Jiangshan Scotech Електрически Co., Ltd
Преглед на заземителния трансформатор
Oct 13, 2025
Остави съобщение
Заземяващият трансформатор, известен още като заземяващ трансформатор, е вид спомагателен трансформатор, използван в трифазни електрически енергийни системи -. Обикновено се използва в енергийни системи без естествена неутрална точка, за да осигури изкуствена неутрална връзка за заземяване директно или чрез импеданс като реактор за потискане на дъгата, резистор или - ограничителен реактор за ток. По време на заземяване на линия от - до -, той предлага път с нисък - импеданс за нулеви - токове на повреда в последователност (като същевременно представя висок импеданс към токове с положителна и отрицателна последователност), ограничавайки токовете на повреда и преходните пренапрежения, за да осигури надеждна работа на системата за заземителна защита; освен това, той обикновено носи кратък - ток на заземяване на веригата, докато прекъсвачът изчисти повредата, като по този начин има кратки - времеви оценки. Номиналната стойност kVA на заземителен трансформатор зависи от нормалното неутрално напрежение на линията - до - и стойността на тока на повреда в рамките на определено време, като например секунди до минути. Освен това, той може да приеме вторична (ниско - напрежение) намотка за непрекъснато захранване на подстанции и позволява делта - свързани три - фазови системи за приспособяване на фазови - до - неутрални товари чрез осигуряване на обратен път за ток към неутралата; по време на единични - фазови повреди, той ограничава тока на повреда в неутрала, за да подобри възстановяването на електропровода.
I. Видове заземителни трансформатори
1. Yₙ,d-свързан заземяващ трансформатор
Това е три{0}}фазен трансформатор с awye-свързан (Yₙ, с неутрален проводник)първична намотка и aделта-свързан (d)вторична намотка.
Делта{0}}свързаната вторична намотка може да пренася циркулиращ ток, за да балансира тока в първичната намотка.
Вторичната намотка триъгълник също може да бъде свързана катоотворена делта; чрез вмъкване на резистори или реактори в отворения край импедансът на нулевата{0}}последователност на заземяващия трансформатор може да се регулира.
Освен това, клемите на вторичната намотка могат да бъдат изведени, за да служат като спомагателен източник на енергия за подстанцията.
2. Zₙ-свързан (зиг-заг-свързан) заземяващ трансформатор
Това е три{0}}фазен трансформатор сзиг{0}}заг-свързани намотки.
Поради присъщия режим на свързване на зиг{0}}заг намотките, токовете на повреда могат да бъдат взаимно балансирани между две последователно-свързани намотки.
Към този трансформатор може да се добави-намотка с ниско напрежение, която да действа като спомагателен източник на енергия за подстанцията.
Допълнителни бележки относно работата и структурата
- Структура: Заземяващите трансформатори са структурно подобни на обикновените силови трансформатори от тип три-фазно ядро-.
- Нормална работа: Само възбуждащ ток протича през първичната страна на заземителния трансформатор; вторичната страна (ако има) няма ток.
- Еднофазна земна-заземяване: Както делта-свързаните намотки на главния трансформатор на подстанцията, така и три-фазните намотки на заземяващия трансформатор носят ток на късо- съединение. Чрез правилно избиране на токо-ограничаващия импеданс Z, токът на -фаза на късо- съединение може да се контролира така, че да не надвишава номиналния фазов ток на основните намотки на трансформатора. Стандартната продължителност на такъв ток на късо- съединение е 10 секунди.
II. Принципът на работа на заземителния трансформатор
При нормална работа първичната намотка на заземителния трансформатор се свързва към фазовите проводници на електрическата система, докато вторичната му намотка е заземена. По това време трансформаторът работи като конвенционален трансформатор, повишавайки или намалявайки напрежението според изискванията.
За ограничаване на токовете на повреда, импедансът на заземителния трансформатор, заедно с всички допълнителни заземяващи резистори или реактори, ограничава големината на токовете на повреда, протичащи през системата. Като контролира тези токове на повреда, заземителният трансформатор помага да се поддържа стабилността на системата и предпазва чувствителното оборудване от повреда.
