Jiangshan Scotech Electric Co., Ltd
Een overzicht van aardingstransformatoren
Oct 13, 2025
Laat een bericht achter
Een aardtransformator, ook wel aardtransformator genoemd, is een type hulptransformator dat wordt gebruikt in driefasige elektrische energiesystemen. Het wordt doorgaans gebruikt in energiesystemen zonder natuurlijk neutraal punt om een kunstmatige neutrale verbinding te bieden voor aarding, hetzij rechtstreeks, hetzij via een impedantie zoals een boogonderdrukkingsreactor, weerstand of stroombegrenzende reactor. Tijdens aardfouten op de lijn - tot - biedt het een laag - impedantiepad voor nul - sequentiefoutstromen (terwijl het een hoge impedantie biedt voor positieve en negatieve sequentiestromen), waardoor foutstromen en voorbijgaande overspanningen worden beperkt om een betrouwbare werking van het aardingsbeveiligingssysteem te garanderen; bovendien transporteert hij normaal gesproken een korte aardstroom van - totdat de stroomonderbreker de fout opheft, waardoor hij een korte levensduur van - heeft. De kVA-waarde van een aardtransformator is afhankelijk van de normale netspanning - tot - neutrale spanning en de foutstroomwaarde binnen een bepaalde tijd, zoals seconden tot minuten. Bovendien kan het een secundaire (lage - spanning) wikkeling gebruiken om continu stroom te leveren aan onderstationstations, en zorgt het ervoor dat delta - verbonden drie - fasesystemen geschikt zijn voor fase - tot - neutrale belastingen door een retourpad te bieden voor stroom naar de nulleider; tijdens enkelvoudige - fasefouten beperkt het de foutstroom in de nulleider om het herstel van de stroomlijn te verbeteren.
I. Soorten aardtransformatoren
1. Yₙ,d-aangesloten aardtransformator
Het is een drie-fasetransformator met eenwye-verbonden (Yₙ, met een neutrale draad)primaire wikkeling en eendelta-verbonden (d)secundaire wikkeling.
De delta-verbonden secundaire wikkeling kan circulatiestroom transporteren om de stroom in de primaire wikkeling in evenwicht te brengen.
De delta-secundaire wikkeling kan ook als eenopen delta; door weerstanden of reactoren aan het open uiteinde te plaatsen, kan de nul-sequentie-impedantie van de aardtransformator worden aangepast.
Bovendien kunnen de aansluitingen van de secundaire wikkeling naar buiten worden geleid om als hulpstroombron voor het onderstation te dienen.
2. Zₙ-verbonden (zig-zag-verbonden) aardtransformator
Het is een drie-fasige transformator metzig-zag-verbonden wikkelingen.
Vanwege de inherente verbindingsmodus van zig-zagwikkelingen kunnen foutstromen onderling worden gebalanceerd tussen twee in serie-verbonden wikkelingen.
Aan deze transformator kan een laag-wikkeling worden toegevoegd die als hulpstroombron voor het onderstation dient.
Aanvullende opmerkingen over bediening en structuur
- Structuur: Aardingstransformatoren zijn structureel vergelijkbaar met gewone drie-fasige kern-stroomtransformatoren.
- Normale werking: Alleen bekrachtigingsstroom vloeit door de primaire zijde van de aardtransformator; de secundaire zijde (indien aanwezig) heeft geen stroom.
- Eenfasige aardfout-: Zowel de delta-verbonden wikkelingen van de hoofdtransformator van het onderstation als de drie-fasewikkelingen van de aardtransformator voeren kort-sluitstroom. Door de huidige-begrenzingsimpedantie Z op de juiste manier te selecteren, kan de stroom per-fasekortsluiting-zo worden geregeld dat deze de nominale fasestroom van de hoofdtransformatorwikkelingen niet overschrijdt. De standaardduur van een dergelijke kortsluitstroom- is 10 seconden.
