Імпеданс - Повний опір може бути виражений у відсотках або в Омах на фазу. У будь-якому випадку його слід вибирати таким чином, щоб напруги фаз у справному стані під час замикання на землю знаходилися в межах допустимого тимчасового перенапруги трансформатора та пов'язаного з ним обладнання, такого як розрядники та клемні з'єднувачі. Значення, які можуть змінюватись від 2,5% до майже 10%, повинні бути надані розробником системи.

Підключення первинної обмотки - обов'язково вкажіть тип первинної сполуки: зигзагоподібний або заземлений. Перш ніж приймати рішення, розгляньте обговорені раніше чинники, що стосуються ситуацій, котрим конкретна конфігурація може бути найбільш підходящою.

Вторинне з'єднання — вкажіть вторинну напругу та з'єднання, якщо застосовується. Крім того, обов'язково враховуйте розмір допоміжного навантаження, яке підключається для первинних обмоток, з'єднаних зигзагом або зіркою.

Якщо є варіант використання двообмотувального трансформатора без вторинного навантаження, визначте, чи можна «заглибити» обмотку трикутником (тобто не вивести), або лише один ізолятор має бути виведений для заземлення. 

Важливі особливості та опції
На додаток до розглянутих конструктивних характеристик, існує ряд інших міркувань або особливостей, які ви повинні враховувати при створенні заземлюючих трансформаторів вітряної електростанції.

Повідомте постачальника, чи потрібен вам трансформатор для монтажу на підставці із вбудованим захистом від несанкціонованого доступу або у вигляді підстанції.
Подумайте, чи буде заземлюючий трансформатор розміщений на вулиці або у приміщенні. Навіть зовнішні блоки вимагають особливої уваги при розміщенні поруч із іншими конструкціями.
Виберіть відповідний тип рідини для охолодження. Варіанти включають мінеральну олію, силікон та рідину на основі натуральних ефірів. Може сенс зробити повітряне охолодження.
Обдумайте варіанти підключення та виберіть найкращий. Опції варіюються від глухих передніх, відкритих передніх і клемників, що перемикаються. Розташування клем може бути під кришкою або на бічній стінці, відкрито або закрито.
Передбачається, що перевищення температури становить 65°C – за необхідності скоригуйте конструкцію.
Зверніть увагу на висоту ділянки або будь-які особливі екологічні проблеми.
Спеціальна фарба при необхідності.
Резистори заземлення нейтралі — номінальна напруга має дорівнювати напрузі лінії заземлюючого трансформатора на землю. Номінальний струм та тривалість повинні відповідати номінальним характеристикам заземлюючого трансформатора. Не забудьте встановити досить високий номінальний струм, щоб він перевищував струм зарядки кабелю та струм намагнічування трансформатора заземлення.

До списку статей

 

  

Всього коментарів: 0

Залишити коментар

Ваш email не буде опубліковано.

ru_RURU