Problemy i rozwiązania dotyczące obwodów wtórnych transformatorów napięciowych

Ten artykuł analizuje powyższą sytuację w głębokości i podsumowuje techniczne środki zaradcze na rozwiązanie problemów.

1. Główne problemy produktów SPD w obwodach wtórnych transformatorów napięcia

Obecnie, zarówno w kraju, jak i za granicą, istnieją bezprądowe SPD (przeciwuderzeniowe zasłony błyskawicowe). Ich główne wewnętrzne obwody rozładowania wykorzystują rury/gapy rozładowcze, o wysokiej pojemności prądu rozładowania (przekraczającej pojemność warystorów tlenku cynku). Jednak mają one śmiertelne wady: słabe ograniczanie napięcia, napięcie odciągnięcia łuku, długie czasy reakcji (do 100 ns). Te wady uniemożliwiają odpowiednie zabezpieczenie sprzętu w obwodzie wtórnym. Co gorsza, napięcie odciągnięcia łuku często sprowadza napięcie w obwodzie wtórnym transformatora napięcia (100 V) do kilku woltów, co powoduje, że system pomiaru i sterowania pokazuje utratę napięcia linii wysokiego napięcia. Dlatego przeciwuderzeniowe zasłony błyskawicowe są nieużyteczne.

2. Rozwiązania i główne treści

Wspólne elementy rozładowania jądra SPD dostępne na rynku to rura rozładowcza CDT, warystor tlenku cynku MOV i tłumik przejściowych napięć TVD. TVD ma nadzwyczaj szybką reakcję (1 ns), dobrą zdolność ograniczania napięcia i mały prąd resztkowy (poniżej 1 μA); po uszkodzeniu wypala się i odłącza, bez tworzenia zwarcia. Ale jego prąd rozładowania jest niski (1 kA). Ponadto CDT, GAP i TVD mają silniejszą zdolność odporności na impulsy wysokiego napięcia niż MOV, wytrzymując impulsy 10 kV bez strukturalnego uszkodzenia.

Korzystając z zalet tych elementów i stosując połączone obwody, zaprojektowano produkt (MOV w szeregu z równoległym CDT i TVD), jak pokazano na Rysunku 1.

Rysunek 1: Zasada rozładowania

Gdy prąd piorunowy wprowadza się w punkcie A, MOV początkowo pozostaje nieprzewodzący. Jednak prąd resztkowy MOV wyrównuje potencjał między punktami A i B. W tym momencie TVS aktywuje się w ciągu 1 ns, tworząc bezpośredni szlak między punktami B i C. W rezultacie pełne napięcie piorunowe jest zastosowane do MOV między punktami A i B. Ponieważ napięcie aktywacji MOV Um wynosi tylko 50% napięcia aktywacji obwodu połączonego Uc, wysokie napięcie przyspiesza aktywację MOV, zmniejszając typowy czas reakcji 25 ns do około 12,5 ns. W tym okresie, gdy prąd rozładowania jest jeszcze rosnący, bezpośredni szlak od A do B zmusza większość napięcia piorunowego do przejścia przez punkty B i C (gdzie maksymalna pojemność prądu TVD wynosi około 1 kA).

Z perspektywy projektowej, napięcie aktywacji CDT jest o 50% niższe niż Uc. Dodatkowo, opór wewnętrzny RL częściowo przewodzącego MOV tworzy spadek napięcia, który podnosi napięcie w punkcie B ponad początkowe napięcie piorunowe. Testy pokazują, że to zmniejsza czas aktywacji CDT z 100 ns do 15 ns, umożliwiając całkowite przewodzenie całego obwodu w ciągu 25 ns - pasujące do czasu reakcji samodzielnego MOV.

Po rozładowaniu, zaniedbywalny prąd resztkowy TVD i pełne odłączenie CDT eliminują problemy z prądem resztkowym MOV, zapobiegając potencjalnym zagrożeniom. W kwestii osiągania napięcia, precyzyjna aktywacja TVD (gdzie napięcie aktywacji równa się napięciu blokowania) zapewnia niski próg blokowania. Biorąc pod uwagę, że Um = 0.5Uc, napięcie blokowania MOV w obwodzie wynosi 1.5Uc, co daje całkowite napięcie blokowania obwodu połączonego 2Uc - znacznie lepsze niż proporcja 3x dla modułów MOV samodzielnych.

Dodatkowy obwód monitorujący jest zintegrowany, aby wykrywać awarie komponentów. Gdy wewnętrzne elementy ulegają degradacji, węzeł monitorujący przechodzi z otwartego do zamkniętego, sygnalizując awarię SPD. Tabela 1 porównuje wydajność modułów MOV samodzielnych i połączonego obwodu rozładowania SPD w identycznych warunkach.

Ten nowy typ SPD ma prąd resztkowy, ale może kontrolować napięcie przepustowe na bardzo niskim poziomie (poniżej 10 μA). Ponadto może utrzymać parametry prądu resztkowego niezmienione i szybko odłączyć się po zniknięciu napięcia przepustowego. Jest to idealny produkt stosowany w obwodzie wtórnym transformatorów napięcia.

SPD używa połączonego obwodu rozładowania, zastępując pojedynczy moduł warystora tlenku cynku, dostarczając techniczne środki ochrony przed napięciem przepustowym dla obwodu wtórnego transformatora napięcia. Może unikać problemu zwiększonego prądu resztkowego po wielokrotnej ekspozycji obwodu SPD na piorun lub napięcie przepustowe pracy. Ponadto, w przypadku zniszczenia i awarii, nie wystąpi zjawisko zwarcia. Jeśli SPD ma miejsca awarii, takie jak zniszczenie i zwarcie, personel operacyjny i konserwacyjny może być uprzedzony przez punkt kontaktowy alarmowy SPD, unikając problemów z błędem działania lub brakiem działania ochrony.

3. Podsumowanie

W rzeczywistym procesie użytkowania, SPD przy użyciu połączonego obwodu ma wartość prądu resztkowego praktycznie niezmienioną od początku do awarii (po uszkodzeniu, jest bezpośrednio odłączane) i może być kontrolowana poniżej 3 μA. Ponadto, SPD może wygodnie dostarczyć punkt kontaktowy do monitorowania awarii przez połączone obwody, co ułatwia personelowi operacyjnemu i konserwacyjnemu monitorowanie.

Przez zastosowanie technologii tłumienia napięcia przepustowego dla połączonego obwodu wtórnego transformatora napięcia, unika się ryzyka błędnego działania lub braku działania ochrony spowodowanego ukrytymi zagrożeniami ziemnego SPD w obwodzie wtórnym transformatora napięcia. Prawdziwie realizuje ochronę przed piorunami i napięciem przepustowym pracy w obwodzie wtórnym transformatora napięcia, zapewniając bezpieczne działanie wtórnego sprzętu energetycznego w trudnych warunkach pogodowych i sytuacjach awaryjnych.