ترانسفورماتور که خود را خنثی می کند: ترانسفورماتور زمین گیر زیگ زاگ

مقدمه (برای همه)

یک سیستم برق سه فاز را به صورت مثلث ترسیم کنید: سه سیم با فاصله 120 درجه از هم، اما بدون سیم خنثی چهارم . اگر یک سیم به طور تصادفی زمین را لمس کند (یک خطای خط به زمین)، هیچ مسیر بازگشت آسانی وجود ندارد، بنابراین جریان خطا بسیار کوچک می ماند و به سختی قابل توجه است. بدتر از آن، دو سیم سالم می توانند به سمت ولتاژ خط به خط کامل حرکت کنند و بی سر و صدا به هر کابل و موتور اتوبوس فشار وارد کنند. ترانسفورماتور زمین زیگزاگ یک ترانسفورماتور هوشمند و تخصصی است که این مشکل را برطرف می کند: بی سر و صدا یک نقطه خنثی مصنوعی ایجاد می کند تا سیستم به طور ایمن زمین شود، خطاها شناسایی شوند و ولتاژها ثابت بماند. برای روشن کردن چراغ‌های شما وجود ندارد - برای محافظت از سیستم وجود دارد.

چگونه کار می کند (اصل و نوع)

نام "زیگ زاگ" از طرح سیم پیچ می آید. بر روی هر یک از سه اندام هسته آهنی دو سیم پیچ قرار دارد و دو سیم پیچ روی یک اندام متعلق به فازهای مختلف هستند که در جهت مخالف هم پیچیده شده اند. در حالت عادی و متعادل، جریان های سه فاز برابر و 120 درجه از هم فاصله دارند، بنابراین اثرات مغناطیسی آنها در داخل هسته لغو می شود. سپس ترانسفورماتور فقط یک جریان مغناطیسی کوچک می کشد و نقطه خنثی به آرامی در نزدیکی پتانسیل زمین قرار می گیرد.

خطای زمین متعادل نیست. این یک مؤلفه توالی صفر ایجاد می کند - جریانی که در هر سه فاز یکسان جریان دارد. این الگو در سیم پیچ زیگزاگ لغو نمی شود. در عوض یک مسیر برگشت با امپدانس کم از طریق خنثی مصنوعی پیدا می کند. بنابراین همان دستگاهی که جریان بار معمولی را نادیده می گیرد، درب کنترل شده ای را برای جریان خطای زمین باز می کند. خنثی مشتق شده معمولاً از طریق یک مقاومت زمینی خنثی (NGR) یا راکتوری که جریان خطا را به مقدار انتخابی و ایمن محدود می کند به زمین متصل می شود.

مثال کاربردی (مهندس)

یک نیروگاه صنعتی را در نظر بگیرید که توسط یک باس ولتاژ متوسط ​​11 کیلوولت متصل به دلتا تغذیه می شود - معمول است زیرا سیستم های دلتا هیچ خنثی ارائه نمی دهند. یک ترانسفورماتور ارتینگ زیگزاگ با مثلاً 400 A NGR روی آن اتوبوس نصب کنید. در عملکرد عادی فقط جریان مغناطیسی را حمل می کند. هنگامی که یک فاز به زمین دچار خطا می شود، جریان توالی صفر از طریق خنثی ترانسفورماتور و NGR باز می گردد و جریان خطای محدود و قابل تشخیصی تولید می کند (به عنوان مثال 400 A برای ~ 10 ثانیه که حفاظت نیاز به قطع شدن دارد). بدون آن، اولین خطای زمین تقریباً نامرئی خواهد بود در حالی که فازهای بدون خطا به سمت خط به خط اضافه ولتاژ می کنند. استانداردهای مربوطه IEC 60076-6 و IEEE C57.32 (دستگاه های زمین خنثی) هستند.

پارامترهای کلیدی و انتخاب (مهندس)

از آنجایی که جریان معمولی بسیار اندک است، این واحدها معمولاً دارای رتبه بندی کوتاه مدت هستند (10 ثانیه، 30 ثانیه یا 60 ثانیه جریان خطای کامل) نه به طور پیوسته - اگرچه برخی از آنها دارای رتبه بار پیوسته کمکی هستند. مشخص کنید: ولتاژ سیستم (معمولاً 3.3-66 کیلو ولت)، جریان خطای زمین مورد نیاز، مدت زمان خطا، روش زمین (جامد / مقاومت / راکتانس) و امپدانس توالی صفر. هشدار: خطاهای مکرر یا عدم پاکسازی می تواند از درجه حرارتی کوتاه مدت فراتر رود و واحد را از بین ببرد.

تصور غلط رایج و واقعیت جالب

تصور اشتباه: "ترانسفورماتور اتصال به زمین فقط یک ترانسفورماتور قدرت کوچک است که می توانید بار را نیز از آن بکشید." در واقع معمولاً هیچ باری را تامین نمی کند - فقط یک مرجع زمینی است. بار واقعی به یک سیم پیچ کمکی با درجه بندی خاص نیاز دارد.

واقعیت جالب: ترانسفورماتور زیگزاگ سیم پیچ اولیه دارد اما سیم پیچ ثانویه ندارد . "خروجی" آن قدرت نیست، بلکه یک نقطه خنثی پایدار است - مسلماً مهمترین ترمینال در کل سیستم.