Problemi SPD i rešenja za sekundarne krugove naponskih transformatora

Ovaj rad analizira navedenu situaciju u detalju i sažima tehničke mere za rešavanje problema.

1. Glavni problemi proizvoda SPD u sekundarnim krugovima naponskih transformatora

Trenutno, u zemlji i inozemstvu postoje prekidni uređaji SPD (prekidač tipa zaštite od gremlja) bez ostataka struje. Njihovi glavni unutrašnji ispitivaci koriste ispitivačke cevi/razmake, sa visokom kapacitetom ispitivačke struje (premašuju varistori na bazi cinka oksida). Međutim, imaju fatalene nedostatke: loše ograničavanje napona, napon izvlačenja lukove i dugačko vreme odziva (do 100 ns). Ovo sprečava pravilnu zaštitu opreme u sekundarnom krugu. Štaviše, napon izvlačenja lukova često snižava napon u sekundarnom krugu naponskog transformatora (100 V) na nekoliko volta, što dovodi do toga da sistem merenja i upravljanja pokazuje gubitak napona visokonaponske linije. Stoga, prekidač tipa zaštite od gremlja nije primenljiv.

2. Rešenja i glavni sadržaji

Zajednički elementi ispitivanja jezgra SPD na tržištu uključuju ispitivačku cev CDT, varistor MOV na bazi cinka oksida i privremeni ispitivač naponskih supresora TVD. TVD ima ultra-brzo vreme odziva (1 ns), dobro ograničavanje napona i mali ostatak struje (ispod 1 μA); nakon oštećenja sagorijevaju i odsecaju se, bez kvarne veze. Međutim, njegov ispitivački tok je nizak (1 kA). Takođe, CDT, GAP i TVD imaju jaču sposobnost otpornosti na visokonaponske impulse nego MOV, mogući su izdržati impulse od 10 kV bez strukturnog oštećenja.

Kombinovanjem prednosti ovih elemenata i korišćenjem kombinovane šeme, dizajniran je proizvod (MOV u seriji sa paralelnim CDT i TVD), kao što je prikazano na Slici 1.

Slika 1: Princip ispitivanja

Kada gremljanska struja udari tačku A, MOV početno ostaje neispitevan. Međutim, ostatak struje MOV ravnomera potencijal između tačaka A i B. U tom trenutku, TVS aktivira unutar 1 ns, stvarajući direktnu putanju između tačaka B i C. Kao rezultat, celokupan napon gremlja primenjuje se između tačaka A i B na MOV. Budući da je napon aktivacije MOV Um samo 50% od ukupnog napona aktivacije kombinovane šeme Uc, visoki napon ubrzava aktivaciju MOV, smanjujući tipično vreme odziva od 25 ns na oko 12,5 ns. Tokom ovog perioda, dok se ispitivački tok još uvek gradi, direktna putanja od A do B prisiljava većinu napona gremlja između tačaka B i C (gde je maksimalna kapacitet struje TVD ~1 kA).

Sa aspekta dizajna, napon aktivacije CDT je 50% niži od Uc. Takođe, unutrašnji otpor RL djelomično ispitivanog MOV-a stvara pad napona koji podiže napon na tački B iznad početnog napona gremlja. Testovi pokazuju da se ovo smanjuje vreme aktivacije CDT od 100 ns na 15 ns, omogućavajući celoj šemi da se kompletno ispije unutar 25 ns - što odgovara vremenu odziva samostalnog MOD-a.

Nakon ispitivanja, zanemarljivi ostatak struje TVD i potpuno odsecanje CDT eliminiraju probleme s ostatkom struje MOV-a, sprečavajući potencijalne opasnosti. Za performanse ograničavanja napona, precizna aktivacija TVD (gde napon aktivacije jednak je naponu ograničavanja) osigurava nisku granicu ograničavanja. Uz Um = 0.5Uc, napon ograničavanja MOV-a unutar šeme je 1.5Uc, što rezultira ukupnim naponom ograničavanja kombinovane šeme od 2Uc - znatno bolje od 3x omjera samostalnih modula MOV-a.

Dodatno je integrisan nadzorni krug za detekciju kvarova komponenti. Kada se unutrašnji elementi degradiraju, čvor nadzora prelazi iz otvorenog u zatvoreno stanje, signalizirajući kvar SPD. Tabela 1 upoređuje performanse samostalnih modula MOV-a i kombinovane ispitivačke šeme SPD pod identičnim uslovima.

Ovaj novi tip SPD ima ostatak struje, ali može kontrolisati prekomjerni napon na vrlo niskom nivou (ispod 10 μA). Takođe, može održavati parametre ostatka struje nepromenjenima, i brzo se odseca nakon nestanka prekomjernog napona. To je idealan proizvod primenljiv na sekundarni krug naponskih transformatora.

SPD koristi kombinovanu ispitivačku šemu umesto pojedinačnog modula varistora na bazi cinka oksida, pružajući tehnološke mere za zaštitu od prekomjernog napona u sekundarnom krugu naponskog transformatora. Može se izbegnuti problem povećanog ostatka struje nakon višestrukih uticaja gremlja ili operativnog prekomjernog napona. Također, kada dođe do propadanja i kvara, neće biti kvarne veze. Ako SPD ima kvarne lokacije, poput propadanja i kvarne veze, održavajući i servisni osoblje može biti upozoreno kroz kontakt alarme SPD-a, sprečavajući nastanak problema sa pogrešnim radom ili nepravilnim radom zaštite.

3. Zaključak

U stvarnoj upotrebi, SPD koji koristi kombinovanu šemu ima vrednost ostatka struje praktično nepromenjenu od početka do kvara (nakon oštećenja, direktno se odseca), i može se kontrolisati ispod 3 μA. Takođe, SPD može praktično pružiti kontakt za nadzor kvarova kroz kombinovanu šemu, što je lako za nadzor održavajućeg i servisnog osoblja.

Usvojavanjem tehnologije za potisk prekomjernog napona u sekundarnom krugu kombinovanog naponskog transformatora, izbegavaju se rizici od pogrešnog rada ili nepravilnog rada zaštite uzrokovani skrivenim opasnostima zemljišta SPD-a u sekundarnom krugu naponskog transformatora. Stvarno se realizuje zaštita od gremlja i operativnog prekomjernog napona u sekundarnom krugu naponskog transformatora, obezbeđujući siguran rad sekundarne opreme u ekstremnim vremenskim uslovima i situacijama nesreće.