Problémy a řešení pro sekundární obvody napěťových transformátorů

Tento článek podrobně analyzuje výše uvedenou situaci a shrnuje technická opatření k řešení problémů.

1. Hlavní problémy produktů SPD ve sekundárních obvodech napěťových transformátorů

V současné době existují bezúbytkové SPD (přepínací bleskosvaly) doma i v zahraničí. Jejich hlavní vnitřní výbojkové obvody používají výbojkové trubky/mezery s vysokou kapacitou výbojkového proudu (převyšující oxidické varistory). Avšak mají fatální nedostatky: špatnou omezovací schopnost napětí, napětí pro tahání oblouku a dlouhou dobu odezvy (až 100 ns). Tyto nedostatky brání sekundárním obvodům zařízení v dostatečné ochraně. Co je horší, napětí pro tahání oblouku často snižuje napětí sekundárního obvodu napěťového transformátoru (100 V) na několik voltů, což způsobuje, že měřicí a kontrolní systém zobrazuje ztrátu napětí vysokonapěťové linky. Proto jsou přepínací bleskosvaly nepoužitelné.

2. Řešení a hlavní obsah

Běžné výbojkové prvky SPD na trhu zahrnují výbojkovou trubku CDT, oxidický varistor MOV a přechodný omezovač napětí TVD. TVD má extrémně rychlou odezvu (1 ns), dobré omezování napětí a malý úbytkový proud (pod 1 μA); po poškození shoří a odpojí se, aniž by došlo k krátkému spojení. Avšak jeho výbojkový proud je nízký (1 kA). Kromě toho mají CDT, GAP a TVD větší odolnost proti vysokonapěťovým impulzům než MOV, odolávají impulzům 10 kV bez strukturálního poškození.

Spojením těchto výhod a použitím kombinovaného obvodu byl navržen produkt (MOV v sérii s paralelními CDT a TVD), jak je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1: Princip výboje

Když do bodu A pronikne bleskový proud, MOV zpočátku zůstává nevodičem. Avšak úbytkový proud MOV vyrovná potenciál mezi body A a B. V tom okamžiku se TVS aktivuje během 1 ns, vytvářející přímou cestu mezi body B a C. Tím se celé bleskové napětí uplatní napříč MOV mezi body A a B. Protože aktivovací napětí MOV Um je pouze 50% aktivovacího napětí kombinovaného obvodu Uc, vysoké napětí urychlí aktivaci MOV, snižující typickou dobu odezvy 25 ns na přibližně 12,5 ns. Během tohoto období, kdy výbojkový proud stále roste, přímá cesta z A do B nutí většinu bleskového napětí padnout mezi body B a C (kde maximální proudová kapacita TVD je ~1 kA).

Z hlediska návrhu je aktivovací napětí CDT 50% nižší než Uc. Kromě toho interní odpor RL částečně vodivého MOV vytváří spád napětí, který zvyšuje napětí v bodě B nad počáteční bleskové napětí. Testy ukazují, že to snižuje dobu aktivace CDT z 100 ns na 15 ns, umožňující celému obvodu plně vodit během 25 ns – což odpovídá době odezvy samostatného MOV.

Po výboji zanedbatelný úbytkový proud TVD a úplné odpojení CDT eliminují problémy s úbytkovým proudem MOV, zabrážejí potenciálním nebezpečím. Pro výkon omezování napětí přesná aktivace TVD (kde aktivovací napětí rovná omezovacímu napětí) zajišťuje nízkou hranici omezování. S ohledem na Um = 0.5Uc, omezovací napětí MOV v obvodu je 1.5Uc, což vede k celkovému omezovacímu napětí kombinovaného obvodu 2Uc – výrazně lepší než poměr 3× u samostatných modulů MOV.

Je integrován dodatečný monitorovací obvod pro detekci selhání komponent. Když dochází k degradaci vnitřních prvků, monitorovací uzel přechází z otevřeného do uzavřeného stavu, signalizující selhání SPD. Tabulka 1 porovnává výkon samostatných modulů MOV s kombinovaným výbojkovým obvodem SPD v identických podmínkách.

Tento nový typ SPD má úbytkový proud, ale dokáže kontrolovat přetlak na velmi nízké úrovni (pod 10 μA). Navíc může zachovat parametry úbytkového proudu nezměněné a rychle se odpojit po zmizení přetlaku. Je to ideální produkt použitelný ve sekundárním obvodu napěťových transformátorů.

SPD používá kombinovaný výbojkový obvod nahrazující jednotlivý modul oxidického varistoru, poskytující technická opatření k ochraně před přetlakem ve sekundárním obvodu napěťového transformátoru. Může se vyhnout problému s nárůstem stáří úbytkového proudu po několika opakováních bleskového nebo provozního přetlaku. Zároveň, když dojde k prolomení a selhání, nebude docházet k jevu krátkého spojení. Pokud SPD má vadné místa jako prolomení nebo krátké spojení, operační a údržbářský personál může být informován prostřednictvím kontaktu poplachu SPD, což předchází vzniku problémů s chybou nebo nečinností ochrany.

3. Závěr

V praxi má SPD s kombinovaným obvodem hodnotu úbytkového proudu prakticky nezměněnou od začátku až po selhání (po poškození se přímo odpojí) a lze ji kontrolovat pod 3 μA. Kromě toho může SPD pohodlně poskytnout kontakt pro sledování selhání prostřednictvím kombinovaného obvodu, což usnadňuje operačnímu a údržbářskému personálu monitorování.

Použitím technologie potlačování přetlaku ve sekundárním obvodu kombinovaného napěťového transformátoru se vyhnete riziku chyby nebo nečinnosti ochrany způsobené skrytou zemnicí SPD ve sekundárním obvodu napěťového transformátoru. Skutečně realizuje ochranu proti blesku a provoznímu přetlaku ve sekundárním obvodu napěťového transformátoru, zajišťuje bezpečnou operaci sekundárního elektrotechnického zařízení v obtížných počasních podmínkách a při havarijních situacích.