Jiangshan Scotech Elektryczne Co., Ltd
Przegląd transformatora uziemiającego
Oct 13, 2025
Zostaw wiadomość
Transformator uziemiający, znany również jako transformator uziemiający, to rodzaj transformatora pomocniczego stosowanego w trójfazowych systemach elektroenergetycznych -. Zwykle stosuje się je w systemach zasilania bez naturalnego punktu neutralnego w celu zapewnienia sztucznego połączenia neutralnego do uziemienia, bezpośrednio lub poprzez impedancję, taką jak dławik tłumiący łuk, rezystor lub dławik ograniczający prąd. Podczas zwarć doziemnych linii od - do - zapewnia ścieżkę o niskiej impedancji - dla prądów zwarciowych o zerowej sekwencji - (jednocześnie zapewniając wysoką impedancję dla prądów o składowej zgodnej i przeciwnej), ograniczając prądy zwarciowe i przejściowe przepięcia, aby zapewnić niezawodne działanie systemu ochrony uziemienia; co więcej, normalnie przepływa prąd doziemny obwodu zwarciowego - do czasu, aż wyłącznik wyłączy zwarcie, dzięki czemu ma krótki czas znamionowy -. Wartość znamionowa transformatora uziemiającego w kVA zależy od normalnego napięcia linii - do - przewodu neutralnego i wartości prądu zwarciowego w określonym czasie, na przykład od sekund do minut. Dodatkowo może przyjąć uzwojenie wtórne (niskie napięcie -) w celu ciągłego zasilania stacji podstacji i umożliwia systemom trzech - faz połączonych w trójkąt, obsługę obciążeń fazowych - do - przewodu neutralnego poprzez zapewnienie ścieżki powrotnej prądu do przewodu neutralnego; podczas zwarć jednofazowych, ogranicza prąd zwarciowy w przewodzie neutralnym, aby poprawić przywrócenie linii energetycznej.
I. Rodzaje transformatorów uziemiających
1. Yₙ,d-podłączony transformator uziemiający
Jest to transformator trój-fazowy ogwiazda-połączona (Yₙ, z przewodem neutralnym)uzwojenie pierwotne i apołączenie w trójkąt-(d)uzwojenie wtórne.
Uzwojenie wtórne połączone w trójkąt- może przewodzić prąd krążący, aby zrównoważyć prąd w uzwojeniu pierwotnym.
Uzwojenie wtórne w kształcie trójkąta można również podłączyć jakootwarta delta; wstawiając rezystory lub dławiki na otwartym końcu, można regulować impedancję składowej zerowej transformatora uziemiającego.
Ponadto istnieje możliwość wyprowadzenia zacisków uzwojenia wtórnego, które pełnią funkcję pomocniczego źródła zasilania stacji elektroenergetycznej.
2. Zₙ-połączony (zig-zag-połączony) transformator uziemiający
Jest to transformator trój-fazowy zzygzakowate-zag-połączone uzwojenia.
Ze względu na naturalny tryb połączenia uzwojeń zygzakowatych-prądy zwarciowe mogą być wzajemnie równoważone pomiędzy dwoma uzwojeniami-połączonymi szeregowo.
Do tego transformatora można dodać uzwojenie niskiego-napięcia, aby działało jako pomocnicze źródło zasilania podstacji.
Dodatkowe uwagi dotyczące obsługi i struktury
- Struktura: Transformatory uziemiające są strukturalnie podobne do zwykłych trójfazowych transformatorów mocy-z rdzeniem-.
- Normalna praca: Tylko prąd wzbudzenia przepływa przez stronę pierwotną transformatora uziemiającego; strona wtórna (jeśli występuje) nie ma prądu.
- Jedno-zwarcie doziemne jednofazowe: Zarówno połączone w trójkąt uzwojenie-głównego transformatora podstacji, jak i trójfazowe-uzwojenia transformatora uziemiającego przenoszą-prąd zwarciowy. Poprzez właściwy dobór-impedancji ograniczającej prąd Z, prąd zwarciowy na-fazę-można kontrolować tak, aby nie przekraczał znamionowego prądu fazowego uzwojeń głównego transformatora. Standardowy czas trwania takiego-prądu zwarciowego wynosi 10 sekund.
