Problemas de PCD e Solucións para Circuitos Secundarios de Transformadores de Tensión

Este documento analiza en profundidade a situación mencionada e resume as medidas técnicas para resolver os problemas.

1. Principais Problemas dos Produtos SPD nas Circuítos Secundários do Transformador de Tensión

Actualmente, existen SPDs (pararrayos de conmutación) libres de corrente residual tanto nacionais como internacionais. Os seus principais circuitos de descarga internos utilizan tubos/gaps de descarga, coa capacidade de descarga de corrente alta (superior aos varistores de óxido de zinco). No entanto, teñen defectos fatais: limitación pobre da tensión, tensión de arrastre do arco e tempo de resposta longo (hasta 100 ns). Estes impiden que o equipo do circuito secundário reciba a protección adecuada. Ademais, a tensión de arrastre do arco frecuentemente reduce a tensión do circuito secundário do transformador de tensión (100 V) a varios voltios, facendo que o sistema de medida e control mostre unha perda de tensión na liña de alta tensión. Así, os pararrayos de conmutación son inutilizables.

2. Solucións e Contidos Principais

Os elementos de descarga central común dos SPDs no mercado inclúen o tubo de descarga CDT, o varistor de óxido de zinco MOV e o supresor de tensión transitória TVD. O TVD ten unha resposta ultra rápida (1 ns), boa limitación de tensión e corrente residual baixa (inferior a 1 μA); quema e desconecta despois do dano, sen curto-circuito. Pero a súa corrente de descarga é baixa (1 kA). Ademais, o CDT, GAP e TVD teñen unha maior capacidade de resistencia a impulsos de alta tensión que o MOV, aguantando impulsos de 10 kV sen danos estruturais.

Combinando as vantaxes destes elementos e utilizando un circuito combinado, deseñouse un produto (MOV en serie con CDT e TVD en paralelo), como se mostra na Figura 1.

Figura 1: Principio de Descarga

Cando a corrente de raio invade no Punto A, o MOV permanece inicialmente non conductor. No entanto, a corrente residual do MOV iguala o potencial entre os Puntos A e B. Nese momento, o TVS actúa dentro de 1 ns, creando unha ruta directa entre os Puntos B e C. Como consecuencia, a tensión completa do raio se aplica ao MOV entre os Puntos A e B. Dado que a tensión de activación do MOV Um é só o 50% da tensión de activación do circuito combinado Uc, a alta tensión acelera a activación do MOV, reducindo o seu tempo de resposta típico de 25 ns a aproximadamente 12.5 ns. Durante este período, mentres a corrente de descarga aínda está aumentando, a ruta directa de A a B forza a maior parte da tensión do raio entre os Puntos B e C (onde a capacidade máxima de corrente do TVD é ~1 kA).

Desde un punto de vista de deseño, a tensión de activación do CDT é 50% inferior a Uc. Adicionalmente, a resistencia interna RL do MOV parcialmente conductor crea unha caída de tensión que eleva a tensión no Punto B por encima da tensión inicial do raio. As probas mostran que isto reduce o tempo de activación do CDT de 100 ns a 15 ns, permitindo que todo o circuito conduza completamente dentro de 25 ns, coincidindo co tempo de resposta dun MOV independente.

Despois da descarga, a corrente residual insignificante do TVD e a desconexión completa do CDT eliminan os problemas de corrente residual do MOV, evitando posibles perigos. Para o rendemento de limitación de tensión, a activación precisa do TVD (onde a tensión de activación é igual á tensión de limitación) asegura un límite de limitación baixo. Dado que Um = 0.5Uc, a tensión de limitación do MOV no circuito é 1.5Uc, resultando nunha tensión de limitación total do circuito combinado de 2Uc, significativamente mellor que a relación 3× dos módulos MOV independentes.

Un circuito de monitorización adicional está integrado para detectar fallos nos compoñentes. Cando os elementos internos se degradan, o nodo de monitorización transición de aberto a pechado, indicando un fallo do SPD. A Táboa 1 compara o rendemento dos módulos MOV independentes contra o SPD do circuito combinado de descarga baixas condicións idénticas.

Este novo tipo de SPD ten corrente residual, pero pode controlar a sobretensión a un nivel moi baixo (inferior a 10 μA). Ademais, pode manter os parámetros de corrente residual inalterados e desconectar rapidamente despois de que a sobretensión desaparezca. É un produto ideal aplicable ao circuito secundario do transformador de tensión.

O SPD adopta un circuito combinado de descarga para substituír o módulo único de varistor de óxido de zinco, proporcionando medidas técnicas de protección contra sobretensión para o circuito secundario do transformador de tensión. Pode evitar o problema de aumento da corrente residual envejecida despois de que o circuito SPD sexa impactado varias veces por raios ou sobretensiones de operación. Ao mesmo tempo, cando ocorre a ruptura e o fallo, non hai fenómeno de curto-circuito. Se o SPD ten puntos de fallo como ruptura e curto-circuito, o persoal de operación e manutención pode ser alertado a través do punto de contacto de alarma do SPD, evitando a ocorrência de problemas de mal funcionamento ou non funcionamento da protección.

3. Conclusión

No proceso de uso real, o SPD que adopta o circuito combinado ten o valor de corrente residual basicamente inalterado desde o inicio ata o fallo (despois do dano, desconectase directamente), e pode controlarse abaixo de menos de 3 μA. Ademais, o SPD pode proporcionar convenientemente un punto de contacto de monitorización de fallos a través do circuito combinado, que é fácil para o persoal de operación e manutención monitorizar.

Ao adoptar a tecnoloxía de supresión de sobretensión para o circuito secundario do transformador de tensión combinado, evítase o risco de mal funcionamento ou non funcionamento da protección causado polo peligro de terra do SPD no circuito secundario do transformador de tensión. Realmente realiza a protección contra raios e sobretensión de operación no circuito secundario do transformador de tensión, garantindo a operación segura do equipo secundario de enerxía en entornos meteorolóxicos severos e situaciones de accidente.