Leiðbeiningar um Zig-Zag Transformers

 

Þessi handbók veitir yfirgripsmikið yfirlit yfir -sérstök-sérstök vafningsstillingar fyrir sikksakkspenna sem eru mikið notaðar til jarðtengingar, harmónískrar mildunar, aukins aflgæða og AC-jafnstraumsaflsbreytingar í nútíma rafkerfum. Leiðbeiningin fjallar um grundvallarreglur um notkun, tæknilega eiginleika, hönnunarsjónarmið, samanburð við önnur jarðtengingarkerfi og ítarlegar notkunarsviðsmyndir, þar á meðal hlutlaus jarðtenging kerfisins, samhljóða afpöntun og samþætt aflbreytingarkerfi. Í handbókinni eru einnig hagnýt atriði varðandi val, stærð, vernd og samræmi við viðeigandi staðla eins og IEEE C57.105 og IEC 60076.

Nútíma þriggja-fasa rafkerfi starfa oft með delta-tengdum spenni aukabúnaði, sem skortir náttúrulegan hlutlausan punkt fyrir jarðtengingu. Meira að segja ójarðbundin þriggja-fasa kerfi-hvort sem þau eru frá deltastillingum eða öðrum uppruna- bjóða upp á verulegar rekstraráskoranir, þar á meðal skortur á skilgreindri jarðviðmiðun, hættu á tímabundinni yfirspennu við línu-til-jarðbilunar og erfiðleika við bilanagreiningu og staðsetningar. Sikk-sakkspennirinn (einnig þekktur sem samtengdur-stjörnu- eða jarðspennir) var þróaður til að takast á við þessar áskoranir.

Sikk-sakk spennir er sérstakur-nota spennir með vindastillingu þar sem hver útgangur er vektorsumma tveggja fasa sem eru á móti 120 gráður. Hver segulmagnaðir kjarnalimur er skipt í tvo vafningshluta sem eru vafðir í gagnstæðar áttir og spólurnar eru samtengdar yfir mismunandi fasa til að skapa stöðvunaráhrif fyrir jafnvægisstrauma en leyfa núllraðarstraumum að flæða frjálslega í gegnum hlutlausu tenginguna.

Þó að hlutlaus jarðtenging sé mest áberandi forritið, hafa sikk-sakk spennar þróast í fjölhæfan vettvang sem þjónar mörgum aðgerðum: að veita lága-viðnámsleið fyrir-jarðbilunarstrauma, bæla niður þrefalda harmoniku, jafna álagsstrauma og þjóna sem óaðskiljanlegur hluti í samræmdu raforkukerfi{3}.

 

 

 

Þrátt fyrir að innra fyrirkomulagið kunni að virðast flókið, þá er rekstrarreglan í grundvallaratriðum stjórnuð af Ampere-lögmálum-seguljafnvægið yfir vafningar á sama kjarna kveður á um að straumur sem flæðir í annarri vindunni verði að fylgja samsvarandi straumi í hinni vindinum á þeim útlim.

2.2 Núverandi flæðisgreining við bilunarskilyrði

Til að átta sig á því hvernig núll-raðarstraumar eru virkjaðir skaltu íhuga línu-til-jarðbilunar á einum áfanga annars ójarðaðs kerfis. Þver-tengda vindafyrirkomulagið skapar innbyrðis háða straumútbreiðsluleið. Straumur sem flæðir upp frá hlutlausa punktinum í gegnum botnvinduna á fasa A fer í gegnum efstu vinduna á fasa C inn á nettenginguna. Þetta framkallar samsvarandi straum í botnvinda fasa C, sem síðan breiðist út í ristina í gegnum fasa B. Röðin heldur áfram að taka til allra þriggja fasanna. Mikilvæga athugunin er sú að allir straumar í efstu vafningunum, neðstu vafningunum og jarðtengingunni eru í fasi hver við annan, og auðkenna þá ótvírætt sem núll-raðarstrauma.

Summa þessara núllraðar-strauma yfir alla þrenn fasa er jöfn heildar jarðbresti. Við venjulegar jafnvægisskilyrði hætta fasabreyttu spennunni-og aðeins lítill spennandi straumur streymir. Það er aðeins við ójafnvægar aðstæður-eins og jarðtengingar eða ójafnvægi álags-sem núll-raðarstraumar geta flætt í gegnum spenni.