II. Zasada działania transformatora uziemiającego
Podczas normalnej pracy uzwojenie pierwotne transformatora uziemiającego łączy się z przewodami fazowymi instalacji elektrycznej, natomiast jego uzwojenie wtórne jest uziemione. W tym momencie transformator działa jak transformator konwencjonalny, zwiększając lub zmniejszając napięcie w zależności od wymagań.
W celu ograniczenia prądów zwarciowych impedancja transformatora uziemiającego wraz z dodatkowymi rezystorami lub dławikami uziemiającymi ogranicza wielkość prądów zwarciowych przepływających przez system. Kontrolując te prądy zwarciowe, transformator uziemiający pomaga utrzymać stabilność systemu i chroni wrażliwy sprzęt przed uszkodzeniem.
Kiedy w systemie wystąpi zwarcie (takie jak zwarcie linii-z-doziemieniem), prądy zwarciowe przepływają przez uzwojenie wtórne transformatora uziemiającego do ziemi. Tworzy to ścieżkę o niskiej-impedancji, na której prądy zwarciowe mogą bezpiecznie rozpraszać się, zapobiegając uszkodzeniom sprzętu i zmniejszając ryzyko zagrożeń elektrycznych.
Pod względem bezpieczeństwa i ochrony transformator uziemiający zapewnia bezpieczeństwo personelu i sprzętu w systemie elektrycznym, zapewniając niezawodną ścieżkę do ziemi. Pomaga zapobiegać porażeniom elektrycznym, pożarom i innym zagrożeniom związanym z awariami, przyczyniając się w ten sposób do bezpieczniejszego środowiska pracy i zwiększonej niezawodności systemu.
III. Funkcja transformatora uziemiającego
Transformator uziemiający to wyspecjalizowane urządzenie elektryczne opracowane w celu rozwiązania problemu braku punktów neutralnych w określonych konfiguracjach sieci elektroenergetycznej i zapewnienia bezpiecznego działania systemu w przypadku wystąpienia zwarć doziemnych. Jego podstawowe funkcje i cechy robocze znajdują odzwierciedlenie głównie w następujących aspektach:
1. Zapewnij sztuczny punkt neutralny dla kluczowego sprzętu
W systemach uziemiających o małym-prądzie cewka tłumiąca łuk ma kluczowe znaczenie dla kompensacji prądu pojemnościowego uziemienia, gdy w sieci energetycznej występuje jedno-fazowe zwarcie doziemne. Jednakże strona głównego transformatora połączona w trójkąt (typowa konfiguracja po stronie napięcia dystrybucyjnego transformatorów głównych w sieciach elektroenergetycznych 6 kV, 11 kV i 33 kV) nie ma naturalnego punktu neutralnego, co uniemożliwia bezpośrednią instalację cewki tłumiącej łuk.
Transformator uziemiający rozwiązuje ten problem, tworzącsztuczny punkt neutralny. Ten punkt neutralny nie tylko umożliwia skuteczne podłączenie cewki tłumiącej łuk, ale także zapewnia punkt podłączenia rezystora uziemiającego. Kiedy sieć energetyczna przyjmuje tryb pracy z nieuziemionym punktem neutralnym (tryb powszechny na wczesnym etapie budowy sieci energetycznej ze względu na prostotę i niskie koszty inwestycyjne), sztuczny punkt zerowy ustanowiony przez transformator uziemiający staje się kluczowym warunkiem późniejszej ochrony przed zwarciami.
