Žemės jungimo transformatoriai: kada nurodyti zigzago tipo įrenginį ir kaip teisingai nustatyti jo nominaliąją srovę

Praeitos pavasario metu ūkio inžinierius iš Ohajo mums išsiuntė el. paštą apie 13,8 kV kontūrą, kuris maitino tris gamybos pastatus. Dvi savaites trukusio fazės–žemės trumpojo jungimo aptikimas buvo labai sudėtingas – apsauginiai relės beveik nieko neaptiko, nes kontūras buvo nežemėjimo sistema be nulinės sekos grandinės, kuria būtų galima grąžinti trumpojo jungimo srovę. Kol rangovas rado sudegusią kabelio sujungimą, jau buvo sugenda du 500 AG variklių valdymo įrenginiai sveikose fazėse. Jis užsakė 15 kV klasės įtampos transformatorius su zigzago apvija. Jo klausimas mums buvo trumpas: „Kokią srovės reikšmę nurodyti pirkimo užsakyme – 10 sekundžių ar nuolatinę?“

Šis klausimas pasitaiko dažniau, nei turėtų, ir būtent čia techniniai reikalavimai tampa netikslūs. Štai ką mes sakome pirkėjams, kai šis klausimas iškyla jų projekte.

 

 

Ką iš tikrųjų daro žemės jungimo transformatorius

Tai nėra paprastas skirstomasis transformatorius. Šio tipo įžeminimo vienetas normaliuoju režimu beveik nešaldo apkrovos. Jo paskirtis – sukurti dirbtinį neutralųjį tašką sistemoje, kurioje jo nėra – dažniausiai delta sujungtoje sistemoje arba žvaigždės (wye) sistemoje, kurios neutraliojo izoliatoriaus negalima naudoti arba jis negali būti tvirtai įžemintas.

Kai neįžemintoje sistemoje įvyksta fazės–žemės trumpoji grandinė, gedimo srovė neturi kur tekėti, išskyrus kabelių ir apvijų pasiskirstytąją talpą, kuri yra maža. Todėl apsauga negali pašalinti gedimo, o sistema toliau veikia su viena faze, esančia žemės potencialu, tuo tarpu sveikosios fazės pakyla iki pilnos linijos–linijoje įtakos – maždaug 1,73 kartų virš įprastos fazės įtampos, o laikinos viršukilės gali atsirasti dėl periodiško lankinio išlydžio. Sveikųjų fazės varikliai ir kabeliai patiria apkrovą, o izoliacijos gedimai įvyksta vėliau – dažnai po kelių savaičių ir toli nuo tikrojo gedimo vietos.

Prisijungus zigzago formos vienetą su įžemintu neutraliu laidu, paveikslas pasikeičia. Apvyniojimas suteikia mažos varžos nulinės sekos kelią, gedimo srovė grįžta per transformatorių, todėl apsaugos įrenginiai galiausiai ją aptinka ir išjungia. Zigzago (tarpusavyje sujungto žvaigždinio) apvyniojime kiekviena fazė praleidžia maždaug vieną trečdalį nulinės sekos gedimo srovės, todėl šie vienetai yra fiziškai maži lyginant su apkrova, kurią jie apsaugo.

 

Zigzago priešprieša žvaigždiniam-deltiniam: kuris apvyniojimas turi būti jūsų techninėje specifikacijoje

Pirkėjai mūsų klausia apie du paplitusius būdus sukurti įtampos transformatorius : zigzago ir žvaigždinį-deltinį.

Palyginimas	Zigzago (tarpusavyje sujungto žvaigždinio) apvyniojimas	Žvaigždinis-deltinis apvyniojimas
Normali apkrovos srovė	Beveik nulinė – tik magnetizuojančioji srovė	Taip pat gali aptarnauti papildomą deltinę apkrovą, jei tai nurodyta
Nulinės sekos impedansas	Žemas, reguliuojamas konstrukcijos pagalba	Žemas, nustatomas vijų geometrija
Fiziniai matmenys	Kompaktiškas, žemiausios kainos	Didesnis, brangesnis
Tipiška paskirtis	Tik žemėjimo funkcija 480 V–34,5 kV sistemose	Žemėjimas kartu su papildomąja arba stoties aprūpinimo apkrova
Dažniausiai naudojami nominalieji rodmenys	400 A 10 s laikui; nuolatinis HRG režimu	Dažnai yra nuolatinių rodmenų

Projektui, kuriam reikia tik neutraliojo taško, žigzag transformatorius beveik visada yra teisingas pasirinkimas – jis mažesnis, pigesnis ir lengviau montuojamas lauko korpuso viduje. Abiejų tipų įrenginius gaminame savo gamykloje, tačiau apytiksliai devynios iš dešimties žemėjimo užsakymų, kurias išsiunčiame, yra žigzag tipo vienetai. Nurodykite „žvaigždė–delta“ tik tada, kai vienetas turi maitinti papildomą apkrovą, pvz., stoties aptarnavimo skydelį delta pusėje.