2.3 Viðnámseinkenni

Við venjulega notkun sýnir sikk-sakk spennirinn mikla viðnám fyrir jákvæðum- og neikvæðum-straumum, sem gerir hann í rauninni ósýnilegan rafkerfinu við jafnvægisaðstæður. Fyrir núll-raðarstrauma hefur spennirinn hins vegar lágt viðnám, sem styttir í raun og veru-hlutfallið til jarðar fyrir bilunarstrauma.

Lykilfæribreytur sem stjórna núllviðnám-raðar eru meðal annars snúningsfjöldi vinda, rúmfræði kjarna, innleiðsla leka milli tveggja helminga hvers útlims og segulmagnaðir eiginleikar kjarnaefnisins. Hæfni járnkjarnahönnunarinnar til að takmarka flæði þreföldu-harmónískra flæðis er annar einstakur kostur sem aðgreinir sikk-samstillingar frá öðrum jarðtengingarkerfum.

2.4 Mikilvægar uppsetningarkröfur

Fasa opið-hringrásarástand-eins og öryggi sem hefur sprungið eða laus tenging-truflar innbyrðis háð vindstrauma. Þegar einn fasi er aftengdur rofnar keðjan af straumútbreiðslu sem er nauðsynleg fyrir núll-raðarflæði og jarðspennirinn getur ekki lengur leitt jarðskilstraum. Þess vegna verða jarðspennar að vera tryggilega tengdir við bæði jörð og net án millivirkra vélrænna rofabúnaðar sem gæti óviljandi truflað samfellu.

 

 

 

 

Tvær megingerðir afjarðtengingarspennareru notuð í raforkukerfum: sikk-sakk (samtengd-stjörnu) spennir ogwye-delta spennir. Valið á milli þeirra hefur veruleg áhrif á kostnað, stærð og frammistöðu.

3.1 Stærð og máttur einkunn

Sikk-samsetningin býður upp á töluvert meiri skilvirkni en jarðtengda wye-delta stillingar. Í sikk-sakkaspennu ber hver vinda minna en línu-til-jarðspennu-um stuðli- sem gerir lægri heildarafli kleift:. Aftur á móti þarf jarðtengdur wye-delta spennirfyrir sama hlutlausa strauminn. Þessi verulegi munur gerir sikk-sakkaspenna um það bil einum-þriðjungi lægri í kVA einkunn en wye-delta spennir fyrir sömu kröfur um hlutlausan straum.

Framleiðendur segja frá því að sikk-sakk spennir bjóði upp á lægri kostnað og minni líkamlegt fótspor en wye-delta spennir fyrir sömu núll-viðnámsröð, sem gerir þá að kjörinn val í flestum jarðtengingarforritum.

3.2 Harmónísk flutningur

Wye-delta spennir dreifa þrefaldri harmonikum (3., 9., 15. osfrv.) innan deltavindunnar en útiloka ekki hlutlausa strauma sem myndast af ójafnvægi álags. Sígg-sakk spennir, aftur á móti, endurhringja þriðju harmonic strauma frá hlutlausu aftur til álagshliðar og draga virkan úr harmonikum á aukahliðinni. Þetta er í grundvallaratriðum frábrugðið delta-wye spennubreytum, þar sem þrefaldar harmóníkur eru einfaldlega föst í lokuðu delta lykkjunni.

3.3 Máltími og hitauppstreymi

Báðar tegundir þjóna sem stutt-tíma tæki, venjulega metin fyrir 10-sekúndur eða 1-mínútu bilunartíma frekar en samfellda notkun. ANSI/IEEE Std. 32-1972 krefst samfelldrar einkunnar upp á 3% fyrir 10-sekúndna einingu, sem þýðir að skammtímaeinkunnin jafngildir um það bil 33 sinnum samfelldri einkunn. Banki með 1 mínútu einkunn hefur samfellda núverandi einkunn upp á 7%. Þessi hlévirka eiginleiki dregur úr stærð og framleiðslukostnaði miðað við samfellda spennubreyta með jafngilda afkastagetu, þó að vandlega hitastjórnun sé enn nauðsynleg.