2. Ogranicz ryzyko nieuziemionych systemów neutralnych i zapewnij niezawodne działanie ochronne
W nieuziemionych systemach neutralnych, chociaż napięcie sieciowe pozostaje symetryczne, gdy wystąpi jedno-fazowe zwarcie doziemne (mające niewielki wpływ na ciągłe zużycie energii przez użytkowników), ta zaleta występuje tylko wtedy, gdy pojemnościowy prąd uziemienia jest mały (mniejszy niż 10 A; przejściowe zwarcia mogą nawet wygasnąć automatycznie). Wraz z rozwojem energetyki i wzrostem liczby miejskich obwodów kablowych, prąd pojemnościowy uziemienia często przekracza 10 A, co prowadzi do trzech głównych zagrożeń:
Okresowe wygaszanie i ponowne zapalenie łuku uziemiającego, powodujące przepięcie uziemienia łuku (do 4U, gdzie U jest wartością szczytową normalnego napięcia fazowego), które uszkadza izolację sprzętu;
Ciągłe łuki powodujące dysocjację powietrza, co łatwo prowadzi do zwarć międzyfazowych--;
Przepięcie rezonansu ferromagnetycznego, które może spowodować spalenie przekładników napięciowych lub eksplozję ograniczników.
Podłączając rezystor uziemiający do sztucznego punktu neutralnego, transformator uziemiający zapewnia wystarczający prąd składowej zerowej i napięcie składowej zerowej dla systemu. Umożliwia to bardzo czułemu urządzeniu zabezpieczającemu składową zerową-szybką identyfikację jedno-fazowych zwarć doziemnych i odcięcie uszkodzonej linii w krótkim czasie, zasadniczo zapobiegając rozszerzaniu się powyższych zagrożeń i zapewniając izolację urządzeń sieciowych oraz ogólnie bezpieczne działanie sieci elektroenergetycznej.
3. Wykazują specjalne właściwości elektromagnetyczne, aby dostosować się do warunków usterek
Transformator uziemiający posiada unikalną charakterystykę impedancji dla różnych rodzajów prądów, co jest kluczem do jego stabilnej pracy:
Wysoka impedancja dla prądów składowej zgodnej i przeciwnej: W normalnych warunkach pracy przez uzwojenia transformatora uziemiającego przepływa jedynie niewielki prąd wzbudzenia. W tym czasie transformator znajduje się w stanie nieobciążonym (wiele transformatorów uziemiających nie ma nawet uzwojeń wtórnych, co jeszcze bardziej upraszcza ich konstrukcję w przypadku tego scenariusza bez obciążenia).
Niska impedancja przy-prądach sekwencji zerowej: Transformator uziemiający zwykle wykorzystuje okablowanie typu Z- (zygzakowatego), w którym każda cewka fazowa jest nawinięta odpowiednio na dwóch biegunach żelaznego rdzenia. Kiedy w wyniku zwarcia doziemnego generowany jest prąd składowej zerowej, dwa uzwojenia na tym samym biegunie rdzenia żelaznego są połączone szeregowo z odwrotną polaryzacją. Ich indukowane siły elektromotoryczne są równe co do wielkości i mają przeciwny kierunek, znosząc się nawzajem,-co daje w rezultacie wyjątkowo niską impedancję-sekwowej zerowej (około 10 Ω, znacznie mniej niż w przypadku zwykłych transformatorów). Ta niska impedancja zapewnia płynny przepływ prądu składowej zerowej przez rezystor uziemiający punkt zerowy i transformator uziemiający, tworząc warunki dla ochrony przed zwarciami.
Ta charakterystyka impedancji określa również tryb pracy transformatora uziemiającego:długoterminowa-praca bez obciążenia i krótkotrwała-praca z przeciążeniem. Działa tylko w okresie od wystąpienia zwarcia doziemnego do chwili, gdy zabezpieczenie składowej zerowej odcina uszkodzoną linię i prąd zwarciowy przepływa przez nią tylko przez krótki czas.
4. Popraw efektywność dopasowywania i obniż koszty inwestycji
W porównaniu ze zwykłymi transformatorami transformator uziemiający ma oczywiste zalety w połączeniu z cewkami tłumiącymi łuk: przepisy stanowią, że w przypadku stosowania zwykłych transformatorów z cewkami tłumiącymi łuk, pojemność cewki tłumiącej łuk nie może przekraczać 20% pojemności transformatora; podczas gdy transformatory uziemiające typu Z- mogą dorównać cewkom tłumiącym łuk przy 90% ~ 100% ich własnej pojemności, znacznie poprawiając skuteczność kompensacji prądu pojemnościowego.
