Οδηγός για Zig-Zag Transformers

 

Αυτός ο οδηγός παρέχει μια ολοκληρωμένη επισκόπηση των μετασχηματιστών ζιγκ-ζαγκ-ειδικών-διατάξεων περιελίξεως χρήσης που χρησιμοποιούνται ευρέως για γείωση, αρμονικό μετριασμό, βελτίωση ποιότητας ισχύος και μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος συνεχούς ρεύματος-στα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα. Ο οδηγός καλύπτει τις θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας, τα τεχνικά χαρακτηριστικά, τις εκτιμήσεις σχεδιασμού, τη σύγκριση με εναλλακτικά σχήματα γείωσης και λεπτομερή σενάρια εφαρμογής, συμπεριλαμβανομένων ουδέτερης γείωσης συστήματος, ακύρωσης αρμονικής και ολοκληρωμένων συστημάτων μετατροπής ισχύος. Ο οδηγός περιλαμβάνει επίσης πρακτικά ζητήματα για την επιλογή, το μέγεθος, την προστασία και τη συμμόρφωση με σχετικά πρότυπα όπως το IEEE C57.105 και το IEC 60076.

Τα σύγχρονα τρι-ηλεκτρικά συστήματα λειτουργούν συχνά με δευτερεύοντα μετασχηματιστές συνδεδεμένα με δέλτα-, τα οποία δεν διαθέτουν φυσικό ουδέτερο σημείο για λόγους γείωσης. Γενικότερα, τα μη γειωμένα συστήματα τριών φάσεων-είτε από διαμορφώσεις δέλτα είτε από άλλες πηγές-παρουσιάζουν σημαντικές λειτουργικές προκλήσεις, συμπεριλαμβανομένης της απουσίας καθορισμένης αναφοράς γείωσης, του κινδύνου παροδικών υπερτάσεων κατά τη διάρκεια σφαλμάτων γραμμής-σε-γείωση και δυσκολίες στον εντοπισμό και τον εντοπισμό σφαλμάτων. Ο μετασχηματιστής ζιγκ-ζικ ζαγκ (γνωστός και ως διασυνδεδεμένος{10}}αστέρας ή μετασχηματιστής γείωσης) αναπτύχθηκε για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις.

Ένας μετασχηματιστής ζιγκ ζακ είναι ένας μετασχηματιστής ειδικού-σκοπού με διαμόρφωση περιέλιξης όπου κάθε έξοδος είναι το διανυσματικό άθροισμα δύο φάσεων μετατοπισμένο κατά 120 μοίρες . Κάθε σκέλος μαγνητικού πυρήνα χωρίζεται σε δύο τμήματα περιελίξεως τυλιγμένα σε αντίθετες κατευθύνσεις και τα πηνία διασυνδέονται μεταξύ τους σε διαφορετικές φάσεις για να δημιουργήσουν ένα εφέ ακύρωσης για ισορροπημένα ρεύματα ενώ επιτρέπουν σε ρεύματα μηδενικής-ακολουθίας να ρέουν ελεύθερα μέσω της ουδέτερης σύνδεσης.

Ενώ η ουδέτερη γείωση είναι η πιο προεξέχουσα εφαρμογή, οι μετασχηματιστές ζιγκ{0}}μετασχηματιστές έχουν εξελιχθεί σε μια ευέλικτη πλατφόρμα που εξυπηρετεί πολλαπλές λειτουργίες: παροχή χαμηλής-εμπέδησης διαδρομής για ρεύματα σφάλματος γείωσης-, καταστολή τριπλών αρμονικών, εξισορρόπηση ρευμάτων φορτίου και χρησιμεύει ως αναπόσπαστο στοιχείο {3}συναγωγής ισχύος σε μη ενοποιημένα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος.

 

 

 

Αν και η εσωτερική διάταξη μπορεί να φαίνεται περίπλοκη, η αρχή λειτουργίας διέπεται βασικά από το νόμο του Ampere-η μαγνητική ισορροπία μεταξύ των περιελίξεων στον ίδιο πυρήνα υπαγορεύει ότι το ρεύμα που ρέει σε μια περιέλιξη πρέπει να συνοδεύεται από αντίστοιχο ρεύμα στην άλλη περιέλιξη σε αυτό το άκρο.