Когато в системата възникне повреда (като повреда-към-земя) в системата, токовете на повреда протичат през вторичната намотка на заземителния трансформатор към земята. Това създава път с нисък-импеданс за безопасно разсейване на токовете на повреда, предотвратявайки повреда на оборудването и намалявайки риска от електрически опасности.
По отношение на безопасността и защитата, заземителният трансформатор осигурява безопасността на персонала и оборудването в електрическата система, като осигурява надежден път към земята. Той помага за предотвратяване на електрически удари, пожари и други опасности, свързани с условия на повреда, като по този начин допринася за по-безопасна работна среда и подобрена надеждност на системата.
III. Функцията на заземителния трансформатор
Заземителният трансформатор е специализирано електрическо оборудване, разработено за справяне с липсата на неутрални точки в специфични конфигурации на електрическата мрежа и осигуряване на безопасна работа на системата, когато възникнат заземителни повреди. Неговите основни функции и работни характеристики се отразяват главно в следните аспекти:
1. Осигурете изкуствена неутрална точка за ключово оборудване
В системи за заземяване с малък{0}}ток дъгогасителната бобина е от решаващо значение за компенсиране на капацитивния ток на заземяване, когато електрическата мрежа има еднофазово-заземяване. Въпреки това, свързаната с триъгълник страна на главния трансформатор (обща конфигурация за страната на разпределителното напрежение на главните трансформатори в 6kV, 11kV и 33kV електрически мрежи) няма естествена неутрална точка, което прави невъзможно директното инсталиране на дъгогасителната намотка.
Заземителният трансформатор решава този проблем, като създаваизкуствена неутрална точка. Тази неутрална точка не само позволява ефективното свързване на дъгогасителната намотка, но също така осигурява точка на свързване за заземяващия резистор. Когато електрическата мрежа приеме незаземен неутрален работен режим (често срещан режим в ранния етап на изграждане на електрическата мрежа поради своята простота и ниска инвестиция), изкуствената неутрална точка, положена от заземителния трансформатор, се превръща в ключова предпоставка за последваща защита от повреда.
2. Намаляване на рисковете от незаземени неутрални системи и осигуряване на надеждни защитни действия
В незаземени неутрални системи, въпреки че линейното напрежение остава симетрично, когато възникне едно-фазово заземяване (имащо малко влияние върху непрекъснатата консумация на енергия от потребителите), това предимство се запазва само когато заземяващият капацитивен ток е малък (по-малко от 10 A; преходните повреди могат дори да изгаснат автоматично). С разрастването на електроенергийната индустрия и увеличаването на градските кабелни вериги, капацитивният ток на заземяване често надвишава 10A, което води до три основни риска:
Периодично изгасване и повторно запалване на заземителната дъга, генериращо пренапрежение на заземяването на дъгата (до 4U, където U е пиковата стойност на нормалното фазово напрежение), което уврежда изолацията на оборудването;
Непрекъснати дъги, причиняващи дисоциация на въздуха, което лесно води до фазово-{1}}фазово късо съединение;
Феромагнитно резонансно свръхнапрежение, което може да изгори напреженови трансформатори или да причини експлозия на разрядник.
Чрез свързване на заземяващ резистор към изкуствената неутрална точка, заземяващият трансформатор осигурява достатъчен ток с нулева-последователност и напрежение с нулева{1}}последователност за системата. Това позволява на високочувствителното защитно устройство с нулева-последователност бързо да идентифицира еднофазови-заземителни повреди и да прекъсва повредената линия за кратко време, като основно предотвратява горните рискове от разширяване и защитава изолацията на мрежовото оборудване и цялостната безопасна работа на електрическата мрежа.
3. Проявете специални електромагнитни характеристики за адаптиране към условията на повреда
Заземителният трансформатор има уникални импедансни характеристики за различни видове токове, което е ключът към неговата стабилна работа:
Висок импеданс към токове с положителна и отрицателна последователност: При нормални работни условия през намотките на заземителния трансформатор протича само малък възбудителен ток. По това време трансформаторът е в ненатоварено състояние (много заземителни трансформатори дори нямат вторични намотки, което допълнително опростява структурата им за този ненатоварен сценарий).
