Problèmes des PDS et solutions pour les circuits secondaires de transformateurs de tension

Ce document analyse en profondeur la situation ci-dessus et résume les mesures techniques pour résoudre les problèmes.

1. Principaux problèmes des produits SPD dans les circuits secondaires de transformateurs de tension

Actuellement, il existe des parafoudres sans courant résiduel (type interrupteur) à l'échelle nationale et internationale. Leurs principaux circuits de décharge internes utilisent des tubes/gaps de décharge, avec une capacité de décharge élevée (supérieure aux varistances en oxyde de zinc). Cependant, ils présentent des défauts fatals : limitation de tension médiocre, tension d'extinction d'arc, et temps de réponse long (jusqu'à 100 ns). Ces facteurs empêchent l'équipement du circuit secondaire d'obtenir une protection adéquate. De plus, la tension d'extinction d'arc réduit souvent la tension du circuit secondaire du transformateur de tension (100 V) à quelques volts, ce qui fait que le système de mesure et de contrôle indique une perte de tension sur la ligne haute tension. Ainsi, les parafoudres de type interrupteur sont inutilisables.

2. Solutions et principaux contenus

Les éléments de décharge centraux des SPD courants sur le marché incluent le tube de décharge CDT, la varistance en oxyde de zinc MOV, et le limiteur de tension transitoire TVD. Le TVD a une réponse ultra-rapide (1 ns), une bonne limitation de tension et un faible courant résiduel (inférieur à 1 μA) ; il brûle et se déconnecte après dommage, sans court-circuit. Mais sa capacité de décharge est faible (1 kA). De plus, le CDT, GAP et TVD ont une meilleure résistance aux impulsions de haute tension que le MOV, supportant des impulsions de 10 kV sans dommage structurel.

En combinant les avantages de ces éléments et en utilisant un circuit combiné, un produit (MOV en série avec CDT et TVD en parallèle) a été conçu, comme illustré à la Figure 1.

Figure 1 : Principe de décharge

Lorsque le courant de foudre s'infiltre au point A, le MOV reste initialement non conducteur. Cependant, le courant résiduel du MOV égalise le potentiel entre les points A et B. À ce moment, le TVS s'active en 1 ns, créant un chemin direct entre les points B et C. Par conséquent, la tension complète de la foudre est appliquée sur le MOV entre les points A et B. Comme la tension d'activation Um du MOV n'est que 50 % de la tension d'activation Uc du circuit combiné, la haute tension accélère l'activation du MOV, réduisant son temps de réponse typique de 25 ns à environ 12,5 ns. Pendant cette période, alors que le courant de décharge est encore en augmentation, le chemin direct de A à B force la majorité de la tension de foudre entre les points B et C (où la capacité maximale de courant du TVD est d'environ 1 kA).

Du point de vue de la conception, la tension d'activation du CDT est 50 % inférieure à Uc. De plus, la résistance interne RL du MOV partiellement conducteur crée une chute de tension qui élève la tension au point B au-dessus de la tension de foudre initiale. Les tests montrent que cela réduit le temps d'activation du CDT de 100 ns à 15 ns, permettant au circuit entier de devenir pleinement conducteur en 25 ns, correspondant au temps de réponse d'un MOV isolé.

Après la décharge, le courant résiduel négligeable du TVD et la déconnexion complète du CDT éliminent les problèmes de courant résiduel du MOV, évitant ainsi les dangers potentiels. Pour la performance de clamping de tension, l'activation précise du TVD (où la tension d'activation est égale à la tension de clamping) assure un seuil de clamping bas. Étant donné Um = 0.5Uc, la tension de clamping du MOV dans le circuit est 1.5Uc, résultant en une tension de clamping globale du circuit combiné de 2Uc, nettement meilleure que le ratio 3× des modules MOV isolés.

Un circuit de surveillance supplémentaire est intégré pour détecter les défaillances des composants. Lorsque les éléments internes se dégradent, le nœud de surveillance passe de ouvert à fermé, signalant une défaillance du SPD. Le Tableau 1 compare les performances des modules MOV isolés et du SPD avec circuit de décharge combiné dans des conditions identiques.

Ce nouveau type de SPD a un courant résiduel, mais il peut contrôler la surtension à un niveau très bas (inférieur à 10 μA). De plus, il peut maintenir les paramètres de courant résiduel inchangés et se déconnecter rapidement après la disparition de la surtension. C'est un produit idéal applicable au circuit secondaire des transformateurs de tension.

Le SPD adopte un circuit de décharge combiné pour remplacer le module de varistance en oxyde de zinc unique, offrant des mesures techniques de protection contre les surtensions pour le circuit secondaire du transformateur de tension. Il peut éviter le problème d'augmentation du courant résiduel vieilli après que le circuit SPD ait été impacté plusieurs fois par la foudre ou des surtensions de fonctionnement. En outre, en cas de rupture et de défaillance, il n'y aura pas de phénomène de court-circuit. Si le SPD présente des sites de défaillance tels que des ruptures et des courts-circuits, le personnel d'exploitation et de maintenance peut être averti via le contact d'alarme du SPD, évitant ainsi les problèmes de mauvais fonctionnement ou de non-fonctionnement de la protection.

3. Conclusion

Dans le processus d'utilisation réel, le SPD adoptant le circuit combiné a une valeur de courant résiduel pratiquement inchangée du début jusqu'à la défaillance (après dommage, il est directement déconnecté), et peut être contrôlée en dessous de 3 μA. De plus, le SPD peut facilement fournir un contact de surveillance de défaillance via le circuit combiné, ce qui est facile pour le personnel d'exploitation et de maintenance à surveiller.

En adoptant la technologie de suppression des surtensions pour le circuit secondaire du transformateur de tension combiné, on évite le risque de mauvais fonctionnement ou de non-fonctionnement de la protection causé par le danger de mise à la terre du SPD dans le circuit secondaire du transformateur de tension. Il réalise véritablement la protection contre la foudre et les surtensions de fonctionnement dans le circuit secondaire du transformateur de tension, assurant le fonctionnement sûr de l'équipement secondaire de puissance dans des conditions météorologiques sévères et en cas d'accident.