2.2 Ανάλυση ροής ρεύματος υπό συνθήκες σφάλματος

Για να εκτιμήσετε πώς ενεργοποιούνται τα ρεύματα μηδενικής-ακολουθίας, σκεφτείτε μια γραμμή-για-βλάβη γείωσης σε μία φάση ενός κατά τα άλλα μη γειωμένου συστήματος. Η διασταυρούμενη-διασύνδεση περιέλιξης δημιουργεί μια αλληλοεξαρτώμενη διαδρομή διάδοσης ρεύματος. Το ρεύμα που ρέει προς τα πάνω από το ουδέτερο σημείο μέσω της κάτω περιέλιξης της φάσης Α διέρχεται από την επάνω περιέλιξη της φάσης C στη σύνδεση του δικτύου. Αυτό προκαλεί ένα αντίστοιχο ρεύμα στο κάτω τύλιγμα της φάσης C, το οποίο με τη σειρά του διαδίδεται στο πλέγμα μέσω της φάσης Β. Η ακολουθία συνεχίζει να περιλαμβάνει και τις τρεις φάσεις. Η κρίσιμη παρατήρηση είναι ότι όλα τα ρεύματα στις επάνω περιελίξεις, στις κάτω περιελίξεις και στη σύνδεση γείωσης βρίσκονται σε φάση μεταξύ τους, προσδιορίζοντάς τα αναμφίβολα ως ρεύματα μηδενικής-ακολουθίας.

Το άθροισμα αυτών των ρευμάτων μηδενικής-ακολουθίας και στις τρεις φάσεις ισούται με το συνολικό ρεύμα σφάλματος γης. Υπό κανονικές συνθήκες ισορροπημένης λειτουργίας, οι τάσεις μετατόπισης φάσης-ακυρώνονται και κυκλοφορεί μόνο ένα μικρό συναρπαστικό ρεύμα. Μόνο κάτω από μη ισορροπημένες συνθήκες-όπως σφάλματα γείωσης ή μη ισορροπημένα φορτία-τα μηδενικά ρεύματα-ακολουθίας μπορούν να ρέουν μέσω του μετασχηματιστή.

2.3 Χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης

Υπό κανονική λειτουργία, ο μετασχηματιστής ζιγκ-ζιγκ ζαγκ παρουσιάζει υψηλή σύνθετη αντίσταση σε θετικά- και αρνητικά- ρεύματα ακολουθίας, καθιστώντας τον ουσιαστικά αόρατο στο ηλεκτρικό σύστημα σε συνθήκες ισορροπίας. Ωστόσο, για ρεύματα μηδενικής-ακολουθίας, ο μετασχηματιστής παρουσιάζει χαμηλή σύνθετη αντίσταση, ουσιαστικά βραχυκύκλωμα-του ουδέτερου στη γείωση για ρεύματα σφάλματος.

Οι βασικές παράμετροι που διέπουν την σύνθετη αντίσταση μηδενικής-ακολουθίας περιλαμβάνουν τον αριθμό στροφών περιέλιξης, τη γεωμετρία του πυρήνα, την επαγωγή διαρροής μεταξύ των δύο μισών κάθε σκέλους και τις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού του πυρήνα. Η ικανότητα του σχεδιασμού του σιδερένιου πυρήνα να περιορίζει τη ροή τριπλών-αρμονικών ροών είναι ένα άλλο μοναδικό πλεονέκτημα που διακρίνει τις διαμορφώσεις ζιγκ-ζαγκ από άλλα σχήματα γείωσης.

2.4 Κρίσιμες απαιτήσεις εγκατάστασης

Μια κατάσταση ανοιχτού κυκλώματος-φάσης-όπως καμένη ασφάλεια ή χαλαρή σύνδεση-διαταράσσει την αλληλεξάρτηση των ρευμάτων περιέλιξης. Με μια φάση αποσυνδεδεμένη, η αλυσίδα διάδοσης του ρεύματος που είναι απαραίτητη για ροή μηδενικής-ακολουθίας διακόπτεται και ο μετασχηματιστής γείωσης δεν μπορεί πλέον να μεταφέρει ρεύμα σφάλματος γείωσης. Επομένως, οι μετασχηματιστές γείωσης πρέπει να είναι σταθερά συνδεδεμένοι τόσο στη γείωση όσο και στο δίκτυο χωρίς ενδιάμεσες μηχανικές συσκευές μεταγωγής που θα μπορούσαν να διακόψουν ακούσια τη συνέχεια.

 

 

 

 

Δύο κύριοι τύποιμετασχηματιστές γείωσηςχρησιμοποιούνται σε συστήματα ισχύος: ο μετασχηματιστής zig-zig zag (διασυνδεδεμένος-star) και οwye-μετασχηματιστής δέλτα. Η επιλογή μεταξύ τους έχει σημαντικό κόστος, το μέγεθος και τις επιδόσεις.