 

Nuolatinės veiklos prieš trumpalaikę galios charakteristiką: svarbiausias techninės specifikacijos sprendimas

Štai tas sprendimas sukėlė Ohajo inžinieriaus skambutį ir tai – dažniausiai klaidingas sprendimas daugumos pirkėjų.

A įtampos transformatorius kuris veikia su mažos varžos žemėjimo sistema, suprojektuotas trumpalaikiam režimui sistemos neutraliojo žemėjimo rezistorius (NGR) apriboja žemės nuotėkio srovę iki nustatytos reikšmės – dažniausiai 400 A, kartais 200 A arba 600 A – ir apsaugos sistema pašalina gedimą per kelias sekundes. Todėl transformatorius yra įvertintas galėti nešti šią srovę nustatytą laiką, paprastai 10 sekundžių, pagal IEEE C57.32 bandymo procedūras. Trumpalaikio vieneto įvertinimas kaip „nuolatinio“ darbo sąlygomis reiškia nereikalingas išlaidas vario ir šerdies medžiagoms; nuolatinio darbo vieneto įvertinimas kaip „10 sekundžių“ kelia saugos pavojų.

Ant aukštos varžos įžeminimas (HRG) sistemoje srovė sąmoningai apribojama iki maždaug 5 A arba 10 A, o sistema veikia su aktyviu gedimu, kol techninė priežiūra jį lokalizuoja. Šis vienetas turi būti įvertintas nuolatinis , nes jis neša srovę neribotą laiką. Šių dviejų tipų sumaišymas techninėje specifikacijoje yra dažniausia klaida, kurią matome RFQ dokumentuose – pirkėjas rašo „įžeminimo transformatorius, 400 A“ ir pamiršta nurodyti darbo ciklą, todėl gamykla pateikia netinkamą įrenginį.

 

Pirmiausia įžeminkite sistemą: be įžeminimo, tiesioginis įžeminimas, žemos varžos įžeminimas arba HRG

Kol kas niekas negali įvertinti žemės jungimo įrenginio, kol nebus nuspręsta apie sistemos žemės jungimo filosofiją, nes ji nustato srovę, veikimo režimą ir apsaugos schemą.

• Nežemėjamosios sistemos yra leistinos daugelyje pramonės normų – NEC 250.21 straipsnis vis dar leidžia jas – tačiau jos tyliai toleruoja pirmąją gedimo vietą ir padeda sveikai įrangai patirti perdidelį įtampą. Tai konfigūracija, kuri dažniausiai verčia pirkėjus vėliau įdiegti žemės jungimo įrenginį.
• Tvirtai žemėjamosios žvaigždės formos sistemos neturi reikėti žemės jungimo įrenginio, jei neutralusis laidininkas yra prieinamas ir leidžiamas. Žigzago tipo įrenginiai naudojami, kai neutralusis laidininkas neprieinamas arba kai tvirtasis žemėjimas neleidžiamas.
• Žemo pasipriešinimo žemėjamosios sistemos (paprastai 200–800 A, 10 sekundžių veikimo režimas) yra standartinis pasirinkimas vidutinės įtampos pramoninėms skirstomosioms sistemoms. Žigzago tipo įrenginys kartu su NGR užtikrina patikimą gedimo aptikimą su ribotu pažeidimu gedimo vietoje.
• Didelio pasipriešinimo žemėjamosios sistemos (5–10 A, nuolatine veikla) užtikrina gamybos įrenginio veikimą net ir vienos gedimo atveju su įspėjamuoju signalu; tai dažnai naudojama 480 V procesuose, kuriuose negalima leisti netikėto išsijungimo. NEC 250.36 nustato HRG taikymą sistemoms nuo 480 V iki 1000 V.

Šiems reikalavimams parinkti tinkamiausią variantą jūsų įrenginyje reikia remtis žemėjimo praktika, aprašyta IEEE 142 rekomenduojamoje žemėjimo praktikoje pramoninių ir komercinių elektros energijos sistemų atveju , kurią mes visada laikome pagrindine nuoroda, kai klientas paprašo peržvelgti jo sistemos filosofiją.