II. Het werkingsprincipe van een aardingstransformator
Bij normaal bedrijf is de primaire wikkeling van de aardtransformator verbonden met de fasegeleiders van het elektrische systeem, terwijl de secundaire wikkeling geaard is. Op dit moment werkt de transformator als een conventionele transformator, waarbij de spanning naar behoefte wordt verhoogd of verlaagd.
Om foutstromen te beperken, beperkt de impedantie van de aardtransformator, samen met eventuele extra aardingsweerstanden of reactoren, de omvang van de foutstromen die door het systeem stromen. Door deze foutstromen te beheersen, draagt de aardingstransformator bij aan het handhaven van de systeemstabiliteit en beschermt hij gevoelige apparatuur tegen schade.
Wanneer er een fout (zoals een lijn-naar-aardfout) in het systeem optreedt, vloeien er foutstromen door de secundaire wikkeling van de aardingstransformator naar de aarde. Hierdoor ontstaat een pad met lage- impedantie zodat foutstromen veilig kunnen worden afgevoerd, waardoor schade aan apparatuur wordt voorkomen en het risico op elektrische gevaren wordt verminderd.
Op het gebied van veiligheid en bescherming garandeert de aardingstransformator de veiligheid van personeel en apparatuur in het elektrische systeem door een betrouwbaar pad naar aarde te bieden. Het helpt elektrische schokken, brand en andere gevaren die verband houden met defecten te voorkomen, waardoor wordt bijgedragen aan een veiligere werkomgeving en een verbeterde systeembetrouwbaarheid.
III. De functie van een aardingstransformator
Aardingstransformator is een gespecialiseerde elektrische uitrusting die is ontwikkeld om het gebrek aan neutrale punten in specifieke elektriciteitsnetconfiguraties aan te pakken en de veilige werking van het systeem te garanderen wanneer er aardfouten optreden. De kernfuncties en werkkenmerken worden voornamelijk weerspiegeld in de volgende aspecten:
1. Zorg voor een kunstmatig neutraal punt voor belangrijke apparatuur
In kleine-stroomaardingssystemen is de boogonderdrukkingsspoel van cruciaal belang voor het compenseren van de capacitieve aardstroom wanneer het elektriciteitsnet een enkel- aardfout heeft. De delta-aangesloten zijde van de hoofdtransformator (een gebruikelijke configuratie voor de distributiespanningszijde van hoofdtransformatoren in elektriciteitsnetten van 6 kV, 11 kV en 33 kV) heeft echter geen natuurlijk neutraal punt, waardoor het onmogelijk is om de boogonderdrukkingsspoel rechtstreeks te installeren.
De aardtransformator lost dit probleem op door eenkunstmatig neutraal punt. Dit neutrale punt maakt niet alleen de effectieve aansluiting van de boogonderdrukkingsspoel mogelijk, maar biedt ook een aansluitpunt voor de aardweerstand. Wanneer het elektriciteitsnet een ongeaarde neutrale bedrijfsmodus aanneemt (een gebruikelijke modus in de vroege fase van de aanleg van het elektriciteitsnet vanwege de eenvoud en lage investering), wordt het kunstmatige neutrale punt dat door de aardingstransformator wordt gelegd een belangrijke voorwaarde voor daaropvolgende foutbeveiliging.