3.1 Διαλογή μεγέθους και ισχύος

Η διάταξη ζιγκ-ζικ ζαγκ προσφέρει σημαντικά υψηλότερη απόδοση από τη διαμόρφωση γειωμένου wye-δέλτα. Σε έναν μετασχηματιστή ζιγκ-ζικ-ζαγκ, κάθε περιέλιξη μεταφέρει λιγότερο από τη γραμμή-στην-τάση γείωσης-κατά συντελεστή- ενεργοποιώντας χαμηλότερη συνολική βαθμολογία ισχύος:. Αντίθετα, απαιτείται ένας γειωμένος μετασχηματιστής δέλτα-για το ίδιο ουδέτερο ρεύμα. Αυτή η ουσιαστική διαφορά κάνει τους μετασχηματιστές ζιγκ-ζιγκ ζαγκ κατά περίπου ένα-ένα τρίτο μικρότερους σε ονομαστική τιμή kVA από τους μετασχηματιστές wye-δέλτα για πανομοιότυπες απαιτήσεις ουδέτερου ρεύματος.

Οι κατασκευαστές αναφέρουν ότι οι μετασχηματιστές ζιγκ{0}}ζικ ζαγκ προσφέρουν χαμηλότερο κόστος και μικρότερο φυσικό αποτύπωμα από τους μετασχηματιστές wye-δέλτα για την ίδια προδιαγραφή σύνθετης αντίστασης μηδενικής-ακολουθίας, καθιστώντας τους την προτιμώμενη επιλογή στις περισσότερες εφαρμογές γείωσης.

3.2 Αρμονική απόδοση

Οι μετασχηματιστές δέλτα Wye-κυκλοφορούν τριπλές αρμονικές (3η, 9η, 15η, κ.λπ.) εντός της περιέλιξης δέλτα, αλλά δεν εξαλείφουν τα ουδέτερα ρεύματα που δημιουργούνται από μη ισορροπημένα φορτία. Οι μετασχηματιστές ζιγκ-αντίθετα, ανακυκλώνουν τρίτα αρμονικά ρεύματα από την ουδέτερη προς την πλευρά του φορτίου, μειώνοντας ενεργά τις αρμονικές στη δευτερεύουσα πλευρά. Αυτός είναι ένας θεμελιωδώς διαφορετικός μηχανισμός από τους μετασχηματιστές δέλτα-wye, όπου οι τριπλές αρμονικές απλώς παγιδεύονται μέσα στον κλειστό βρόχο δέλτα.

3.3 Ονομαστικός χρόνος και θερμικό καθήκον

Και οι δύο τύποι χρησιμεύουν ως συσκευές σύντομου-χρόνου, που συνήθως χαρακτηρίζονται για διάρκεια σφάλματος 10-δευτερόλεπτου ή 1-λεπτού αντί για συνεχή λειτουργία. Το ANSI/IEEE Std. 32-1972 απαιτεί μια συνεχή βαθμολογία 3% για μια μονάδα βαθμολόγησης 10-δευτερόλεπτων, που σημαίνει ότι η βαθμολογία σύντομου χρόνου ισούται περίπου με 33 φορές τη συνεχή βαθμολογία. Μια τράπεζα με αξιολόγηση 1 λεπτού έχει συνεχή τρέχουσα βαθμολογία 7%. Αυτό το χαρακτηριστικό διαλείπουσας λειτουργίας μειώνει το μέγεθος και το κόστος κατασκευής σε σχέση με μετασχηματιστές συνεχούς λειτουργίας ισοδύναμης χωρητικότητας, αν και η προσεκτική θερμική διαχείριση παραμένει απαραίτητη.

 

 

 

 

4.1 Μηδενική-Αλληλουχία αντίστασης

Η σύνθετη αντίσταση μηδενικής-ακολουθίας είναι αναμφισβήτητα η πιο κρίσιμη παράμετρος για το σχεδιασμό μετασχηματιστή ζιγκ-. Καθορίζει τόσο το μέγεθος του ρεύματος σφάλματος γείωσης-και τη ρύθμιση της τάσης υπό μη ισορροπημένες συνθήκες. Η αντίσταση του μετασχηματιστή από μόνη της μπορεί να περιορίσει το ρεύμα σφάλματος στα επιθυμητά επίπεδα. Εναλλακτικά, μια εξωτερική αντίσταση ή αντιδραστήρας που εισάγεται στον ουδέτερο παρέχει πρόσθετη περιοριστική ικανότητα.

4.2 Επαγωγή διαρροής και χωρίς-απώλειες φορτίου

Οι δύο πιο σημαντικές παράμετροι σχεδίασης είναι η μη-απώλεια φορτίου (υστέρηση και απώλειες δινορευμάτων) και η αντίσταση διαρροής. Οι πρόσφατες εξελίξεις στις αναλυτικές μεθόδους και τη μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων επέτρεψαν τον ακριβέστερο υπολογισμό της επαγωγής διαρροής σε μετασχηματιστές ζιγκ-ζαγκ, κάτι που ωφελεί τόσο τους ερευνητές όσο και τους σχεδιαστές μετασχηματιστών στη βελτιστοποίηση αυτού του τύπου. Η αντίδραση διαρροής επηρεάζει την περιοριστική συμπεριφορά-του μετασχηματιστή κατά τη διάρκεια σφαλμάτων και τη συνολική απόδοση ρύθμισης τάσης.

