On Typical Flaws of the Transformer Models for Inrush Current Evaluation

Serhii Zirka; Yurii Moroz

Автор(и)

Сергій Зірка Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара
https://orcid.org/0000-0001-7607-1436
Юрій Мороз Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара
https://orcid.org/0000-0001-7696-1324

Анотація

Протягом багатьох десятиліть основною, якщо не єдиною, еквівалентною схемою однофазного трансформатора була його Т-модель. Щоб уникнути неоднозначності і врахувати топологію сердечника і обмоток, ми використовуватимемо терміни "внутрішні і зовнішні обмотки" замість "первинна і вторинна обмотки". Так, індуктивності LS1 і L′S2 є так звані "витоконапруження" внутрішніх і зовнішніх обмоток відповідно, r1 і r′2 - їхні опори. Щоб відтворити гістерезичні (квазістатичні) властивості матеріалу сердечника та врахувати динамічні втрати в сердечнику і насичення, гілка намагнічування представлена АТП-індуктором DHM, який реалізує, починаючи з версії 2019 року, Динамічну модель гістерезису (DHM).

Ми звернули увагу на типові помилки, які робляться при моделюванні ударних струмів трансформаторів. Пояснюється, що основною помилкою є використання зручної Т-моделі та її трьохфазних похідних. Їхні недоліки кореняться в використанні окремих моделей витоків первинних і вторинних коліс, а також в неспроможності відтворювати різні рівні намагнічування ніг і ядра. Ми показуємо переваги π-моделі, але в той же час застерігаємо від її переспрощення. Хоча ми використовуємо передову модель гістерезису для опису процесів у ніг і ядрах, показано, що врахування гістерезису і втрат в сердечнику є абсолютно необов'язковим при моделюванні ударних струмів. Ці властивості моделі не мають видимого впливу ані на піки струму, ані на їхнє спадання з часом.

Завантажити

Дані для завантаження поки недоступні.

Посилання

H. Kr. Høidalen, L. Prikler, F. Peñaloza, ATPDraw, version 7.0 for Windows, User's Manual, 2019.

S. E. Zirka, Y. I. Moroz, N. Chiesa, R. G. Harrison, and H. Kr. Hoidalen, "Implementation of inverse hysteresis model into EMTP – Part II: Dynamic model," IEEE Trans. Power Del., vol. 30, no. 5, pp. 2233-3241, Oct. 2015. doi: 10.1109/TPWRD.2015.2416199.

A. Boyajian, Impedance characteristics of transformers. Ch. IV in Transformer Engineering L.F. Blume, G. Camilli, A. Boyajian, V.M. Montsinger, N.Y. John Wiley & Sons, 1938.

H. Altun, S. Sünter,·Ö. Aydoğmuş, "Modeling and analysis of a single-phase core-type transformer under inrush current and nonline-ar load conditions," Electrical Engineering. doi: 10.1007/s00202-021-01283-9.

A. Tokić, I. Uglešić, and G. Štumberger, "Simulations of trans-former inrush current by using BDF-based numerical methods," Hindawi Publishing Corp., Math. Problems in Eng., vol. 2013, Arti-cle ID 215647. http://dx.doi.org/10.1155/2013/215647.

J. Pedra, L. Sainz, F. Córcoles, R. Lopez, and M. Salichs, "PSPICE computer model of a nonlinear three-phase three-legged transformer," IEEE Trans. Power Del., vol. 19, no. 1, Jan. 2004. pp. 200-207. doi: 10.1109/TPWRD.2003.820224.

A. D. Theocharis, J. Milias-Argitis, and T. Zacharias, "Three-phase transformer model including magnetic hysteresis and eddy currents effects," IEEE Trans. Power Del., vol. 24, no. 3, pp. 1284–1294, Jul. 2009. doi: 10.1109/TPWRD.2009.2022671.

P. S. Moses, M. A. S. Masoum, and H. A. Toliyat, "Dynamic modeling of three-phase asymmetric power transformers with mag-netic hysteresis: No-load and inrush conditions," IEEE Trans. Energy Convers., vol. 25, no. 4, pp. 1040–1047, Dec. 2010. doi: 10.1109/TEC.2010.2065231.

C. M. Arturi, "Transient simulation of a three-phase five-limb step-up transformer following an out-of-phase synchronization," IEEE Trans. Power Del., vol. 6, no. 1, pp. 196–207, Jan. 1991. doi: 10.1109/61.103738.