Нисък импеданс до токове с нулева-последователност: Заземителният трансформатор обикновено използва окабеляване тип Z- (зигзаг), където всяка фазова намотка е навита съответно на два полюса с желязна сърцевина. Когато се генерира ток с нулева-последователност поради заземяване, двете намотки на един и същ полюс с желязна сърцевина се свързват последователно с обратен поляритет. Техните индуцирани електродвижещи сили са еднакви по големина и противоположни по посока, взаимно се компенсират-, което води до изключително нисък импеданс на нулева-последователност (около 10Ω, много по-малък от този на обикновените трансформатори). Този нисък импеданс гарантира, че токът с нулева -последователност може да тече гладко през заземяващия резистор на неутралната точка и заземяващия трансформатор, създавайки условия за защита от повреда.
Тази импедансна характеристика също определя режима на работа на заземителния трансформатор:дългосрочна-работа без натоварване и краткосрочна{1}}претоварване. Тя функционира само през периода от възникването на заземяване до момента, в който защитата с нулева-последователност прекъсва повредената линия и токът на повреда преминава през нея само за кратко.
4. Подобрете ефективността на съвпадението и намалете инвестиционните разходи
В сравнение с обикновените трансформатори, заземителният трансформатор има очевидни предимства при съвпадение с дъгогасителни намотки: разпоредбите постановяват, че когато обикновените трансформатори се използват с дъгогасителни намотки, капацитетът на дъгогасителната бобина не може да надвишава 20% от капацитета на трансформатора; докато заземителните трансформатори тип Z- могат да съпоставят дъгогасителните намотки с 90%~100% от собствения си капацитет, като значително подобряват ефективността на капацитивната токова компенсация.
В допълнение, някои заземителни трансформатори могат да бъдат свързани към вторични товари, като същевременно реализират функции за защита на заземяването. Това означава, че те могат да заменят обикновените разпределителни трансформатори в специфични сценарии, като интегрират две функции в едно устройство и ефективно намаляват общите инвестиционни разходи за изграждане на електрическата мрежа.
В обобщение, заземителният трансформатор е не само "създател на неутрална точка" за електрически мрежи, в които липсват естествени неутрални точки, но също така и "защита срещу повреда", която оптимизира характеристиките на текущия импеданс и осигурява надеждно защитно действие. Неговата специална структура и режим на работа го правят незаменимо ключово оборудване в съвременните електрически мрежи, особено в градските електрически мрежи с големи капацитивни токове.
IV. Приложение на заземителен трансформатор
Основната функция на заземителния трансформатор е да осигури aнеутрална точка на заземяванеза незаземени или ниско{0}}токови заземени захранващи системи. Използва се главно в сценарии, при които се изисква заземяване за постигане на защита от повреда и стабилност на напрежението, обхващащи разпределителни мрежи, индустриални области, нови енергийни системи и др.
1. Разпределителни мрежи за средно и ниско-напрежение
Това е най-основната област на приложение на заземителните трансформатори, особено подходящи за разпределителни системи със средно{0}}напрежение като 10kV и 20kV.
- Повечето разпределителни мрежи със средно{0}}напрежение приемат режима „неутрална неутрала“ или „неутрала, заземена чрез дъгогасителна бобина“ и по същество им липсва естествена неутрална точка на заземяване.
- Заземителните трансформатори осигуряват неутрална клема чрез звезда (Y) връзка, която след това се свързва към земята със заземителен резистор или намотка за потискане на дъгата, за да се постигнеобработка на еднофазно-заземяване.
- Функция: Когато в линията възникне еднофазова{0}}заземителна повреда, тя може да ограничи тока на повреда, да предотврати повреда на оборудването от пренапрежение и да помогне на устройствата за релейна защита бързо да локализират точката на повреда.