4.3 Σύντομος-Χρόνος και συνεχείς βαθμολογίες

Οι μετασχηματιστές γείωσης λειτουργούν με διακριτό σύντομο-χρόνο και συνεχή ονομασίες. Ένα κύκλωμα με ελάχιστη ανισορροπία φορτίου μπορεί να εξυπηρετηθεί από έναν μετασχηματιστή που χαρακτηρίζεται κυρίως για σφάλματα μικρής-διάρκειας και όχι για συνεχή λειτουργία. Η συνεχής βαθμολογία για μια μονάδα 10-δευτερόλεπτων είναι συνήθως το 3% της βαθμολογίας σύντομου-χρόνου, ενώ για μια μονάδα 1-λεπτού είναι 7%. Παραδείγματα μεγεθών επεξηγούν αυτήν την αρχή: σε ένα σύστημα 12,47 kV που τροφοδοτεί ρεύμα σφάλματος γείωσης 6000 A, ένας μετασχηματιστής ζιγκ-ζαγκ θα απαιτούσε ονομαστική τιμή βραχυχρόνιου χρόνου 24,9 MVA. Αυτή η διακοπτόμενη βαθμολογία αντιστοιχεί σε μια συνεχή βαθμολογία περίπου 0,75 MVA, επιτρέποντας στην τράπεζα να χειρίζεται συνεχώς ουδέτερο ρεύμα 180 A.

 

 

 

5.1 Προκλήσεις προστασίας

Η προστασία δικτύων μέσης-τάσης με μετασχηματιστές γείωσης ζιγκ-ζικ είναι δύσκολη. Η διαφορική μονάδα μετασχηματιστή ενδέχεται να μην έχει ευαισθησία για τον εντοπισμό εσωτερικών σφαλμάτων γείωσης στην πλευρά του δέλτα λόγω του εγγενούς περιορισμού του ρεύματος ζιγκ-σε συνδυασμό με τις επιδράσεις του λόγου του μετασχηματιστή ισχύος και της συνεισφοράς χωρητικού ρεύματος από τους τροφοδότες MV. Μια μονάδα περιορισμένου σφάλματος γείωσης μπορεί να ενισχύσει την ευαισθησία, αν και τα εξωτερικά σφάλματα φάσης-φάσης-γείωσης με κορεσμό ρεύματος μετασχηματιστή απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή.

Οι συμβατικές κατευθυντικές μονάδες σύγκρισης που συγκρίνουν τη γωνία μεταξύ γείωσης και ουδέτερου ρεύματος είναι ακατάλληλες. Αντίθετα, ως αποτελεσματικά υποκατάστατα έχουν προταθεί εξωτερικοί ανιχνευτές σφαλμάτων που επιβλέπουν τις διαφορικές μονάδες μετασχηματιστών. Για ουδέτερη κατευθυντική προστασία, οι συμβατικές μονάδες που συγκρίνουν τις γωνίες φάσης ουδέτερης τάσης και ρεύματος ενεργοποιούν εσφαλμένα τις συνθήκες εμπρός σφάλματος σε υγιείς τροφοδότες. Οι κατευθυντικές μονάδες που βασίζονται σε μηδενικό-μέγεθος σύνθετης αντίστασης ακολουθίας προσφέρουν μια πιο αξιόπιστη λύση.

5.2 Ισχύοντα Πρότυπα

Ο σχεδιασμός, η δοκιμή και η εφαρμογή του μετασχηματιστή ζιγκ{0}}διέπονται από πολλά πρότυπα. Το IEEE C57.105-2019 περιγράφει τις συνδέσεις και τις διαμορφώσεις μετασχηματιστών σε τρι-ηλεκτρικά συστήματα τριών φάσεων, συμπεριλαμβανομένων όλων των συνδυασμών δέλτα και wye, γειωμένου και μη γειωμένου, T{{5}συνδεδεμένου, ζιγκ-ζαγκ και άλλων ειδικών συνδέσεων, που καλύπτουν δύο{{6}περιέλιξη και τον αυτόματο μετασχηματισμό. Άλλα σχετικά πρότυπα περιλαμβάνουν το IEEE C57.32 για συσκευές ουδέτερης γείωσης, το IEC 60076-25 για τις ουδέτερες αντιστάσεις γείωσης και το IS 2026/IS 5553 για τη δοκιμή και τη συμμόρφωση με τις επιδόσεις.

Είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε ότι το IEEE C57.105 γράφτηκε αρχικά για συστήματα διανομής με πρωτεύουσες τάσεις έως 34,5 kV, αν και οι αρχές του επεκτείνονται ευρύτερα.