 

 

 

 

4.1 Núll-Raðviðnám

Núll-raðarviðnám er að öllum líkindum mikilvægasta færibreytan fyrir hönnun sikk-sakka spenni. Það ákvarðar bæði jörðu-bilunarstraumstærð og spennustjórnun við ójafnvægi. Spenniviðnámið eitt og sér getur takmarkað bilunarstraum við æskileg stig; að öðrum kosti, ytri viðnám eða reactor sett í hlutlausan veitir frekari takmarkandi getu.

4.2 Lekaframleiðsla og ekkert-álagstap

Tvær mikilvægustu hönnunarfæribreyturnar eru ekkert-álagstap (hysteresis og hringstraumstap) og lekaviðnám. Nýlegar framfarir í greiningaraðferðum og líkangerð með endanlegum þáttum hafa gert nákvæmari útreikninga á lekaspennu í sikksakkspennum kleift, sem gagnast bæði rannsakendum og spennihönnuðum við að hagræða þessari gerð. Lekaviðbragð hefur áhrif á straum-takmarkandi hegðun spennisins við bilanir og heildarvirkni spennustjórnunar hans.

4.3 Stuttur-tími og stöðugar einkunnir

Jarðspennir starfa með áberandi stuttum-tíma og samfelldum einkunnum. Hringrás með lágmarks álagsójafnvægi er hægt að þjóna með spenni sem er aðallega metinn fyrir skammtímabilanir frekar en samfellda notkun. Samfelld einkunn fyrir 10-sekúndna einingu er venjulega 3% af skammtíma-tímaeinkunninni, en fyrir 1-mínútu er hún 7%. Stærðardæmi sýna þessa meginreglu: á 12,47 kV kerfi sem gefur 6000 A jarðstraum-, myndi sikksakkspennir þurfa 24,9 MVA skammtímaeinkunn. Þessi tímabundna einkunn samsvarar samfelldri einkunn upp á um það bil 0,75 MVA, sem gerir bankanum kleift að höndla 180 A af hlutlausum straumi stöðugt.

 

 

 

5.1 Verndaráskoranir

Það er krefjandi að verja meðal-spennukerfi með sikksakk-jöfnunarspennum. Spennimismunaeiningin gæti skortir næmni til að greina innri jarðtengdarbilanir á delta hliðinni vegna eðlislægrar sikk-sakk straumtakmörkunar ásamt áhrifum aflspennihlutfalls og rafrýmds straumframlags frá MV fóðrum. Eining með takmörkuðum jarðbresti getur aukið næmni, þó að ytri fasa-fasa-jarðbilun með straumspennumettun krefjist sérstakrar athygli.

Hefðbundnar stefnusamanburðareiningar sem bera saman hornið milli jarðar og hlutlauss straums henta ekki. Þess í stað hafa ytri bilunarskynjarar sem hafa umsjón með mismunaeiningum spenni verið lagðir til sem virkir staðgengillir. Fyrir hlutlausa stefnuvörn virkja hefðbundnar einingar sem bera saman hlutlausa spennu og straumfasahorn ranglega frambilunarskilyrði á heilbrigðum fóðrum; stefnubundnar einingar byggðar á núll-raðarviðnámsstærð bjóða upp á áreiðanlegri lausn.

5.2 Gildandi staðlar

Hönnun, prófun og notkun sikksakk spenni er stjórnað af mörgum stöðlum. IEEE C57.105-2019 lýsir spennitengingum og stillingum í þriggja-fasa rafkerfum, þar með talið öllum samsetningum af delta og wye, jarðtengdum og ójarðbundnum, T-tengdum, sikksakk og öðrum sérstökum tengingum, sem ná yfir bæði tvo-vinda og sjálfvirka spenni. Aðrir viðeigandi staðlar eru meðal annars IEEE C57.32 fyrir hlutlaus jarðtengingartæki, IEC 60076-25 fyrir hlutlausa jarðtengingu viðnám og IS 2026/IS 5553 fyrir prófun og frammistöðusamræmi.

Það er mikilvægt að viðurkenna að IEEE C57.105 var upphaflega skrifað fyrir dreifikerfi með frumspennu allt að 34,5 kV, þó meginreglur þess ná víðar.