2. Промишлени системи за високо{1}}напрежение
-Моторите, трансформаторите и другото оборудване с високо напрежение в големите фабрики и индустриални паркове често изискват заземяващи трансформатори, за да се гарантира безопасност при работа.
- В промишлени системи двигатели с високо-напрежение (6kV, 10kV), токоизправително оборудване и т.н., ако са проектирани с незаземена неутрала, са предразположени към късо съединение-в-фаза поради разрушаване на изолацията.
- Заземителните трансформатори осигуряват неутрална заземителна точка за захранващата система на такова оборудване и си сътрудничат със заземяващите устройства за защита, за да реализиратоткриване на дефектен ток и бързо изключване.
- Типични сценарии:-системи за електрозахранване с високо напрежение в нефтохимическата, металургичната и минната промишленост, които трябва да осигурят непрекъснато производство и да предотвратят разширяване на повреди.
3. Нови системи за производство на енергия
Заземителните трансформатори са ключово поддържащо оборудване в нагнетателните станции и събирателните линии на фотоволтаични електроцентрали и вятърни паркове.
- Инверторите и трансформаторите от-тип кутия в новите енергийни системи обикновено приемат дизайна на „незаземена неутрала“, за да намалят въздействието на заземяващите съединения върху ефективността на генерирането на електроенергия.
- Заземителните трансформатори осигуряват неутрални заземителни точки за системите 110kV и 35kV в нагнетателните станции и си сътрудничат със заземителните резистори за ограничаване на тока на повреда, защитавайки прецизно оборудване като инвертори и трансформатори.
- Функция: Предотвратява спирането на целия блок за генериране на електроенергия, причинено от еднофазови-заземителни повреди, и подобрява надеждността на електрозахранването на новите енергийни системи.
4. Специални-системи за захранване по сценарий
Някои специални сценарии с високи изисквания за безопасност също изискват заземителни трансформатори за постигане на прецизна заземителна защита.
- Железопътно тягово захранване: В тяговите подстанции на високо-скоростните железопътни линии и метрото тяговата мрежа от 27,5 kV приема еднофазно-захранване. Необходими са заземителни трансформатори за балансиране на напрежението и потискане на тока на нулева-последователност.
- Офшорни вятърни/петролни платформи: Изолацията на оборудването в морска среда е податлива на корозия. Заземителните трансформатори, заедно с устойчиви-на корозия заземяващи устройства, осигуряват безопасното разреждане на тока в случай на повреда, предотвратявайки повреда на оборудването или токов удар.
V. Ключови фактори за избор на заземителен трансформатор
1. Системно напрежение и режим на заземяване
Съпоставете номиналното напрежение на трансформатора с мрежата (6kV/11kV/33kV) за съвместимост на изолацията. Изберете въз основа на типа заземяване: дъгогасителните бобини се нуждаят от модели, поддържащи съвпадение на бобини с голям-капацитет; Заземяването с малко-съпротивление изисква нисък импеданс на нулева{6}}последователност, за да се осигури активиране на защитата.
2. Дизайн на намотката и импеданс на нулева-последователност
Дайте приоритет на намотки тип Z- (зигзаг), които осигуряват ултра-нисък импеданс на нулева-последователност (~10Ω) и позволяват 90%–100% използване на капацитета на дъгогасителната намотка. Уверете се, че импедансът е в съответствие с изискванията на системата за ток на повреда, за да се улесни ефективното предаване на ток с нулева-последователност.
3. Оразмеряване на капацитивен ток и капацитет на заземяване
Calculate the grid's total grounding capacitive current (critical for systems >10А). Оразмерете трансформатора така, че да поеме или компенсационния ток на дъгогасителната намотка, или краткотрайния -ток на повреда от заземителни резистори, предотвратявайки претоварване по време на повреда.
4. Експлоатационни характеристики и издръжливост
Адаптирайте се към неговата работа „дълго-без-натоварване, кратко-натоварване“: проверете издържания ток за кратко-време (за толериране на токове на повреда за секунди) и дайте приоритет на ниските-загуби на натоварване, за да намалите загубата на енергия по време на нормална работа.