 

 

 

6.1 Ουδέτερη γείωση συστήματος

Η κύρια και πιο διαδεδομένη εφαρμογή των ζιγκ-μετασχηματιστών ζιγκ-ζαγκ είναι η δημιουργία ενός γειωμένου ουδέτερου για μη γειωμένα συστήματα τριών φάσεων-ιδιαίτερα συνδεδεμένα δέλτα-μετασχηματιστές και μη γειωμένους διαύλους γεννήτριας ή μετατροπέα. Αυτή η εφαρμογή εξυπηρετεί πολλαπλές κρίσιμες λειτουργίες: μείωση της πίεσης υπέρτασης στη μόνωση κατά τη διάρκεια μιας γραμμής-σε-βλάβες γείωσης, παρέχει μια καθορισμένη αναφορά γείωσης για ρελέ προστασίας και επιτρέποντας τη συνεχή λειτουργία σε συνθήκες μη ισορροπίας.

Σε συστήματα φωτοβολταϊκών και κατανεμημένων ενεργειακών πόρων, οι παραδοσιακοί μετατροπείς συχνά στερούνται σταθερής ουδέτερης σύνδεσης, που οδηγεί σε ανισορροπίες τάσης και αναποτελεσματική γείωση. Οι μετασχηματιστές ζιγκ{1}}ζιγκ ζαγκ δημιουργούν μια σταθερή διαδρομή χαμηλής-σύνθετης αντίστασης προς το έδαφος, σταθεροποιώντας το σύστημα υπό συνθήκες σφάλματος. Για δίκτυα μέσης-τάσης με γείωση υψηλής-αντίστασης, ο μετασχηματιστής γείωσης ζιγκ ζαγκ σε συνδυασμό με ουδέτερες αντιστάσεις γείωσης παρέχουν ευαισθησία ανίχνευσης σφαλμάτων χωρίς να απαιτείται άμεση διακοπή-μια διαμόρφωση που προσφέρει ισχυρή προστασία για κρίσιμες βιομηχανικές διεργασίες.

 

Η λειτουργία των μετασχηματιστών Zig Zag:

Αιολικά Πάρκα

• Παρέχει τεχνητό ουδέτερο σημείο για συστήματα συλλογής μέσης-τάσης (π.χ. 35 kV) για να επιτρέψει τη γείωση
• Προσφέρει διαδρομή χαμηλής-σύνθετης αντίστασης για μονή γραμμή-σε-βλάβες γείωσης, περιορίζοντας τις υπερτάσεις
• Καταστέλλει τριπλές αρμονικές (3η, 9η κ.λπ.) από μετατροπείς ανεμογεννητριών
• Μικρότεροι και ελαφρύτεροι από τους μετασχηματιστές γείωσης Δ-Y, ιδανικοί για υπεράκτιους άνεμους

Ηλιακά (ΦΒ) Συστήματα

• Δημιουργεί μια αναφορά γείωσης για την πλευρά AC του μετατροπέα όπου δεν είναι διαθέσιμος ο ουδέτερος
• Μετριάζει την ανισορροπία τριών φάσεων και τις αρμονικές που δημιουργούνται από τον μετατροπέα-
• Βελτιώνει την ικανότητα χαμηλής-τάσης διαδρομής-through (LVRT), αποτρέποντας την αποσύνδεση
• Μπορεί να χρησιμεύσει ως ενσωματωμένος επαγωγέας φίλτρου σε συστήματα αποθήκευσης PV +

Οι ευέλικτες συσκευές διασύνδεσης στα σύγχρονα δίκτυα διανομής έχουν αποδείξει την ελκυστικότητα της γείωσης ζιγκ{0}}μετασχηματιστή ζιγκ-ζαγκ και στις πλευρές μέσης- και χαμηλής-τάσης, ξεπερνώντας τις εναλλακτικές λύσεις γείωσης μεγάλης αντίδρασης και γείωσης μεσαίου σημείου σε ολοκληρωμένες συγκρίσεις απόδοσης.

6.2 Αρμονικός Μετριασμός

Οι μετασχηματιστές ζιγκ{0}}ζικ ζαγκ διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον μετριασμό των προβλημάτων ουδέτερου ρεύματος που προκαλούνται από μη-μη γραμμικά φορτία. Τα συστήματα διανομής καλωδίων τριών-τεσσάρων φάσεων-υπάρχουν όλο και περισσότερο από υπερφόρτωση ουδέτερου αγωγού λόγω του πολλαπλασιασμού των τροφοδοτικών λειτουργίας διακόπτη, των μεταβλητών-μετακινήσεων συχνότητας και άλλων μη-μη γραμμικών ηλεκτρονικών φορτίων. Το συνδεδεμένο δέλτα-πρωτεύον ενός συμβατικού μετασχηματιστή διανομής εξαλείφει μόνο τις τριπλές αρμονικές υπό τέλεια ισορροπημένες συνθήκες φορτίου. Τα μη ισορροπημένα φορτία εξακολουθούν να παράγουν ουδέτερα ρεύματα.