2. Beperk de risico's van niet-geaarde neutrale systemen en zorg voor betrouwbare beveiligingsmaatregelen
Hoewel de lijnspanning in niet-geaarde neutrale systemen symmetrisch blijft wanneer er een aardfout in een enkele- fase optreedt (die weinig invloed heeft op het continue stroomverbruik van de gebruiker), geldt dit voordeel alleen als de capacitieve aardstroom klein is (minder dan 10 A; tijdelijke fouten kunnen zelfs automatisch verdwijnen). Met de uitbreiding van de energie-industrie en de toename van het aantal stedelijke kabelcircuits overschrijdt de capacitieve aardstroom vaak de 10A, wat tot drie grote risico's leidt:
Het intermitterend uitsterven en opnieuw ontsteken van de aardingsboog, waardoor een overspanning bij de aarding van de boog ontstaat (tot 4U, waarbij U de piekwaarde is van de normale fasespanning) die de isolatie van de apparatuur beschadigt;
Continue bogen die luchtdissociatie veroorzaken, wat gemakkelijk leidt tot fase-naar- kortsluitingen;
Overspanning door ferromagnetische resonantie, waardoor spanningstransformatoren kunnen doorbranden of explosies van de afleider kunnen ontstaan.
Door een aardingsweerstand op het kunstmatige neutrale punt aan te sluiten, levert de aardingstransformator voldoende nul-sequentiestroom en nul-sequentiespanning voor het systeem. Hierdoor kan het zeer gevoelige nul-sequentiebeveiligingsapparaat snel een- fase-aardfouten identificeren en de defecte lijn in korte tijd onderbreken, waardoor de bovengenoemde risico's fundamenteel worden voorkomen en de isolatie van netwerkapparatuur en de algehele veilige werking van het elektriciteitsnet worden gewaarborgd.
3. Vertoon speciale elektromagnetische kenmerken om zich aan te passen aan foutomstandigheden
De aardingstransformator heeft unieke impedantiekarakteristieken voor verschillende soorten stromen, wat de sleutel is tot een stabiele werking:
Hoge impedantie voor positieve en negatieve sequentiestromen: Onder normale bedrijfsomstandigheden vloeit er slechts een kleine bekrachtigingsstroom door de wikkelingen van de aardtransformator. Op dit moment bevindt de transformator zich in een onbelaste toestand (veel aardingstransformatoren hebben zelfs geen secundaire wikkelingen, wat hun structuur voor dit onbelaste scenario verder vereenvoudigt).
Lage impedantie tot nul-sequentiestromen: De aardingstransformator maakt gewoonlijk gebruik van bedrading van het type Z- (zigzag), waarbij elke fasespoel respectievelijk om twee ijzeren kernpolen is gewikkeld. Wanneer nul{2}}sequentiestroom wordt gegenereerd als gevolg van een aardlek, zijn de twee wikkelingen op dezelfde pool met ijzeren kern in omgekeerde polariteit in serie verbonden. Hun geïnduceerde elektromotorische krachten zijn even groot en tegengesteld in richting, waardoor ze elkaar opheffen-wat resulteert in een extreem lage nul-sequentie-impedantie (ongeveer 10Ω, veel kleiner dan die van gewone transformatoren). Deze lage impedantie zorgt ervoor dat nul-sequentiestroom soepel door de aardingsweerstand van het neutrale punt en de aardingstransformator kan stromen, waardoor omstandigheden worden gecreëerd voor foutbeveiliging.
Deze impedantiekarakteristiek bepaalt ook de bedrijfsmodus van de aardtransformator:lange- onbelaste werking en korte- overbelaste werking. Het functioneert alleen gedurende de periode vanaf het optreden van een aardfout tot het moment dat de nulsequentiebeveiliging de defecte lijn afsnijdt, en de foutstroom er slechts kort doorheen gaat.
4. Verbeter de matching-efficiëntie en verlaag de investeringskosten
Vergeleken met gewone transformatoren heeft de aardingstransformator duidelijke voordelen bij het matchen met boogonderdrukkingsspoelen: de regelgeving bepaalt dat wanneer gewone transformatoren worden gebruikt met boogonderdrukkingsspoelen, de capaciteit van de boogonderdrukkingsspoel niet groter mag zijn dan 20% van de capaciteit van de transformator; terwijl aardingstransformatoren van het Z--type boogonderdrukkingsspoelen kunnen matchen met 90%~100% van hun eigen capaciteit, waardoor de efficiëntie van capacitieve stroomcompensatie aanzienlijk wordt verbeterd.