 

Ką būtinai turi turėti techninės specifikacijos lapas

Kai siunčiate RFQ (prašymą pateikti pasiūlymą) dėl įtampos transformatorius , pilna techninė specifikacija turi atsakyti į šiuos klausimus – o kainavimo inžinierius iš karto pastebi, jei kuris nors iš jų trūksta:

1. Sistemos linijos į liniją įtampa ir dažnis (pvz., 13,8 kV, 60 Hz), taip pat izoliacinės sistemos BIL klasė.
2. Neutraliojo laidininko žemėjimas būdas: mažosios varžos su NGR srove ir laiku (400 A, 10 s) arba HRG nuolatinės veiklos režimu (5 A arba 10 A).
3. Tolyginis ar trumpalaikis naudojimo režimas, aiškiai nurodytas — niekada to neleiskite suprasti iš konteksto.
4. Ar įtrauktas neutraliojo įžeminimo rezistorius ir jo varžos vertė, nes vien tik žigzago jungtis srovės neriboja.
5. Korpusas ir aplinka: viduje, lauke, ant pamato montuojamas arba skirstomosios jėgainės rėme, taip pat temperatūros klasė.
6. Taikoma bandomoji norma — mes gaminame ir bandome pagal IEEE C57.32 normą, kurioje nustatyti reikalavimai, terminologija ir bandomieji metodai neutraliojo įžeminimo įrenginiams, įskaitant temperatūros kilimo ir trumpalaikės srovės bandymus.
7. Delta ar žigzago vijų išdėstymas bei tai, ar įrenginys turi perduoti papildomą apkrovą.

A žigzag transformatorius 15 kV klasės sistemai 400 A srovei 10 sekundžių trukmei skirtas įrenginys yra mažas ir lengvas palyginti su aplinkinių skirstomųjų transformatorių įrenginiais. Tačiau „mažas“ nereiškia paprastas — nulinės sekos impedansas, izoliacijos koordinavimas neutraliojo taške ir trumpalaikis šiluminis atsparumas visi turi būti inžineriškai suprojektuoti, o ne improvizuoti.

 

Kaip Ryan gamina ir bando įžeminimo įrenginius

 

 

Nuo 2023 m. dirbame kaip oficialus Eaton bendradarbiavimo partneris, o ši bendradarbiavimo sąsaja nulemia, kaip elgiamės su specialiais įrenginiais, tokiomis kaip ši – jie praeina tą pačią kontrolės sistemą kaip ir pagrindinėje mūsų platinimo linijoje, o ne kaip papildomas uždavinys. Mūsų 120 000 m² gamybos įmonėje veikia daugiau kaip 180 įrangos komplektų, o žemės jungties transformatoriai palieka gamybos patalpas tik po to, kai yra parengtas gamyklinis bandymų ataskaitos dokumentas, kuriame pateikiami posūkių santykio, izoliacijos varžos, taikytosios ir indukuotos įtampos bandymų rezultatai, o jei įrenginio charakteristikos to reikalauja – taip pat trumpalaikio srovės bandymo rezultatai, kurį stebi mūsų kokybės užtikrinimo komanda.

Viena įprasta praktika bandymų skyriuje: kai kliento užklausa (RFQ) nurodo tik „žemės jungties transformatorių“ be jokių papildomų nurodymų, mes prieš pasiūlymo parengimą visada skambiname. Praėjusiais metais dėl tokio telefono pokalbio buvo aptikta keletas specifikacijų, kurios būtų leidusios išsiųsti nuolatinės apkrovos transformatorių į 10 sekundžių trukmės darbo režimą arba zigzago tipo transformatorių sistemai, kuriai iš tikrųjų reikėjo žvaigždės–delta su papildomąja apkrova. Šie klausimai telefonu užtrunka penkias minutes, bet vėliau išvengia mėnesių trukmės problemų.

 

Pagrindinis pirkėjams skirtas išvadų punktas

Jei jūsų įrenginyje veikia nežemintas vidutinės įtampos tinklas arba delta sistema, kurioje nėra tvirtos neutralės, praktiškas sprendimas yra įtampos transformatorius su žigzago vyniojimu – ji užtikrina nulinės sekos grandinę, apriboja perįtampų apkrovą sveikoje įrangoje ir leidžia relėms galiausiai aptikti žemės gedimus. Pasirinkite vyniojimą priklausomai nuo to, ar reikia papildomos apkrovos galimybės, o eksploatacijos trukmę – priklausomai nuo savo žeminimo būdo: 10 sekundžių reitingai – mažosios varžos sistemoms su NGR ribojimu, nuolatiniai reitingai – HRG sistemoms.

Išsiųskite mums savo sistemos įtampą, žeminimo filosofiją ir gedimo srovės tikslą, ir mes patvirtinsime reitingą prieš jūsų sprendimą. El. paštu rašykite [email protected]arba užsakykite pasiūlymą per kontaktų puslapį – techninių charakteristikų peržiūra nemokama ir tai yra žingsnis, kuris neleidžia nežemintai sistemai tapti neplanuota nutraukimu.

 

Apie autorių

Ryan Electric – transformatorių gamintojas Kinijoje, įkurtas 2007 metais, aptarnaujantis komunalines paslaugas, duomenų centrus ir pramonės klientus Šiaurės Amerikoje, Pietryčių Azijoje ir Vidurio Rytuose. Šį straipsnį parengė mūsų inžinerijos ir turinio komanda, remdamasi gamyklinių bandymų patirtimi ir lauko atsiliepimais apie visame pasaulyje pristatytus transformatorių projektus.