Ponadto niektóre transformatory uziemiające można podłączyć do obciążeń wtórnych, realizując jednocześnie funkcje ochrony uziemiającej. Oznacza to, że w określonych scenariuszach mogą zastąpić zwykłe transformatory rozdzielcze, integrując dwie funkcje w jednym urządzeniu i skutecznie zmniejszając całkowity koszt inwestycji budowy sieci elektroenergetycznej.
Podsumowując, transformator uziemiający jest nie tylko „konstruktorem punktu neutralnego” dla sieci elektroenergetycznych pozbawionych naturalnych punktów neutralnych, ale także „zabezpieczeniem przed zwarciem”, które optymalizuje charakterystykę impedancji prądu i zapewnia niezawodne działanie zabezpieczające. Specjalna konstrukcja i sposób pracy czynią go niezbędnym, kluczowym urządzeniem we współczesnych sieciach elektroenergetycznych, zwłaszcza miejskich, w których występują duże prądy pojemnościowe.
IV. Zastosowanie transformatora uziemiającego
Podstawową funkcją transformatora uziemiającego jest zapewnienieneutralny punkt uziemieniado nieuziemionych lub uziemionych systemów zasilania-o niskim natężeniu. Stosowany jest głównie w scenariuszach, w których wymagane jest uziemienie w celu zapewnienia ochrony przed awariami i stabilności napięcia, w sieciach dystrybucyjnych, obszarach przemysłowych, nowych systemach energetycznych itp.
1. Sieci dystrybucyjne średniego i niskiego-napięcia
Jest to najbardziej podstawowy obszar zastosowań transformatorów uziemiających, szczególnie odpowiedni do systemów dystrybucji średniego napięcia, takich jak 10 kV i 20 kV.
- Większość sieci dystrybucyjnych średniego-napięcia przyjmuje tryb „nieuziemiony punkt neutralny” lub „neutralny uziemiony przez cewkę tłumiącą łuk” i z natury brakuje naturalnego punktu uziemienia punktu neutralnego.
- Transformatory uziemiające zapewniają zacisk neutralny poprzez połączenie w gwiazdę (Y), który jest następnie podłączony do uziemienia za pomocą rezystora uziemiającego lub cewki tłumiącej łuk, aby osiągnąćjednofazowa-obsługa zwarć doziemnych.
- Funkcja: gdy w linii wystąpi-jednofazowe zwarcie doziemne, może ono ograniczyć prąd zwarciowy, zapobiec uszkodzeniu sprzętu na skutek przepięcia i pomóc urządzeniom zabezpieczającym przekaźniki w szybkim zlokalizowaniu punktu zwarcia.
2. Przemysłowe systemy sprzętu-wysokonapięciowego
Silniki, transformatory i inny sprzęt wysokiego napięcia w dużych fabrykach i parkach przemysłowych często wymagają transformatorów uziemiających, aby zapewnić bezpieczeństwo pracy.
- W systemach przemysłowych silniki-wysokonapięciowego (6 kV, 10 kV), urządzenia prostownicze itp., jeśli są zaprojektowane z nieuziemionym punktem neutralnym, są podatne na zwarcia międzyfazowe--z powodu uszkodzenia izolacji.
- Transformatory uziemiające stanowią neutralny punkt uziemienia dla układu zasilania tego sprzętu i współpracują z urządzeniami zabezpieczającymi uziemienie w celu realizacjiwykrywanie prądu zwarciowego i szybkie wyłączanie.
- Typowe scenariusze: systemy zasilania-wysokonapięciowego w przemyśle petrochemicznym, metalurgicznym i wydobywczym, które muszą zapewniać ciągłość produkcji i zapobiegać rozprzestrzenianiu się usterek.
3. Nowe systemy wytwarzania energii elektrycznej
Transformatory uziemiające są kluczowymi urządzeniami pomocniczymi w stacjach wspomagających i liniach odbiorczych elektrowni fotowoltaicznych i farm wiatrowych.