 

 

 

6.1 Kerfishlutlaus jarðtenging

Aðal og útbreiddasta notkun sikk-sakkspenna er að búa til jarðtengda hlutlausa fyrir ójartaða þriggja-fasa kerfi-sérstaklega delta-tengda spennubreyta og ójarðaða rafala eða inverter rútur. Þetta forrit þjónar mörgum mikilvægum aðgerðum: að draga úr ofspennuálagi á einangrun meðan á einni línu-til-jarðbilun stendur, veita skilgreinda jarðviðmiðun fyrir varnarmiðlun og gera stöðuga notkun kleift við ójafnvægi.

Í ljósvaka- og dreifðri orkuauðlindarkerfum skortir hefðbundnar invertera oft trausta hlutlausa tengingu, sem leiðir til spennuójafnvægis og óvirkrar jarðtengingar. Zig-sakk spennir koma á stöðugri, lágri-viðnámsleið til jarðar, sem koma á stöðugleika í kerfinu við bilunaraðstæður. Fyrir miðlungs-spennukerfi með jarðtengingu með mikilli-viðnám, veitir sikksakk jarðtengingarspennir ásamt hlutlausum jarðtengingarviðnámum bilanagreiningarnæmni án þess að þurfa tafarlausa ferð-uppsetningu sem býður upp á öfluga vernd fyrir mikilvæga iðnaðarferla.

 

Virkni Zig Zag spenna:

Vindorkuver

• Veitir gervi hlutlausan punkt fyrir meðal-söfnunarkerfi (td 35 kV) til að virkja jarðtengingu
• Býður upp á lága-viðnámsleið fyrir staka línu-til-jarðbilunar, takmarkar yfirspennu
• Bælir þrefalda harmoniku (3., 9., osfrv.) frá vindmyllumbreytum
• Minni og léttari en Δ-Y jarðtengingarspennar, tilvalið fyrir aflandsvind

Sól (PV) kerfi

• Setur upp jarðtengingu fyrir AC hlið inverter þar sem hlutlaus er ekki tiltækur
• Dregur úr þriggja-fasa ójafnvægi og inverter-mynduðum harmonikum
• Bætir getu-lágspennu-í gegnum (LVRT) og kemur í veg fyrir aftengingu
• Getur þjónað sem samþættur síuspóli í PV+ geymslukerfum

Sveigjanleg samtengingartæki í nútíma dreifikerfi hafa sýnt fram á aðlaðandi sikk-sakk spennujarðingu bæði á meðal- og lág-hlið, sem standa sig betur en stór viðbragðsjarðtenging og miðpunktsjarðtengingu í víðtækum samanburði á frammistöðu.

6.2 Harmónísk mótvægi

Sikk-sakkaspennar gegna mikilvægu hlutverki við að draga úr hlutlausum straumvandamálum sem stafa af ólínulegu álagi. Þriggja-fjögurra-víra dreifikerfi þjást í auknum mæli af hlutlausum leiðara ofhleðslu vegna fjölgunar aflgjafa með rofa-stillingu, breytilegum-tíðnidrifum og öðru ó-línulegu rafrænu álagi. Delta-tengdur frumefni hefðbundins dreifispennis útilokar aðeins þrefalda harmoniku við fullkomlega jafnvægi álagsskilyrða; ójafnvægi mynda enn hlutlausa strauma.

Sikk-sakk spennir takast á við þetta vandamál með því að bjóða upp á lága-viðnámsleið fyrir þrefalda harmoniku á sama tíma og þeir viðhalda háu viðnámi fyrir grunntíðnistrauma. Markviss pörun delta-sikksakks við delta-wye spennubreytur getur hætt við bæði 5. og 7. harmonikku og í raun náð 12-púls kerfisframmistöðu. Fyrir stærri kerfi halda margir litlir sikksakkspennar sem eru staðsettir nálægt álagi hlutlausum straumum staðbundnum, útiloka þörfina fyrir of stóra hlutlausa leiðara og bæta grundvallarálagsstraumjafnvægi.