Οι μετασχηματιστές ζιγκ{0}}ζιγκ ζαγκ αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα παρέχοντας μια διαδρομή χαμηλής-σύνθετης αντίστασης για τριπλές αρμονικές διατηρώντας παράλληλα υψηλή σύνθετη αντίσταση για ρεύματα θεμελιωδών συχνοτήτων. Ο στρατηγικός συνδυασμός-ζιγκ-ζαγκ με μετασχηματιστές δέλτα-wye μπορεί να ακυρώσει τόσο την 5η όσο και την 7η αρμονική, επιτυγχάνοντας αποτελεσματικά την απόδοση του συστήματος 12-παλμών. Για μεγαλύτερα συστήματα, πολλοί μικροί μετασχηματιστές ζιγκ-ζαγκ τοποθετημένοι κοντά σε φορτία διατηρούν τα ουδέτερα ρεύματα εντοπισμένα, εξαλείφοντας την ανάγκη για μεγάλους ουδέτερους αγωγούς και βελτιώνοντας τη βασική ισορροπία ρεύματος φορτίου.

6.3 Ενσωματωμένη μετατροπή ισχύος AC-DC

Πέρα από τις παραδοσιακές λειτουργίες ποιότητας ισχύος, οι μετασχηματιστές ζιγκ{0}}ζικ ζαγκ έχουν βρει εφαρμογή σε ενοποιημένα συστήματα μετατροπής εναλλασσόμενου ρεύματος-συνεχούς ρεύματος που συνδυάζουν πηγές ηλεκτρικού δικτύου (AC) και φωτοβολταϊκών (dc). Οι επαγωγές διαρροής περιέλιξης των μετασχηματιστών zig-μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ενσωματωμένες επαγωγικές επαγωγές ενίσχυσης σε ενοποιημένα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος-dc, μειώνοντας τον αριθμό εξαρτημάτων και τον συνολικό όγκο του συστήματος σε σύγκριση με συμβατικά σχέδια με ξεχωριστούς επαγωγείς. Κλασικές προσεγγίσεις με κατάλληλες εκφράσεις επαγωγής διαρροής για περιελίξεις με ορθογώνια γεωμετρία υποστηρίζουν τη μεθοδολογία σχεδιασμού.

Οι προηγμένες εφαρμογές περιλαμβάνουν ανορθωτές τριών σταδίων με ζιγκ-ζαγκ διπλό-χαμηλών στροφών-αρμονικών πολλαπλών-παλμών, όπου η διαμόρφωση μετασχηματιστή ζιγκ-ζαγκ υποστηρίζει διόρθωση συντελεστή ισχύος και αρμονική εξασθένηση σε ηλεκτρονικά συστήματα υψηλής απόδοσης-.

6.4 Εργαστηριακές και Ερευνητικές Εγκαταστάσεις

Οι ερευνητικές εγκαταστάσεις-συμπεριλαμβανομένων των επιταχυντών σωματιδίων και των πειραματικών συστημάτων διανομής ισχύος-έχουν εφαρμόσει μετασχηματιστές zig-ως οικονομικά-αποτελεσματικές λύσεις για τη μείωση των ουδέτερων ρευμάτων που προκαλούνται από μη-γραμμικά ηλεκτρονικά φορτία. Το σχετικά χαμηλό κόστος, η απλότητα, η ευκολία εγκατάστασης σε υπάρχοντα συστήματα διανομής και η δυνατότητα διατήρησης των ουδέτερων ρευμάτων τοπικά καθιστούν τους μετασχηματιστές zig{6}}τους ελκυστικούς σε πειραματικές ρυθμίσεις όπου η ποιότητα ισχύος επηρεάζει άμεσα τη μέτρηση και την απόδοση του εξοπλισμού.

 

 

 

 

7.1 Προσδιορισμός γείωσης-Απαιτήσεις ρεύματος σφάλματος

Το πρώτο βήμα για τον προσδιορισμό του μεγέθους ενός μετασχηματιστή ζιγκ-ζικ ζαγκ είναι ο προσδιορισμός του επιθυμητού επιπέδου ρεύματος σφάλματος γείωσης-. Οι μηχανικοί σχεδιασμού πρέπει να αποφασίσουν εάν θα βασιστούν αποκλειστικά στην εσωτερική σύνθετη αντίσταση μηδενικής-ακολουθίας του μετασχηματιστή για περιορισμό ρεύματος ή θα εισαγάγουν μια εξωτερική αντίσταση. Για συστήματα γείωσης υψηλής αντίστασης, τα ρεύματα σφάλματος συνήθως περιορίζονται στα 5–10 A για συστήματα μέσης{{8}τάσης. Τα συστήματα χαμηλής αντίστασης ενδέχεται να επιτρέπουν ρεύματα σφάλματος 200 A ή περισσότερο.