Bovendien kunnen sommige aardingstransformatoren worden aangesloten op secundaire belastingen terwijl aardingsbeveiligingsfuncties worden gerealiseerd. Dit betekent dat ze in specifieke scenario's gewone distributietransformatoren kunnen vervangen, twee functies in één apparaat kunnen integreren en de totale investeringskosten voor de aanleg van elektriciteitsnetwerken effectief kunnen verlagen.
Samenvattend is de aardingstransformator niet alleen een "neutraalpuntbouwer" voor elektriciteitsnetwerken zonder natuurlijke neutrale punten, maar ook een "foutbeschermer" die de huidige impedantiekarakteristieken optimaliseert en een betrouwbare beschermingsactie garandeert. De speciale structuur en werkingsmodus maken het tot een onmisbare sleuteluitrusting in moderne elektriciteitsnetten, vooral in stedelijke elektriciteitsnetten met grote capacitieve stromen.
IV. Toepassing van aardtransformator
De kernfunctie van een aardingstransformator is het bieden vanneutraal aardingspuntvoor ongeaarde of geaarde stroomsystemen met lage- stroom. Het wordt voornamelijk gebruikt in scenario's waarin aarding vereist is om foutbescherming en spanningsstabiliteit te bereiken, waaronder distributienetwerken, industriële velden, nieuwe energiesystemen, enz.
1. Distributienetwerken voor midden- en laagspanning-
Dit is het meest primaire toepassingsgebied van aardingstransformatoren, vooral geschikt voor middenspanningsdistributiesystemen zoals 10 kV en 20 kV.
- De meeste distributienetwerken voor middenspanning- gebruiken de modus "niet-geaarde neutraal" of "neutraal geaard via boogonderdrukkingsspoel" en missen inherent een natuurlijk neutraal aardingspunt.
- Aardingstransformatoren bieden een neutrale aansluiting via een sterverbinding (Y), die vervolgens met de aarde wordt verbonden met een aardingsweerstand of boogonderdrukkingsspoel om te bereikenenkel-fase aardfoutafhandeling.
- Functie: Wanneer zich een enkele- aardfout in de lijn voordoet, kan deze de foutstroom beperken, schade aan apparatuur door overspanning voorkomen en beschermingsapparaten helpen het foutpunt snel te lokaliseren.
2. Industriële hoogspanningsapparatuursystemen
Voor hoogspanningsmotoren, transformatoren en andere apparatuur in grote fabrieken en industrieparken zijn vaak aardingstransformatoren nodig om de operationele veiligheid te garanderen.
- In industriële systemen zijn hoog{0}}motoren (6 kV, 10 kV), gelijkrichtapparatuur enz., indien ontworpen met een niet-geaarde nulleider, gevoelig voor fase-naar- fasekortsluitingen als gevolg van defecte isolatie.
- Aardingstransformatoren bieden een neutraal aardingspunt voor het voedingssysteem van dergelijke apparatuur en werken samen met aardingsbeveiligingsapparatuur om dit te realiserenfoutstroomdetectie en snelle uitschakeling.
- Typische scenario's: Hoogspanningsvoedingssystemen in de petrochemische, metallurgische en mijnbouwsector, die een continue productie moeten garanderen en uitbreiding van fouten moeten voorkomen.
3. Nieuwe energieopwekkingssystemen
Aardingstransformatoren zijn belangrijke ondersteunende apparatuur in de boosterstations en verzamellijnen van fotovoltaïsche energiecentrales en windparken.
- Omvormers en box-transformatoren in nieuwe energiesystemen gebruiken doorgaans het 'niet-geaarde neutrale' ontwerp om de impact van aardfouten op de efficiëntie van de energieopwekking te verminderen.