6.3 Innbyggt AC-jafnstraumsaflbreyting

Fyrir utan hefðbundnar aflgæðaaðgerðir hafa sikk-sakkspennar fundið notkun í sameinuðu AC-jafnstraumsaflumbreytingarkerfum sem sameina net (ac) og ljósvökva (dc) aflgjafa. Hægt er að nota vafningslekaspólur sikk-sakkspenna sem samþættar aukasprautur í sameinuðum straumstraumkerfum, sem dregur úr fjölda íhluta og heildarkerfisrúmmáli samanborið við hefðbundna hönnun með aðskildum spólum. Klassískar nálganir með viðeigandi tjáningu á lekaspennu fyrir vafningar með rétthyrndum rúmfræði styðja hönnunaraðferðina.

Háþróuð forrit fela í sér þriggja-þrepa shunt sikksakk tvöfalt-tapp lágt-harmónískt fjöl-púlsafriðara, þar sem sikksakk spennirinn styður leiðréttingu aflstuðs og harmónískri dempun í há-afköstum rafeindakerfum.

6.4 Rannsóknastofa og rannsóknaraðstaða

Rannsóknaraðstaða-þar á meðal öreindahraðlar og tilraunaafldreifingarkerfi-hafa innleitt sikksakk-spenna sem kostnaðar-hagkvæmar lausnir til að draga úr hlutlausum straumum af völdum ó-línulegs rafeindaálags. Tiltölulega lágur kostnaður, einfaldleiki, auðveld uppsetning á núverandi dreifikerfi og hæfileikinn til að halda hlutlausum straumum staðbundnum gera sikksakkspenna aðlaðandi í tilraunaaðstæðum þar sem rafmagnsgæði hafa bein áhrif á mælingar og afköst búnaðar.

 

 

 

 

7.1 Ákvörðun jarðvegs-Kröfur um bilunarstraum

Fyrsta skrefið í stærð sikksakkspenni- er að ákvarða æskilegt-jarðbilunarstraumsstig. Hönnunarfræðingar verða að ákveða hvort þeir eigi eingöngu að treysta á innri núll-viðnám spennisins fyrir straumtakmörkun eða setja inn ytri viðnám. Fyrir há-jarðtengingarkerfi eru bilunarstraumar venjulega takmarkaðir við 5–10 A fyrir meðal-spennukerfi. Lágt-viðnámskerfi geta leyft bilunarstrauma sem eru 200 A eða meira.

7.2 Útreikningur á kVA einkunn

Fyrir tiltekinn hlutlausan straum () og kerfislínu-til-jarðspennu (), stutta-tíma kVA einkunnin fyrir sikk-sakk spenni er:

Einnig þarf að tilgreina samfellda einkunn. Fyrir 10-sekúndna tæki jafngildir samfellda einkunnin 3% af skammtímaeinkunninni, en 1 mínútu tæki þarf 7%.

7.3 Umsóknarsjónarmið

Ólíkt hefðbundnum aflspennum eru jarðtengdar spennar tímabundin-skyldutæki. Hæfni þeirra til að standast mikla bilunarstrauma í stuttan tíma gerir verulegan kostnaðarlækkun samanborið við samfelldan-spennubreyti með jafngildum einkunn. Hins vegar verða hönnuðir að ganga úr skugga um að hitaþolsgetan samsvari væntanlegum hreinsunartíma andstreymisvarnarbúnaðar. Jarðspennar geta verið tilgreindir fyrir trausta jarðtengingu eða til notkunar með ytri hlutlausri jarðtengingu-síðarnefndu sem býður upp á sveigjanleika við að stjórna jarðtengingu-bilunarstærð.

7.4 Uppsetning og gangsetning

Rétt uppsetning á vettvangi er mikilvæg fyrir áreiðanlega notkun. Aðgerðir fyrir-gangsetningu ættu að fela í sér prófun á einangrunarviðnám, sannprófun á vindahlutfalli og staðfestingu á fasa-tilfærslu. Staðfesta verður rækilega hlutlausan brautarheilleika-truflun á hvaða fasatengingu sem er við netið getur gert jarðtengingaraðgerðina óvirka. Prófanir í gangsetningu ættu að sannreyna að spennirinn sýnir lága núll-raðarviðnám á meðan viðheldur háu jákvæðu- og neikvæðu-viðnámsröðinni við venjulegar rekstraraðstæður.