7.2 Υπολογισμός βαθμολογίας kVA

Για ένα δεδομένο ουδέτερο ρεύμα () και γραμμή συστήματος-σε-τάση γείωσης (), η σύντομη-ονομασία kVA χρόνου για έναν μετασχηματιστή ζιγκ-ζικ είναι:

Πρέπει επίσης να καθοριστεί η συνεχής βαθμολογία. Για μια συσκευή 10-δεύτερων, η συνεχής βαθμολογία ισούται με το 3% της βαθμολογίας σύντομου χρόνου, ενώ μια συσκευή 1 λεπτού απαιτεί 7%.

7.3 Θέματα εφαρμογής

Σε αντίθεση με τους συμβατικούς μετασχηματιστές ισχύος, οι μετασχηματιστές γείωσης είναι συσκευές διακοπτόμενης λειτουργίας-. Η ικανότητά τους να αντέχουν υψηλά ρεύματα σφάλματος για μικρή διάρκεια επιτρέπει σημαντική μείωση του κόστους σε σύγκριση με έναν ισοδύναμο μετασχηματιστή συνεχούς-λειτουργίας. Ωστόσο, οι σχεδιαστές πρέπει να επαληθεύσουν ότι η ικανότητα θερμικής αντοχής ταιριάζει με τον αναμενόμενο χρόνο καθαρισμού των συσκευών προστασίας ανάντη. Οι μετασχηματιστές γείωσης μπορούν να καθοριστούν για σταθερή γείωση ή για χρήση με μια εξωτερική ουδέτερη αντίσταση γείωσης-ο τελευταίος προσφέρει ευελιξία στον έλεγχο του μεγέθους του ρεύματος σφάλματος γείωσης-.

7.4 Εγκατάσταση και θέση σε λειτουργία

Η σωστή εγκατάσταση πεδίου είναι ζωτικής σημασίας για αξιόπιστη λειτουργία. Οι δραστηριότητες πριν από την έναρξη λειτουργίας θα πρέπει να περιλαμβάνουν δοκιμή αντίστασης μόνωσης, επαλήθευση λόγου περιέλιξης και επικύρωση μετατόπισης φάσης. Η ακεραιότητα της ουδέτερης διαδρομής πρέπει να επαληθευτεί διεξοδικά-η διακοπή οποιασδήποτε σύνδεσης φάσης στο δίκτυο μπορεί να καταστήσει τη λειτουργία γείωσης εκτός λειτουργίας. Οι δοκιμές έναρξης λειτουργίας θα πρέπει να επικυρώνουν ότι ο μετασχηματιστής παρουσιάζει χαμηλή σύνθετη αντίσταση μηδενικής-ακολουθίας ενώ διατηρεί υψηλή θετική- και αρνητική-σύνθετη αντίσταση ακολουθίας υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας.

Για λειτουργία 50 Hz ή 60 Hz, τα περιβλήματα πρέπει να πληρούν τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις για εσωτερική ή εξωτερική εγκατάσταση, συνήθως με αεριζόμενα περιβλήματα τύπου 3R για εξωτερική χρήση.

 

 

 

8.1 Ευαισθησία συνέχειας φάσης

Ένας θεμελιώδης περιορισμός των ζιγκ-μετασχηματιστών είναι η εξάρτησή τους και από τις τρεις φάσεις που συνδέονται. Η απουσία μιας μονοφασικής σύνδεσης με το δίκτυο διακόπτει την αλληλοεξαρτώμενη διάδοση του ρεύματος περιέλιξης, εξαλείφοντας τη δυνατότητα διεξαγωγής ρεύματος σφάλματος γείωσης. Αυτή η ευαισθησία επιβάλλει αξιόπιστες συνδέσεις φάσης και τάσσεται κατά της εισαγωγής συσκευών μεταγωγής που θα μπορούσαν κατά λάθος να δημιουργήσουν συνθήκες ανοιχτού-κυκλώματος.

Σε αντίθεση με τις αυτόνομες προστατευτικές συσκευές, οι μετασχηματιστές γείωσης ζιγκ{0}}ζικ ζαγκ πρέπει να παραμένουν σε λειτουργία συνεχώς όσο είναι ενεργή η τριφασική πηγή ισχύος. Εάν χαθεί ο μετασχηματιστής γείωσης, μια μεμονωμένη γραμμή-προς-σφάλμα γείωσης μπορεί να προκαλέσει υψηλές τάσεις φάσης-σε-ουδέτερη σε μη ελαττωματικές φάσεις και οι ανισορροπίες φορτίου μπορεί να οδηγήσουν σε ουδέτερες μετατοπίσεις και υπερτάσεις.