- Falowniki i transformatory skrzynkowe-w nowych systemach energetycznych zwykle przyjmują konstrukcję „nieuziemionego przewodu neutralnego”, aby zmniejszyć wpływ zwarć doziemnych na efektywność wytwarzania energii.
- Transformatory uziemiające zapewniają neutralne punkty uziemiające dla systemów 110 kV i 35 kV w stacjach wzmacniających oraz współpracują z rezystorami uziemiającymi w celu ograniczenia prądu zwarciowego, chroniąc urządzenia precyzyjne, takie jak falowniki i transformatory.
- Funkcja: zapobiega wyłączeniu całej jednostki wytwarzania energii spowodowanej-jednofazowymi zwarciami doziemnymi i poprawia niezawodność zasilania nowych systemów energetycznych.
4. Specjalne-systemy zasilania w scenariuszach
Niektóre specjalne scenariusze z wysokimi wymaganiami bezpieczeństwa wymagają również, aby transformatory uziemiające osiągnęły precyzyjną ochronę uziemienia.
- Zasilanie trakcji kolejowej: W podstacjach trakcyjnych kolei dużych-kolejów dużych prędkości i metra sieć trakcyjna 27,5 kV wykorzystuje zasilanie jednofazowe. Transformatory uziemiające są potrzebne do zrównoważenia napięcia i tłumienia-prądu składowej zerowej.
- Morskie platformy wiatrowe/platformy naftowe: Izolacja sprzętu w środowisku morskim jest podatna na korozję. Transformatory uziemiające wraz z odpornymi na korozję-urządzeniami uziemiającymi zapewniają bezpieczne odprowadzanie prądu w przypadku usterek, zapobiegając uszkodzeniu sprzętu lub porażeniu prądem elektrycznym.
V. Kluczowe czynniki przy wyborze transformatora uziemiającego
1. Napięcie systemu i tryb uziemienia
Dopasuj napięcie znamionowe transformatora do sieci (6 kV/11 kV/33 kV), aby zapewnić zgodność izolacji. Wybierz w oparciu o typ uziemienia: systemy cewek tłumiących łuk wymagają modeli obsługujących dopasowanie cewek o dużej-wydajności; uziemienie o małej-oporności wymaga niskiej-impedancji składowej zerowej, aby zapewnić aktywację zabezpieczenia.
2. Projekt uzwojenia i impedancja-sekwencji zerowej
Należy nadać priorytet uzwojeniom typu Z-(zygzak), które zapewniają bardzo-niską-impedancję składowej zerowej (~10 Ω) i umożliwiają wykorzystanie mocy cewki tłumiącej łuk w 90–100%. Upewnij się, że impedancja jest zgodna z wymaganiami systemu dotyczącymi prądu zwarciowego, aby ułatwić efektywną transmisję prądu zerowego.
3. Dobór prądu pojemnościowego i pojemności uziemienia
Calculate the grid's total grounding capacitive current (critical for systems >10A). Dobierz transformator tak, aby obsługiwał prąd kompensacyjny cewki tłumiącej łuk lub krótkotrwały-prąd zwarciowy z rezystorów uziemiających, zapobiegając przeciążeniu podczas zwarć.
4. Cechy operacyjne i wytrzymałość
Dostosuj się do działania „długo-bez-obciążenia, krótkotrwałe-przeciążenie”: sprawdź-krótki prąd wytrzymywany (aby tolerować prądy zwarciowe przez sekundy) i traktuj priorytetowo niskie-straty bez obciążenia, aby zmniejszyć straty energii podczas normalnej pracy.
5. Wymagania środowiskowe i instalacyjne
W przypadku trudnych warunków (kurz, wilgoć, wysokie temperatury) wybierz modele o odpowiednim poziomie ochrony (np. IP54) i odporności na korozję/ciepło. W-obszarach o ograniczonej przestrzeni (stacje miejskie, rozdzielnice wewnętrzne) wybieraj konstrukcje kompaktowe.
6. Zgodność z normami i certyfikaty
Zapewnij zgodność z normami międzynarodowymi (IEC 60076) lub krajowymi (np. GB/T 6451). Sprawdź ważne certyfikaty (CE, CCC), aby zagwarantować bezpieczeństwo, kompatybilność i niezawodność działania sieci.