Fyrir 50 Hz eða 60 Hz notkun verða girðingar að uppfylla umhverfiskröfur fyrir uppsetningu innanhúss eða utan, venjulega með loftræstum gerð 3R girðingum til notkunar utandyra.

 

 

 

8.1 Fasa samfellunæmi

Grundvallartakmörkun sikk-sakkspenna er háð því að allir þrír fasarnir séu tengdir. Skortur á einfasa tengingu við netið brýtur innbyrðis háða vindstraumsútbreiðslu og útilokar getu til að leiða jarðskilstraum. Þessi næmni krefst áreiðanlegra fasatenginga og mælir gegn því að setja inn skiptibúnað sem gæti óvart skapað opnar-rásaraðstæður.

Ólíkt sjálfstæðum hlífðartækjum verða sikksakk-jarðspennar að vera stöðugt í notkun á meðan þriggja-aflgjafinn er virkur. Ef jarðtengingarspennir tapast getur ein lína-til-jarðbilun valdið mikilli-til-hlutlausri spennu á óbiluðum fasum og ójafnvægi álags getur leitt til hlutlausra hliðra og yfirspennu.

8.2 Mettun undir DC inndælingu

Í nútíma raforkukerfum getur innspýting jafnstraums-hvort sem það er frá net-tengdum straumbreytum, jarðsegultruflunum eða öðrum uppsprettum- valdið mettun á jarðtengdum spennikjarna. Mettun dregur úr skilvirkni spennisins við að veita lágt-viðnám jarðvegs og getur leitt til ofhitnunar. Sérstakar varúðarráðstafanir við hönnun eða viðbótareftirlit kann að vera nauðsynleg fyrir kerfi með umtalsvert DC innihald.

8.3 Bilanagreiningarflækjustig

Verndarverkfræðingar verða að gera sér grein fyrir því að hefðbundin mismunadrif geta verið ófullnægjandi fyrir innri jarðtengingu-bilunargreiningu með sikk-sakkspennum. Sérhæfð verndarkerfi-þar á meðal takmarkaðar jarðbrestieiningar, ytri bilunarskynjarar og stærðar-stefnueiningar- gætu verið nauðsynlegar fyrir alhliða verndarvernd.

 

 

 

Sikk-sakkaspennar eru mikilvægir íhlutir fyrir nútíma þriggja-fasa rafkerfi. Með því að bjóða upp á lága-viðnámsleið fyrir núll-raðarstrauma á sama tíma og jákvæða- og neikvæða-viðnámsþáttur eru háir, brúa þeir bilið milli ójarðaðs delta/wye kerfis og öryggis- og rekstrarávinnings af jarðtengdri hlutlausri notkun.

Helstu veitingar eru:

• Framkvæmdir: Sex hálfir-vindar krossa-tengdar á milli fasa á þriggja-útlimum kjarna
• Starfsregla: Amper-snúningsjafnvægi gerir núll-straumflæði kleift á sama tíma og jafnvægisstraumar eru hætt
• Aðalumsókn: Hlutlaus jarðtenging fyrir ójarðað þriggja-fasa kerfi (delta-fóðrað eða rafalakerfi)
• Kostir frammistöðu: Meiri skilvirkni og minni stærð en wye-delta jarðtengingarspennar
• Auka umsóknir: Harmónísk mótun (sérstaklega þreföldun harmonika), álagsjafnvægi, samþætt AC-dc umbreyting
• Hönnunarsjónarmið: Stærð byggt á-tíma bilunareinkunnum (10 sek eða 1 mín), samfelld 3%–7% getu
• Kröfur um vernd: Sérhæfð kerfi krafist; hefðbundin mismunavörn gæti verið ófullnægjandi
• Gagnrýnin uppsetning: Fastfasa tengingar við net nauðsynlegar; engin skiptitæki í jarðtengingarleið

Valið á milli sikk-sakka og wye-delta jarðtengdra spennu fer að lokum eftir sérstökum kröfum kerfisins: þarfir vegna takmarkana á bilunarstraumi, tiltækt kostnaðarhámark og pláss, kröfur um mótvægisvægi og löngun til að fá aukaafl. Fyrir flest jarðtengingarforrit gerir sikk-sakk spennirinn yfirburða skilvirkni, minna fótspor og betri samhljóða afköst það að valinn valkostur fyrir nýjar uppsetningar.