8.2 Κορεσμός υπό έγχυση DC

Στα σύγχρονα συστήματα ισχύος, η έγχυση συνεχούς ρεύματος-είτε από μετατροπείς που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο{{1}, γεωμαγνητικές διαταραχές ή άλλες πηγές-μπορεί να προκαλέσει κορεσμό του πυρήνα του μετασχηματιστή γείωσης. Ο κορεσμός μειώνει την αποτελεσματικότητα του μετασχηματιστή στην παροχή μιας διαδρομής εδάφους χαμηλής-σύνθετης αντίστασης και μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση. Μπορεί να απαιτούνται ειδικές προφυλάξεις κατά το σχεδιασμό ή πρόσθετη παρακολούθηση για συστήματα με σημαντικό περιεχόμενο DC.

8.3 Πολυπλοκότητα ανίχνευσης σφαλμάτων

Οι μηχανικοί προστασίας πρέπει να αναγνωρίσουν ότι τα συμβατικά διαφορικά ρελέ μπορεί να είναι ανεπαρκή για την ανίχνευση σφαλμάτων εσωτερικής γείωσης-με μετασχηματιστές ζιγκ-ζικ. Ενδέχεται να απαιτούνται εξειδικευμένα συστήματα προστασίας-συμπεριλαμβανομένων μονάδων περιορισμένου σφάλματος γης, εξωτερικών ανιχνευτών σφαλμάτων και κατευθυντήριων μονάδων-με βάση το μέγεθος-για ολοκληρωμένη κάλυψη προστασίας.

 

 

 

Οι μετασχηματιστές ζιγκ{0}}ζιγκ ζαγκ είναι κρίσιμα εξαρτήματα ενεργοποίησης για σύγχρονα τρι-ηλεκτρικά συστήματα. Παρέχοντας μια διαδρομή χαμηλής-σύνθετης αντίστασης για ρεύματα μηδενικής-ακολουθίας ενώ παρουσιάζουν υψηλή σύνθετη αντίσταση σε θετική- και αρνητική-στοιχεία ακολουθίας, γεφυρώνουν το χάσμα μεταξύ μη γειωμένων συστημάτων δέλτα/wye και των πλεονεκτημάτων ασφάλειας και λειτουργίας της γειωμένης ουδέτερης λειτουργίας.

Τα βασικά φαγητά περιλαμβάνουν:

• Κατασκευή: Έξι μισά-τυλίγματα διασταυρωμένα{{1}που συνδέονται μεταξύ φάσεων σε έναν πυρήνα τριών-άκρων
• Αρχή λειτουργίας: Η ισορροπία στροφών αμπέρ-επιτρέπει τη μηδενική-ακολουθία ροή ρεύματος ενώ ακυρώνει τα ισορροπημένα ρεύματα
• Κύρια εφαρμογή: Ουδέτερη γείωση για μη γειωμένα τρι-συστήματα (συστήματα τροφοδοσίας δέλτα ή γεννήτριας)
• Πλεονεκτήματα απόδοσης: Υψηλότερη απόδοση και μικρότερο μέγεθος από τους μετασχηματιστές γείωσης wye-δέλτα
• Δευτερεύουσες εφαρμογές: Αρμονικός μετριασμός (ειδικά τριπλές αρμονικές), εξισορρόπηση φορτίου, ενσωματωμένη μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος-dc
• Σχεδιασμοί: Προσαρμογή μεγέθους με βάση αξιολογήσεις σφαλμάτων μικρής-διάρκειας (10 δευτερόλεπτα ή 1 λεπτό), συνεχής χωρητικότητα 3%–7%
• Απαιτήσεις προστασίας: Απαιτούνται εξειδικευμένα συστήματα. η συμβατική διαφορική προστασία μπορεί να είναι ανεπαρκής
• Κρίσιμη εγκατάσταση: Απαραίτητες οι συνδέσεις στερεάς φάσης στο δίκτυο. δεν υπάρχουν συσκευές μεταγωγής στη διαδρομή γείωσης

Η επιλογή μεταξύ ενός μετασχηματιστή γείωσης ζιγκ-ζαγκ και ενός μετασχηματιστή γείωσης Wye-τελικά εξαρτάται από τις συγκεκριμένες απαιτήσεις του συστήματος: ανάγκες περιορισμού ρεύματος σφάλματος, διαθέσιμος προϋπολογισμός και χώρος, απαιτήσεις αρμονικού μετριασμού και επιθυμία για διαθεσιμότητα βοηθητικής ισχύος. Για τις περισσότερες εφαρμογές γείωσης, η ανώτερη απόδοση, το μικρότερο αποτύπωμα και η καλύτερη αρμονική απόδοση του μετασχηματιστή ζιγκ- τον καθιστούν την προτιμώμενη επιλογή για νέες εγκαταστάσεις.