Анализ на мерките за защита от мълнии за разпределителните трансформатори

Анализ мерите за защита от мълнии на разпределителните трансформатори

За да се предотврати влизането на мълниеви импулси и да се гарантира безопасната работа на разпределителните трансформатори, тази статия представя приложими мерки за защита от мълнии, които могат ефективно да увеличат устойчивостта им към мълнии.

1. Мерки за защита от мълнии на разпределителните трансформатори

1.1 Установете гасители на перенапрежение на високоволтната (ВВ) страна на разпределителния трансформатор.
Според SDJ7–79 Технически кодекс за проектиране на защитата от перенапрежения на електроустановките: “Обикновено високоволтната страна на разпределителния трансформатор трябва да бъде защитена с гасители на перенапрежение. Проводникът за заземяване на гасителя, нейтралната точка на нисковолтната (НВ) обмотка и резервоарът на трансформатора трябва да бъдат свързани заедно и заземени.” Тази конфигурация се препоръчва и в DL/T620–1997 Защита от перенапрежения и координация на изолацията за акустични електроустановки, издаден от електроенергийната администрация на Китай.

Однако обширни изследвания и полеви опит показват, че дори само с гасители на ВВ страната, повредите на трансформаторите все още се случват при мълниеви импулси. В типични области годишната скорост на дефектност е около 1%; в райони с висока активност на мълнии, тя може да достигне приблизително 5%; и в крайно тежки грозни области (например, области с над 100 дни с грозни годишно), годишната скорост на дефектност може да достигне до около 50%. Основната причина са напредващите и обратни преходни перенапрежения, породени, когато мълниеви импулси вторгнат в ВВ обмотката.

• Обратно преобразуване на перенапрежение:
  Когато мълниев импулс (3–10 кV) вторгне в ВВ страната, гасителят разтоварва, причинявайки големината на импулсния ток да протече през съпротивлението за заземяване, създавайки падение на напрежението. Това напрежение повишава потенциала на нейтралната точка на НВ. Ако НВ линията е дълга, тя се държи като волново съпротивление към земята. Следователно, големина на импулсния ток протича през НВ обмотката. Тъй като трите-фазни НВ токове са равни по големина и посока, те генерираща силна нулева последователност на магнитен поток, който—чрез пропорцията на обмотките на трансформатора—индуцира екстремно високи преходни напрежения в ВВ обмотката. Тъй като ВВ обмотката е свързана в звезда с незаземена нейтрална точка, не съществува циркулиращ импулсен ток в ВВ страната, който да компенсира потока. Следователно, целият НВ импулсен ток действа като намагничващ ток, произвеждащ високо индуцирано напрежение в нейтралната точка на ВВ—където изолацията е най-уязвима. Освен това, градиентите на напрежението между витките и слоевете се увеличават значително, рискувайки изолационен пробив другаде. Този феномен—иницииран от ВВ-странски импулс, но индуциращ перенапрежение чрез НВ електромагнитна двуеточност—се нарича обратно преобразуване.
• Напредващо преобразуване на перенапрежение:
  Когато мълниев импулс влезе чрез НВ линия, импулсният ток протича през НВ обмотката, индуцирайки високо напрежение в ВВ обмотката чрез пропорцията на обмотките. Това драстично повишава потенциала на ВВ нейтралната точка и увеличава градиентите на напрежението между слоевете и витките. Този процес—където НВ-странски импулс индуцира перенапрежение на ВВ страната—се нарича напредващо преобразуване. Тестове показват, че при 10 кV НВ импулс и 5 Ω съпротивление за заземяване, градиентът на напрежението между слоевете в ВВ обмотката може да надхвърли напълно-вълновата импулсна устойчивост на трансформатора с повече от 100%, неизбежно причинявайки изолационен пробив.

1.2 Установете стандартни клапанни или металоксидни гасители на перенапрежение на НВ страната.
В тази конфигурация, проводниците за заземяване както на ВВ, така и на НВ гасители, нейтралната точка на НВ и резервоарът на трансформатора са свързани заедно и заземени (често наричано “четири точки за свързване” или “три в едно заземяване”).

Полеви данни и експериментални изследвания потвърждават, че дори за трансформатори с добра изолация, само ВВ гасители не могат да предотвратят повреди от напредващи или обратни преобразувания на перенапрежения. ВВ гасители не предлагат защита срещу тези вътрешно генерираны преходни явления. Резултантните градиенти на напрежението между слоевете и витките са пропорционални на броя на витките и зависят от геометрията на обмотката—повредите могат да се появят в началото, средата или края на обмотката, с терминалния край, който е най-уязвим. Добавянето на НВ гасители ефективно ограничава както напредващите, така и обратните преобразувания на перенапрежения.

1.3 Разделено заземяване на ВВ и НВ страни.
В този подход, ВВ гасителят е заземен независимо, докато НВ нейтралната точка и резервоарът на трансформатора са свързани и заземени отделно (без НВ гасител).

Изследвания показват, че този метод използва земното затихване, за да елиминира в голяма степен обратното преобразувание на перенапрежението. За напредващото преобразувание, изчисленията показват, че намаляването на съпротивлението за заземяване на НВ от 10 Ω до 2.5 Ω може да намали перенапрежението на ВВ страната с приблизително 40%. С правилно обработване на системата за заземяване на НВ, напредващото преобразувание на перенапрежението може да бъде ефективно намалено. Това решение е просто и икономично, въпреки че изисква ниско съпротивление за заземяване на НВ, давайки му значителна практическа стойност.

Освен гореспоменатото, други мерки включват установяване на балансиращи обмотки на ядрото на трансформатора, за да се подавят преобразуванията на перенапрежението, или вграждане на металоксидни варистиори (MOVs) вътре в трансформатора.

2. Приложение на мерките за защита от мълнии

Анализът по-горе показва, че всяка методика за защита има свои отличителни характеристики. Регионите трябва да избират подходящи стратегии, базирани на местната интензивност на грозите (измервана в дни с грози годишно):

• Области с малко мълнии (например равнини): Само грознопотенциалният апарат е достатъчен поради ниската годишна частота на дефекти.
• Области с умерено количество мълнии: Инсталирайте апарати за защита както на високопотенциалната, така и на нископотенциалната страна.
• Области с много мълнии: Единични мерки често не са достатъчни. Препоръчителен е комплексен подход: грознопотенциален апарат с независимо заземление, плюс свързан нископотенциален апарат, нейтрален проводник на нископотенциалната страна и резервоар, свързани с отделна система за заземляване.
• Зони с тежки мълнии (особено когато годишната частота на дефекти остава висока, несмотря на комплексните мерки): След техническа и икономическа оценка, разгледайте напредъкът решения, като балансиращи витки, монтирани в ядрото (т.е. нов тип мълниеустойчиви трансформатори) или вградени металооксидни апарати за защита.

3. Заключение

Методите за защита от мълнии на дистрибутивните трансформатори се различават значително, а условията на местността са различни в различните региони. Избирайки схеми за защита в зависимост от местните условия и подобрявайки управлението на експлуатацията, електроенергийните компании могат да подобрят значително устойчивостта и надеждността на дистрибутивните трансформатори пред мълнии.