Problemes dels SPD i solucions per a circuits secundaris de transformadors de tensió
Aquest document analitza en profunditat la situació anterior i resumeix les mesures tècniques per resoldre els problemes.
1. Principals problemes dels productes SPD en els circuits secundaris del transformador de tensió
Actualment, hi ha SPD sense corrent residual (paraula relàmpag) tant a nivell nacional com internacional. Els seus principals circuits de descàrrega interna utilitzen tubs/gaps de descàrrega, amb una capacitat de corrent de descàrrega elevada (superior als varistors d'òxid de zinc). No obstant això, tenen defectes fatals: limitació pobra de la tensió, tensió d'extinció de l'arc, i temps de resposta llarg (fins a 100 ns). Aquests factors impedeixen que l'equipament del circuit secundari rebi una protecció adequada. Més encara, la tensió d'extinció de l'arc sovint baixa la tensió del circuit secundari del transformador de tensió (100 V) a diversos volts, fent que el sistema de mesura i control mostri una pèrdua de tensió de la línia de alta tensió. Per tant, els paraules relàmpag no són utilitzables.
2. Solucions i continguts principals
Els elements de descàrrega bàsics dels SPD al mercat inclouen el tub de descàrrega CDT, el varistor d'òxid de zinc MOV, i el supressor de tensió transitori TVD. El TVD té una resposta ultra-ràpida (1 ns), bona limitació de tensió, i una corrent residual petita (inferior a 1 μA); es quema i es desconnecta després de la deterioració, sense produir un curtcircuí. No obstant això, la seva corrent de descàrrega és baixa (1 kA). També, el CDT, GAP, i TVD tenen una major capacitat anti-impuls d'alta tensió que el MOV, aguantant impulsos de 10 kV sense daños estructurals.
Combinant les avantatges d'aquests elements i utilitzant un circuit combinat, s'ha dissenyat un producte (MOV en sèrie amb CDT i TVD en paral·lel), tal com es mostra a la Figura 1.
Figura 1: Principi de descàrrega
Quan la corrent de raig intrueix al punt A, el MOV inicialment no es condueix. No obstant això, la corrent residual del MOV equilibra el potencial entre els punts A i B. En aquest moment, el TVS s'activa en 1 ns, creant una via directa entre els punts B i C. Com a conseqüència, tota la tensió de raig es col·loca sobre el MOV entre els punts A i B. Ja que la tensió d'activació del MOV Um només és el 50% de la tensió d'activació del circuit combinat Uc, la alta tensió acelera l'activació del MOV, reduint el seu temps de resposta típic de 25 ns a aproximadament 12.5 ns. Durant aquest període, mentre la corrent de descàrrega encara està augmentant, la via directa de A a B força la major part de la tensió de raig entre els punts B i C (on la capacitat màxima de corrent del TVD és ~1 kA).
Des d'un punt de vista de disseny, la tensió d'activació del CDT és un 50% més baixa que Uc. Addicionalment, la resistència interna RL del MOV parcialment conductiu crea una caiguda de tensió que eleva la tensió al punt B per sobre de la tensió inicial de raig. Les proves mostren que això redueix el temps d'activació del CDT de 100 ns a 15 ns, permetent que tot el circuit es conduïsca completament en 25 ns, igualant el temps de resposta d'un MOV individual.
Després de la descàrrega, la corrent residual negligible del TVD i la desconnexió completa del CDT eliminan els problemes de corrent residual del MOV, prevenint possibles perills. Per a la prestació de limitació de tensió, la activació precisa del TVD (on la tensió d'activació és igual a la tensió de limitació) assegura un llindar de limitació baix. Donat Um = 0.5Uc, la tensió de limitació del MOV dins del circuit és 1.5Uc, resultant en una tensió de limitació total del circuit combinat de 2Uc, significativament millor que la relació 3× dels mòduls MOV individuals.
S'ha integrat un circuit addicional de monitorització per detectar falles dels components. Quan els elements interns es deterioren, el node de monitorització passa de obert a tancat, indicant la falla del SPD. La Taula 1 compara el rendiment dels mòduls MOV individuals versus el SPD del circuit de descàrrega combinat en condicions idèntiques.
Aquest nou tipus de SPD té corrent residual, però pot controlar la sobretensió a un nivell molt baix (inferior a 10 μA). A més, pot mantenir inalterats els paràmetres de corrent residual, i desconnectar-se ràpidament després de la desaparició de la sobretensió. És un producte ideal aplicable al circuit secundari dels transformadors de tensió.
El SPD adopta un circuit de descàrrega combinat per substituir el mòdul individual de varistor d'òxid de zinc, proporcionant mesures tècniques de protecció contra sobretensions per al circuit secundari del transformador de tensió. Pot evitar el problema d'increment de la corrent residual enveja després que el circuit SPD sigui impactat per raigs o sobretensions operatives múltiples vegades. A més, quan es produeix una ruptura i falla, no hi haurà cap fenomen de curtcircuí. Si el SPD té punts de falla com una ruptura o curtcircuí, el personal d'operacions i manteniment pot ser alertat a través del contacte d'alarma del SPD, evitant la ocurrencia de problemes de mal funcionament o no funcionament de la protecció.
3. Conclusió
En el procés d'ús real, el SPD que adopta el circuit combinat té el valor de corrent residual bàsicament inalterat des del principi fins a la falla (després de la deterioració, es desconecta directament), i es pot controlar inferior a 3 μA. A més, el SPD pot proporcionar convenientment un contacte de monitorització de falla a través del circuit combinat, facilitant la supervisió pel personal d'operacions i manteniment.
Mitjançant l'adopció de la tecnologia de supressió de sobretensió per al circuit secundari del transformador de tensió combinat, es prenvia el risc de mal funcionament o no funcionament de la protecció causat per la perillosa aterrada del SPD en el circuit secundari del transformador de tensió. Realment s'assoleix la protecció contra raigs i sobretensió operativa en el circuit secundari del transformador de tensió, assegurant la seguretat operativa dels equips secundaris de potència en entorns meteorològics severes i situacions d'accident.
