Питання та рішення для вторинних колій напругових перетворювачів

Ця стаття аналізує вищезазначену ситуацію глибоко та підсумовує технічні заходи для вирішення проблем.

1. Основні проблеми продуктів SPD у вторинних колах напруги

На даний момент, як в Україні, так і за кордоном, існують SPD без залишкового струму (перемикальні типи грозозахисних пристроїв). Їх основні внутрішні розрядні кола використовують розрядні трубки/зазори, що мають високу розрядну струмопровідність (вищу за оксид цинку варистори). Однак, вони мають фатальні недоліки: слабка обмеження напруги, напруга витягування дуги та довгий час відгуку (до 100 нс). Це не дозволяє вторинному колу отримати належну захист. Більше того, напруга витягування дуги часто знижує напругу вторинного кола трансформатора напруги (100 В) до кількох вольт, що призводить до втрати напруги високонапіжної лінії системи вимірювання та контролю. Таким чином, перемикальні типи грозозахисних пристроїв не можна використовувати.

2. Рішення та основні зміст

Загальні елементи розряду SPD на ринку включають розрядну трубку CDT, варистор MOV з оксиду цинку та перехоплювач тимчасової напруги TVD. TVD має надзвичайно швидкий відгук (1 нс), добре обмежує напругу та малий залишковий струм (менше 1 мкА); він спалюється та відключається після пошкодження, не створюючи короткого замкнення. Але його розрядний струм низький (1 кА). Також CDT, GAP та TVD мають більшу витривалість на високонапіжні імпульси, ніж MOV, витримуючи 10 кВ імпульси без структурного пошкодження.

Поєднуючи переваги цих елементів та використовуючи комбіноване коло, було розроблено продукт (MOV в серії з паралельним CDT та TVD), як показано на рисунку 1.

Рисунок 1: Принцип розряду

При вторгненні блискавичної стріми до точки A, MOV спочатку не провідний. Однак, залишковий струм MOV рівномірно розподіляє потенціал між точками A та B. У цей момент TVS активується протягом 1 нс, створюючи пряме з'єднання між точками B та C. В результаті, повна напруга блискавиці прикладається до MOV між точками A та B. Оскільки напруга активації MOV Um становить лише 50% від загальної напруги активації комбінованого кола Uc, висока напруга прискорює активацію MOV, зменшуючи типовий час відгуку з 25 нс до приблизно 12,5 нс. Під час цього періоду, поки розрядний струм все ще буде зростати, пряме з'єднання від A до B заставляє більшість напруги блискавиці припадати на точки B та C (де максимальна струмопровідність TVD становить ~1 кА).

З точки зору проектування, напруга активації CDT становить 50% нижче Uc. Крім того, внутрішній опір RL частково провідного MOV створює падіння напруги, що підвищує напругу в точці B вище, ніж початкова напруга блискавиці. Тести показують, що це зменшує час активації CDT з 100 нс до 15 нс, дозволяючи всьому колу повністю проводити струм протягом 25 нс — що відповідає часу відгуку окремого MOV.

Після розряду незначний залишковий струм TVD та повне відключення CDT усувають проблеми залишкового струму MOV, запобігаючи потенційним аваріям. Для характеристики обмеження напруги, точна активація TVD (де напруга активації дорівнює напрузі обмеження) забезпечує низьку порогову напругу обмеження. При Um = 0.5Uc, напруга обмеження MOV в колі становить 1.5Uc, що дає загальну напругу обмеження комбінованого кола 2Uc — значно краще, ніж 3-кратний коефіцієнт для окремих модулів MOV.

Додатково інтегровано коло моніторингу для виявлення відмов компонентів. Коли внутрішні елементи виходять з ладу, вузол моніторингу переходе з відкритого в закритий, сигналізуючи про відмову SPD. Таблиця 1 порівнює характеристики окремих модулів MOV та комбінованого розрядного кола SPD у однакових умовах.

Цей новий тип SPD має залишковий струм, але може контролювати наднапругу на дуже низькому рівні (нижче 10 мкА). Крім того, він може зберігати параметри залишкового струму незмінними та швидко відключатися після зникнення наднапруги. Це ідеальний продукт, придатний для вторинного кола трансформаторів напруги.

SPD використовує комбіноване розрядне коло замість окремого модуля варистора оксиду цинку, надаючи технічні заходи захисту від наднапруги для вторинного кола трансформатора напруги. Це дозволяє уникнути проблеми збільшення залишкового струму після багаторазового впливу блискавиць або наднапруги. Однак, при пробою та виході з ладу не виникає явища короткого замкнення. Якщо SPD має дефекти, такі як пробій або коротке замикання, оператори та обслуговуючий персонал можуть бути повідомлені через контактну точку тривоги SPD, уникнувши проблем з помилковою роботою або невідповідною роботою захисту.

3. Висновки

У процесі реального використання, SPD, який використовує комбіноване коло, має значення залишкового струму практично незмінним від початку до виходу з ладу (після пошкодження він відключається безпосередньо), і може бути контроловано нижче 3 мкА. Крім того, SPD може зручно надати контактну точку моніторингу відмов через комбіноване коло, що сприяє легкості моніторингу для операторів та обслуговуючого персоналу.

Шляхом використання технології піднесення наднапруги для вторинного кола комбінованого трансформатора напруги, уникнено ризику неправильного або невідповідного захисту, спричиненого земельними скритими небезпеками SPD у вторинному колі трансформатора напруги. Це справді забезпечує захист від блискавиць та наднапруги у вторинному колі трансформатора напруги, забезпечуючи безпечну роботу електрообладнання в важких погодних умовах та при аварійних ситуаціях.