VI. Wady pracy bez uziemienia w punkcie neutralnym transformatora
Działanie bez uziemienia punktu neutralnego transformatora ma pięć następujących wad:
- Wysokie wymagania i koszty dotyczące poziomu izolacji: Kiedy wystąpi zwarcie uziemienia jednej-fazy, napięcie fazy niebędącej-zwarciem wzrasta √3 razy. W rezultacie urządzenia elektryczne w systemie elektroenergetycznym muszą mieć wyższy stopień izolacji, co znacznie podnosi zarówno koszty produkcji, jak i późniejsze koszty konserwacji sprzętu.
- Niebezpieczeństwo przepięcia uziemienia łuku: Jeśli prąd uziemienia jednofazowego-jest mały, łuk zgaśnie, gdy prąd przekroczy zero, a zwarcie zniknie. Jednakże, gdy prąd przekroczy 30 amperów, wygenerowany zostanie stabilny łuk, tworząc ciągłe uziemienie łuku. To nie tylko powoduje uszkodzenie sprzętu, ale może również spowodować zwarcia dwu-fazowe lub nawet trójfazowe-.
- Trudność w wyborze zabezpieczenia przekaźnika uziemiającego: Trudno jest zrealizować ochronę czułą i selektywną. Zwłaszcza w przypadku sieci elektroenergetycznych wyposażonych w cewki tłumiące łuk, konfiguracja i dokładne działanie takiego zabezpieczenia stają się trudniejsze, co z łatwością wpływa na terminowe wykrywanie i izolację zwarć.
- Odłączenie może spowodować przepięcie rezonansowe: Czynności takie jak przerwanie przewodu, przełączenie przełączników w różnym czasie i włączenie bezpiecznika w różnym czasie mogą prowadzić do przepięcia ferrorezonansowego. To przepięcie może spowodować eksplozję odgromnika, odwrotną kolejność faz transformatorów obciążenia i przeskok izolacji sprzętu elektrycznego.
- Przepięcie rezonansowe elektromagnetycznego przekładnika napięciowego: Ze względu na asymetrię parametrów sieci energetycznej przesunięcie punktu neutralnego często powoduje przepięcie ferrorezonansowe, które często powoduje przepalenie-bezpiecznika wysokiego napięcia elektromagnetycznego przekładnika napięciowego. W ciężkich przypadkach może nawet spalić sam transformator.
VII. Zalety pracy bez uziemienia punktu neutralnego transformatora
- Wysoka niezawodność zasilania: niewielka zmiana napięć/prądów-trójfazowych podczas zwarć w uziemieniu jedno-fazowym; brak natychmiastowego wyłączenia, usterki usuwane w ciągu ~2 godzin, co zapewnia ciągłość zasilania.
- Niskie zakłócenia w systemach komunikacyjnych/sygnałowych: słabe zakłócenia elektromagnetyczne przy symetrycznym działaniu trój-fazowym; mały prąd uziemienia powoduje minimalny wpływ; łuki-samoczynnie gasną w małych systemach (np. sieciach wiejskich).
- Ułatwia wykrywanie i lokalizację usterek: Charakterystyczny mały prąd uziemienia pomaga urządzeniom zabezpieczającym identyfikować i lokalizować usterki.
- Zmniejsza zapotrzebowanie na urządzenia-ograniczające prąd: mały prąd uziemienia eliminuje potrzebę stosowania sprzętu-ograniczającego prąd-o dużej wydajności, co pozwala obniżyć koszty i uprościć projektowanie.
- Lepsza kontrola przepięć w określonych scenariuszach: Łatwiej kontrolować wahania napięcia podczas procesów normalnych/przejściowych, zmniejszając ryzyko uszkodzeń spowodowanych przepięciem.
- Zwiększa stabilność systemu w stanach przejściowych: łatwiej utrzymać równowagę napięcia trójfazowego-w stanach nieustalonych, zmniejszając wpływ na kluczowy sprzęt i unikając problemów z kaskadowaniem.
Wyślij zapytanie