Проблемы и решения для вторичных цепей трансформаторов напряжения

В данной статье проводится глубокий анализ вышеупомянутой ситуации и подводятся технические меры для решения проблем.

1. Основные проблемы продуктов SPD в вторичных цепях трансформаторов напряжения

В настоящее время существуют бестоковые SPD (переключающиеся грозозащитные устройства) как внутри страны, так и за рубежом. Их основные внутренние разрядные цепи используют разрядные трубки/щели, обладающие высокой пропускной способностью разрядного тока (превышающей оксид цинка). Однако у них есть фатальные недостатки: слабое ограничение напряжения, напряжение отрыва дуги и длительное время реакции (до 100 нс). Эти факторы препятствуют надлежащей защите оборудования вторичных цепей. Более того, напряжение отрыва дуги часто снижает напряжение вторичной цепи трансформатора напряжения (100 В) до нескольких вольт, что приводит к тому, что система измерения и контроля показывает потерю напряжения на высоковольтной линии. Таким образом, переключающиеся грозозащитные устройства непригодны для использования.

2. Решения и основное содержание

Основные элементы разряда SPD, представленные на рынке, включают разрядную трубку CDT, оксид цинка MOV и транзисторный ограничитель напряжения TVD. TVD имеет сверхбыстрое время реакции (1 нс), хорошее ограничение напряжения и малый остаточный ток (ниже 1 μA); при повреждении он сгорает и отключается, не вызывая короткого замыкания. Однако его пропускная способность разрядного тока низкая (1 кА). Также CDT, GAP и TVD имеют более высокую способность выдерживать импульсы высокого напряжения, чем MOV, выдерживая 10-киловольтовые импульсы без структурного повреждения.

Объединяя преимущества этих элементов и используя комбинированную схему, разработан продукт (MOV, соединенный последовательно с параллельными CDT и TVD), как показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Принцип разряда

Когда молниевый ток проникает в точку A, MOV остается непроводящим. Однако остаточный ток MOV выравнивает потенциал между точками A и B. В этот момент TVS активируется в течение 1 нс, создавая прямой путь между точками B и C. В результате полное напряжение молнии прикладывается к MOV между точками A и B. Поскольку напряжение активации MOV Um составляет всего 50% от напряжения активации комбинированной схемы Uc, высокое напряжение ускоряет активацию MOV, сокращая его типичное время реакции с 25 нс до примерно 12,5 нс. В этот период, пока разрядный ток еще набирается, прямой путь от A к B заставляет большую часть напряжения молнии приходиться на точки B и C (где максимальная пропускная способность TVD составляет около 1 кА).

С точки зрения проектирования, напряжение активации CDT на 50% ниже, чем Uc. Кроме того, внутреннее сопротивление RL частично проводящего MOV создает падение напряжения, которое повышает напряжение в точке B выше начального напряжения молнии. Тестирование показывает, что это сокращает время активации CDT с 100 нс до 15 нс, позволяя всей схеме полностью проводить в течение 25 нс — соответствующее времени реакции отдельного MOV.

После разряда незначительный остаточный ток TVD и полное отключение CDT устраняют проблемы остаточного тока MOV, предотвращая потенциальные опасности. Для характеристики ограничения напряжения точное активирование TVD (где напряжение активации равно напряжению ограничения) обеспечивает низкий порог ограничения. Учитывая, что Um = 0.5Uc, напряжение ограничения MOV в схеме составляет 1.5Uc, что приводит к общему напряжению ограничения комбинированной схемы 2Uc — значительно лучше, чем 3-кратное соотношение отдельных модулей MOV.

Дополнительно интегрирована схема мониторинга для обнаружения отказов компонентов. Когда внутренние элементы деградируют, узел мониторинга переходит из открытого состояния в закрытое, сигнализируя о неисправности SPD. Таблица 1 сравнивает производительность отдельных модулей MOV и комбинированной разрядной схемы SPD в одинаковых условиях.

Этот новый тип SPD имеет остаточный ток, но может контролировать перенапряжение на очень низком уровне (ниже 10 μA). Кроме того, он может сохранять параметры остаточного тока неизменными и быстро отключаться после исчезновения перенапряжения. Это идеальный продукт, применимый к вторичным цепям трансформаторов напряжения.

SPD использует комбинированную разрядную схему, заменяющую одиночный модуль оксида цинка, предоставляя технические меры защиты от перенапряжения для вторичной цепи трансформатора напряжения. Это позволяет избежать проблемы увеличения остаточного тока по мере старения после воздействия молнии или операционного перенапряжения несколько раз. Кроме того, при пробое и отказе не будет короткого замыкания. Если в SPD возникнут места отказа, такие как пробой и короткое замыкание, операционный и технический персонал могут быть оповещены через контактную точку тревоги SPD, избегая проблем с неправильной или неработающей защитой.

3. Заключение

В процессе фактического использования значение остаточного тока SPD, использующего комбинированную схему, практически не изменяется от начала до отказа (после повреждения он сразу отключается) и может быть контролируемым ниже 3 μA. Кроме того, SPD удобно предоставляет контактную точку для мониторинга отказов через комбинированную схему, что облегчает мониторинг для операционного и технического персонала.

Применение технологии подавления перенапряжения для вторичной цепи объединенного трансформатора напряжения позволяет избежать риска неправильной или неработающей защиты, вызванной скрытыми дефектами заземления SPD во вторичной цепи трансформатора напряжения. Это действительно обеспечивает защиту от молнии и операционного перенапряжения во вторичной цепи трансформатора напряжения, гарантируя безопасную работу вторичного оборудования в условиях суровых погодных условий и аварийных ситуаций.