Ontleding van Bliksemskyningsmaatreëls vir Verteilingstransformer

Analise van Bliksemskynbeskermingsmaatreëls vir Verteilingsvervormers

Om bliksemstootintrusie te verhoed en die veilige operasie van verteilingsvervormers te verseker, bied hierdie dokument toepaslike bliksemskynbeskermingsmaatreëls aan wat hul weerstand teen bliksem effektief kan verhoog.

1. Bliksemskynbeskermingsmaatreëls vir Verteilingsvervormers

1.1 Installeer skynbeskermers op die hoëspannings (HS) kant van die verteilingsvervormer.
Volgens SDJ7–79 Tegniese Kode vir Oorspanningsbeskermingsontwerp van Elektriese Utrustings: “Die HS-kant van 'n verteilingsvervormer moet in die algemeen deur skynbeskermers beskerm word. Die grondleier van die skynbeskermers, die neutrale punt van die laespannings (LS) spoel, en die vervormerhouer moet saam verbonden en geaard word.” Hierdie konfigurasie word ook aanbeveel in DL/T620–1997 Oorspanningsbeskerming en Isoleringkoördinering vir Wisselstroomelektriese Installasies uitgereik deur China se elektrisiteitsgesag.

Grootskale navorsing en veldervaring wys egter dat selfs met slegs HS-kant skynbeskermers, vervormerfoute steeds voorkom onder bliksemstote. In tipiese areas is die jaarlikse fouterate ongeveer 1%; in hoogbliksemareas kan dit ongeveer 5% bereik; en in uiterst swaar donderstormareas (bv. areas met meer as 100 donderdag per jaar), kan die jaarlikse fouterate tot ongeveer 50% styg. Die hoofoorzaak is voor- en agterwaartse transiënte oorvoltinge wat wanneer bliksemstote die HS-spoel binnekom, veroorsaak word.

• Agterwaartse Transformatie-Oorvolting:
  Wanneer 'n bliksemstoot (3–10 kV) die HS-kant binnekom, ontlad die skynbeskermers, wat 'n groot impulsstroom deur die grondweerstand laat vloei, 'n spanningsval skep. Hierdie spanning verhoog die potensiaal van die LS-neutrale punt. As die LS-lyn lang is, gedra dit soos 'n golfimpedansie na die grond. Gevolglik vloei 'n groot impulsstroom deur die LS-spoel. Aangesien die drie-fase LS-strome in grootte en rigting gelyk is, genereer hulle 'n sterk nulreeksmagnetisme, wat via die verhouding van die spoolwendinge, uitermate hoë transiënte voltinge in die HS-spoel induseer. Omdat die HS-spoel ster-verbind is met 'n ongeaarde neutrale, bestaan daar geen omloopimpulsstroom aan die HS-kant om die flux te balanseer nie. Dus, die volledige LS-impulsstroom funksioneer as magnetiseringsstroom, wat 'n hoë geïnduseerde volting by die HS-neutrale einde produseer — waar die isolering die mees kwetsbaar is. Verder neem die inter-wending- en inter-laag-spanningsgradiënte beduidend toe, wat ander isoleringsinstorting riskeer. Hierdie verskynsel — begin deur 'n HS-kant stoot maar oorvolting via LS-elektromagnetiese gekoppelde inducerend — staan bekend as agterwaartse transformatie.
• Voorwaartse Transformatie-Oorvolting:
  Wanneer 'n bliksemstoot deur die LS-lyn binnekom, vloei 'n impulsstroom deur die LS-spoel, wat 'n hoë volting in die HS-spoel deur die wendingverhouding induseer. Dit verhoog drasties die HS-neutrale potensiaal en verhoog die inter-laag- en inter-wending-spanningsgradiënte. Hierdie proses — waar 'n LS-kant stoot oorvolting op die HS-kant induseer — staan bekend as voorwaartse transformatie. Toetse wys dat met 'n 10 kV LS-stoot en 'n 5 Ω grondweerstand, die inter-laagspanningsgradiënt in die HS-spoel die volledige golflengte impulsweerstand van die vervormer met meer as 100% kan oorskry, wat onvermydelik tot isoleringsinstorting lei.