- Aardingstransformatoren bieden neutrale aardingspunten voor de 110 kV- en 35 kV-systemen in boosterstations en werken samen met aardingsweerstanden om de foutstroom te beperken, waardoor precisieapparatuur zoals omvormers en transformatoren wordt beschermd.
- Functie: Voorkom de uitschakeling van de gehele energieopwekkingseenheid veroorzaakt door eenfasige aardfouten, en verbeter de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening van nieuwe energiesystemen.
4. Speciale-scenariovoedingssystemen
Sommige speciale scenario's met hoge veiligheidseisen vereisen ook aardingstransformatoren om nauwkeurige aardingsbescherming te bereiken.
- Spoorwegtractievoeding: In de tractiesubstations van hoge-snelheidsspoorwegen en metro's maakt het 27,5 kV-tractienetwerk gebruik van een-fasige stroomvoorziening. Aardingstransformatoren zijn nodig om de spanning in evenwicht te brengen en nul-sequentiestroom te onderdrukken.
- Offshore windenergie-/olieplatforms: Isolatie van apparatuur in maritieme omgevingen is gevoelig voor corrosie. Aardingstransformatoren zorgen samen met corrosie-bestendige aardingsapparaten voor een veilige afvoer van stroom in geval van storingen, waardoor schade aan apparatuur of persoonlijke elektrische schokken worden voorkomen.
V. Sleutelfactoren voor het selecteren van een aardingstransformator
1. Systeemspanning en aardingsmodus
Zorg ervoor dat de nominale spanning van de transformator overeenkomt met het elektriciteitsnet (6 kV/11 kV/33 kV) voor isolatiecompatibiliteit. Selecteer op basis van aardingstype: boogonderdrukkingsspoelsystemen hebben modellen nodig die spoelmatching met hoge- capaciteit ondersteunen; Aarding met kleine-weerstand vereist een lage nul-sequentie-impedantie om activering van de bescherming te garanderen.
2. Wikkelingsontwerp en nul-sequentie-impedantie
Geef prioriteit aan wikkelingen van het Z--type (zigzag), die een ultra-lage nul--sequentie-impedantie (~10Ω) bieden en een benutting van de boogonderdrukkingsspoelcapaciteit van 90%–100% mogelijk maken. Zorg ervoor dat de impedantie in lijn is met de foutstroomvereisten van het systeem om effectieve nul-stroomtransmissie mogelijk te maken.
3. Aarding van capacitieve stroom en capaciteitsbepaling
Calculate the grid's total grounding capacitive current (critical for systems >10A). Zorg ervoor dat de transformator geschikt is voor de compensatiestroom van de boogonderdrukkingsspoel of voor de korte-foutstroom van aardingsweerstanden, zodat overbelasting tijdens fouten wordt voorkomen.
4. Operationele eigenschappen en weerstandsvermogen
Aanpassen aan de werking van de modus 'lange- onbelast-, korte- overbelasting' werking: controleer de korte- weerstandsstroom (om foutstromen gedurende seconden te tolereren) en geef prioriteit aan een laag nul- belastingsverlies om energieverspilling tijdens normaal bedrijf te verminderen.
5. Omgevings- en installatievereisten
Voor zware omstandigheden (stof, vochtigheid, hoge temperaturen) kiest u modellen met de juiste beschermingsniveaus (bijv. IP54) en corrosie-/hittebestendigheid. Kies in gebieden met beperkte ruimte- (stedelijke stations, schakelapparatuur binnenshuis) voor compacte ontwerpen.
6. Naleving van normen en certificeringen
Zorg ervoor dat de internationale (IEC 60076) of nationale (bijv. GB/T 6451) normen worden nageleefd. Verifieer geldige certificeringen (CE, CCC) om de veiligheid, compatibiliteit en betrouwbaarheid bij netbeheer te garanderen.