5. Изисквания за околната среда и монтаж
За тежки среди (прах, влажност, високи температури) изберете модели с подходящи нива на защита (напр. IP54) и устойчивост на корозия/топлоустойчивост. В райони с-ограничено пространство (градски станции, вътрешни разпределителни уредби) изберете компактен дизайн.
6. Съответствие със стандартите и сертификати
Осигурете спазване на международни (IEC 60076) или национални (напр. GB/T 6451) стандарти. Проверете валидните сертификати (CE, CCC), за да гарантирате безопасност, съвместимост и надеждност при работа в мрежата.
VI. Недостатъци на незаземената работа на неутралната точка на трансформатора
Незаземената работа на неутрална точка на трансформатора има следните пет недостатъка:
- Високи изисквания за ниво на изолация и цена: Когато възникне еднофазова повреда в заземяването, напрежението на не-фазата на повредата се увеличава с √3 пъти. В резултат на това електрическото оборудване в електроенергийната система трябва да има по-висок клас на изолация, което значително повишава както производствените разходи, така и последващите разходи за поддръжка на оборудването.
- Опасност от пренапрежение на дъговото заземяване: Ако еднофазният -ток на заземяване е малък, дъгата ще изгасне, когато токът премине през нула, и повредата ще изчезне. Въпреки това, когато токът надвиши 30 ампера, ще се генерира стабилна дъга, образувайки непрекъснато дъгово заземяване. Това не само поврежда оборудването, но може също да причини дву-фазни или дори три-фазни къси съединения.
- Трудност при избора на заземителна релейна защита: Трудно е да се реализира чувствителна и селективна защита. Особено за електрически мрежи с дъгогасителни намотки, конфигурацията и точната работа на такава защита стават по-трудни, което лесно се отразява на навременното откриване и изолиране на повреди.
- Прекъсването на връзката може да причини резонансно пренапрежение: Действия като скъсване на проводник, превключване на превключватели в различни моменти и предпазители в различни периоди могат да доведат до ферорезонансно пренапрежение. Това пренапрежение може да причини експлозия на мълниеотвод, обратна фазова последователност на товарни трансформатори и прекъсване на изолацията на електрическо оборудване.
- Резонансно пренапрежение на електромагнитен трансформатор на напрежение: Поради асиметрията на параметрите на електрическата мрежа, изместването на неутралната точка често причинява ферорезонансно пренапрежение, което често изгаря предпазителя за високо-напрежение на електромагнитния трансформатор на напрежение. В тежки случаи може дори да изгори самия трансформатор.
VII. Предимства на незаземената работа на неутралната точка на трансформатора
- Висока надеждност на електрозахранването: Малка промяна в три-фазните напрежения/токове по време на едно-фазни заземителни повреди; без незабавно изключване, с изчистени грешки в рамките на ~2 часа, осигурявайки непрекъснато захранване.
- Слабо смущение в комуникационни/сигнални системи: Слабо електромагнитно смущение при симетрична три{0}}фазна работа; малък заземителен ток причинява минимално въздействие; дъгите се само-изгасват в малки системи (напр. селски мрежи).
- Улеснява откриването и локализирането на повреда: Отличителният малък заземяващ ток помага на защитните устройства да идентифицират и локализират повредата.
- Намалява търсенето на устройства за-ограничаване на ток: Малкият заземяващ ток елиминира нуждата от оборудване за-ограничаване на ток-с голям{1}}капацитет, намалявайки разходите и опростявайки дизайна.
- По-добър контрол на пренапрежението в специфични сценарии: По-лесно контролиране на колебанията на напрежението по време на нормални/преходни процеси, намалявайки рисковете от повреда от пренапрежение.
- Подобрява стабилността на системата при преходни процеси: По-лесно поддържане на баланс на три{0}}фазното напрежение по време на преходни процеси, като се намаляват въздействията върху ключово оборудване и се избягват каскадни проблеми.
Изпрати запитване