1.2 Installeer konvensionele ventiel- of metaaloxide-skynbeskermers aan die LS-kant.
In hierdie konfigurasie word die grondleiers van beide HS- en LS-skynbeskermers, die LS-neutrale punt, en die vervormerhouer saam verbonden en geaard (vaak bekend as “vier-punt binding” of “drie-in-een gronding”).

Velddata en eksperimentele studies bevestig dat selfs vir vervormers met goeie isolering, slegs HS-kant skynbeskermers nie skade as gevolg van voor- of agterwaartse transformatie-oorvoltinge kan voorkom nie. HS-skynbeskermers bied geen beskerming teen hierdie binne-geskynstote nie. Die resulterende spanningsgradiënte tussen lae en wendinge is eweredig aan die aantal wendinge en hang af van die spoelgeometrie — foute kan by die begin, middel, of einde van die spoel voorkom, met die eindpunt die mees kwetsbaar. Die byvoeging van LS-kant skynbeskermers beperk effektief beide voor- en agterwaartse transformatie-oorvoltinge.

1.3 Aparte gronding vir HS- en LS-kante.
In hierdie benadering word die HS-skynbeskermers apart geaard, terwyl die LS-neutrale punt en die vervormerhouer saam verbonden en apart geaard word (sonder 'n LS-skynbeskermers).

Navorsing wys dat hierdie metode gebruik maak van aarde-afzwakking om agterwaartse transformatie-oorvolting grootliks te elimineer. Vir voorwaartse transformatie wys berekeninge dat die vermindering van die LS-grondweerstand van 10 Ω tot 2.5 Ω die HS-kant oorvolting met ongeveer 40% kan verlaag. Met die regte behandeling van die LS-grondstelsel kan voorwaartse transformatie-oorvolting effektief verminder word. Hierdie oplossing is eenvoudig en koste-effektief, alhoewel dit 'n lae LS-grondweerstand vereis, wat dit groot praktiese waarde gee.

Behalwe die bo-gegee, sluit ander maatreëls in die installasie van balansspuele op die vervormerker om transformatie-oorvoltinge te onderdruk of metaaloxide varistors (MOVs) binne die vervormer te bedel.

2. Toepassing van Bliksemskynbeskermingsmaatreëls

Die analise hierbo wys dat elke beskermingsmetode unieke kenmerke het. Gebiede moet gepaste strategies kies gebaseer op plaaslike donderstormintensiteit (gemete in donderdag per jaar):

• Areas met min lightning (bv. vlaktes): 'n HV-kant onweerskerm is voldoende as gevolg van lae jaarlikse foute.
• Areas met matige lightning: Installeer onweerskerms aan beide die HV- en LV-kante.
• Areas met hoë lightning: Enkele maatreëls is dikwels onvoldoende. 'n omvattende benadering word aanbeveel: HV-onweerskerm met onafhanklike gronding, plus gekoppelde LV-onweerskerm, LV-neutraal, en tank verbonden aan 'n afsonderlike grondstelsel.
• Areas met ernstige lightning (veral waar jaarlikse foute hoog bly ondanks omvattende maatreëls): Na 'n tegniese en ekonomiese evaluering, oorweeg gevorderde oplossings soos kerngebaseerde balanseringswindings (d.w.s. nuutype onweerbestendige transformateurs) of intern geïnstalleerde metaaloxidevlugtigheidsontladers.

3. Gevolgtrekking

Onweersbeskermingsmetodes vir verspreidingstransformateurs wissel wye, en plasingstoestande verskil beduidend oor verskillende areas. Deur beskermingskemas te kies gebaseer op plaaslike toestande, en deur operasionele bestuur te versterk, kan elektrisiteitsverskaffers die onweerstandbaarheid en betroubaarheid van verspreidingstransformateurs aansienlik verbeter.