VI. Nadelen van niet-geaarde werking van het neutrale punt van de transformator
Transformator-neutraalpunt-niet-geaarde werking heeft de volgende vijf nadelen:
- Hoge eisen aan het isolatieniveau en de kosten: Wanneer er zich een aardfout met een enkele- fase voordoet, neemt de spanning van de- niet-foutfase met √3 keer toe. Als gevolg hiervan moet elektrische apparatuur in het energiesysteem een hogere isolatiegraad hebben, wat zowel de productiekosten als de daaropvolgende onderhoudskosten van de apparatuur aanzienlijk verhoogt.
- Gevaar voor overspanning bij aarding van de boog: Als de eenfasige aardingsstroom klein is, zal de boog doven wanneer de stroom door nul gaat, en zal de fout verdwijnen. Wanneer de stroom echter hoger is dan 30 ampère, wordt er een stabiele boog gegenereerd, waardoor een continue boogaarding ontstaat. Dit beschadigt niet alleen apparatuur, maar kan ook kortsluiting in twee- of zelfs drie- fasen veroorzaken.
- Moeilijkheid bij het selecteren van aardingsrelaisbeveiliging: Het is moeilijk om gevoelige en selectieve bescherming te realiseren. Vooral voor elektriciteitsnetten met boogonderdrukkingsspoelen wordt de configuratie en nauwkeurige werking van een dergelijke beveiliging moeilijker, wat gemakkelijk de tijdige detectie en isolatie van fouten beïnvloedt.
- Het ontkoppelen kan resonantie-overspanning veroorzaken: Acties zoals draadbreuk, schakelhandelingen van schakelaars op verschillende tijdstippen en het smelten van zekeringen op verschillende tijdstippen kunnen allemaal leiden tot ferroresonantie-overspanning. Deze overspanning kan explosie van de bliksemafleider, omgekeerde fasevolgorde van belastingstransformatoren en isolatie-overslag van elektrische apparatuur veroorzaken.
- Resonantie-overspanning van elektromagnetische spanningstransformator: Vanwege de asymmetrie van de parameters van het elektriciteitsnet veroorzaakt de verplaatsing van het neutrale punt vaak een overspanning door ferroresonantie, waardoor vaak de hoog-spanningszekering van de elektromagnetische spanningstransformator doorbrandt. In ernstige gevallen kan de transformator zelf zelfs doorbranden.
VII. Voordelen van ongeaarde werking van het neutraalpunt van de transformator
- Hoge betrouwbaarheid van de stroomvoorziening: weinig verandering in drie-fasige spanningen/stromen tijdens enkel- aardingsfouten; geen onmiddellijke uitschakeling, waarbij fouten binnen ~2 uur worden verholpen, waardoor een continue stroomvoorziening wordt gegarandeerd.
- Lage interferentie met communicatie-/signaalsystemen: zwakke elektromagnetische interferentie bij symmetrisch drie--bedrijf; kleine aardingsstroom veroorzaakt minimale impact; bogen -doven zichzelf in kleine systemen (bijvoorbeeld landelijke rasters).
- Vergemakkelijkt het opsporen en lokaliseren van fouten: Een opvallend kleine aardingsstroom helpt beveiligingsapparatuur bij het identificeren en lokaliseren van fouten.
- Reduceert de vraag naar stroom-begrenzende apparaten: Kleine aardingsstroom elimineert de behoefte aan grote-stroomcapaciteit-begrenzende apparatuur, waardoor de kosten worden verlaagd en het ontwerp wordt vereenvoudigd.
- Betere overspanningscontrole in specifieke scenario's: Gemakkelijker om spanningsschommelingen tijdens normale/transiënte processen te beheersen, waardoor het risico op overspanningsschade wordt verminderd.
- Verbetert de transiënte systeemstabiliteit: gemakkelijker om de drie- fasespanningsbalans te handhaven tijdens transiënten, waardoor de impact op belangrijke apparatuur wordt verminderd en cascadeproblemen worden vermeden.
Aanvraag sturen