N. Chiesa, B. A. Mork, H. K. Høidalen, "Transformer model for inrush current calculations: Simulations, measurements and sensi-tivity analysis," IEEE Trans. Power Del., vol. 25, no. 4, 2010, pp. 2599–2608. doi: 10.1109/TPWRD.2010.2045518.

S. V. Kulkarni and S. A. Khaparde, Transformer Engineering: Design and Practice. New York: Marcel Dekker, 2004.

S. E. Zirka, Y. I. Moroz, C. M. Arturi, N. Chiesa, and H. K. Høidalen, “Topology-correct reversible transformer model,” IEEE Trans. Power Del., vol. 27, no. 4, pp. 2037–2045, Oct. 2012. doi: 10.1109/TPWRD.2012.2205275.

S. Jazebi, F. de Leon, N. Wu. "Enhanced analytical method for the calculation of the maximum inrush currents of single-phase power transformers," IEEE Trans. Power Del., vol. 30, no. 6, pp. 2590–2599, Dec. 2015. doi: 10.1109/TPWRD.2015.2443560.

E. C. Cherry, "The duality between interlinked electric and magnetic circuits and the formation of transformer equivalent cir-cuits," Proc. Phys. Soc. B 62. pp. 101–111, 1949. doi: 10.1088/0370-1301/62/2/303.

S. Jazebi, S. E. Zirka, M. Lambert, A. Rezaei-Zare, et al., "Duality derived transformer models for low-frequency electromag-netic transients—Part I: Topological models," IEEE Trans. Power Del., vol. 31, no. 5, pp. 2410-2419, 2016. doi: 10.1109/TPWRD.2016.2517327.

F. de León, P. Gómez, J. A. Martinez-Velasco, and M. Rioual, “Transformers,” Chapter 4 in Power System Transients. Parameter Determination, J. A. Martinez-Velasco (ed.), CRC Press, 2009.

M. Kh. Zikherman, "Magnetization characteristics of large transformers," Elektrichestvo, no. 3, pp. 79-82, 1972. [in Russian].

H.W. Dommel, Electromagnetic transients program reference manual (EMTP Theory Book); Bonneville Power Administration, Portland, OR, USA, 1986.

S. Calabro, F. Coppadoro and S. Crepaz, "The measurement of the magnetization characteristics of large power transformers and reactors through DC excitation", IEEE Trans. Power Del., vol. 1, no. 4, pp. 224-232, Oct. 1986. doi: 10.1109/TPWRD.1986.4308052.

S. Jazebi, F. de León, A. Farazmand, and D. Deswal, "Dual reversible transformer model for the calculation of low-frequency transients," IEEE Trans. Power Del., vol. 28, no. 4, pp. 2509-2517, Oct. 2013. doi: 10.1109/TPWRD.2013.2268857.

W. Sima, B. Zou, M. Yang, F. de León, "New method to measure deep-saturated magnetizing inductances for dual reversible models of single-phase two-winding transformers," IEEE Trans. Power Del., vol. 36, no. 1, pp. 488-491, Feb. 2021. doi: 10.1109/TEC.2020.3023596.

H. Edelmann, "Descriptive determination of transformer equivalent circuits," Archiv für elektrische Übertragung, vol. 13, no. 6, pp. 253-261, 1959. [in German].

S. E. Zirka, Y. I. Moroz, C. M. Arturi, "Accounting for the in-fluence of the tank walls in the zero-sequence topological model of a three-phase, three-limb transformer," IEEE Trans Power Del., vol. 29, no. 5, pp. 2172–2179, Oct. 2014. doi: 10.1109/TPWRD.2014.2307117.

J. Zhao, S. E. Zirka, Y. I. Moroz, C. M. Arturi, "Structure and properties of the hybrid and topological transformer models," Int. J. Electr. Power & Energy Systems, vol. 118, 2020, 105785. doi: 10.1016/j.ijepes.2019.105785.

S. E. Zirka, Y. I. Moroz, A. V. Zhuykov, D. A. Matveev, et al., "Eliminating VT uncertainties in modeling ferroresonance phenome-na caused by single phase-to-ground faults in isolated neutral net-work," Int. J. Electr. Power & Energy Systems, 2021, vol. 133. Paper 107275. doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107275.

S. E. Zirka, Y. I. Moroz, J. Elovaara, M. Lahtinen, et al., "Simplified models of three-phase, five-limb transformer for studying GIC effects," Int. J. Electr. Power & Energy Systems, vol. 103, pp. 168-175, 2018. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.05.035.