Võiduke kaitsemeetmete analüüs jaotusmuunduritele

Distributsioonitransformatoreid kaitsevate ookeste kaitsummeetmete analüüs

Ookeste löögiinvangu eest kaitsemiseks ja distributsioonitransformatore juhtimisel tagamiseks esitab see artikkel rakendatavaid ookeste kaitsummeetmeid, mis suudavad tõhusalt parandada nende ookekindluse võimet.

1. Distributsioonitransformatoreid kaitsevad ookeste kaitsummeetmed

1.1 Paigaldage ülepinge piirajad distributsioonitransformatori kõrgepinge (HV) küljele.
Vastavalt SDJ7–79 Elektriseadmete ülepingekaitse projekteerimise tehniline eeskiri: „Distributsioonitransformatori kõrgepinge külge tuleb tavaliselt paigaldada ülepinge piirajaid. Piiraja maandusjuhe, madalpinge (LV) mähise nullpunkt ja transformatoritank tuleb omavahel ühendada ja maa ühendada.“ Seda konfiguratsiooni soovitatakse ka DL/T620–1997 Vahelduvvoolu elektriseadmete ülepingekaitse ja isoleerimiskoordineerimine, mille avaldas Hiina elektrienergia asutus.

Siiski näitavad ulatuslikud uuringud ja praktika, et isegi ainult kõrgepinge poole piirajatega võivad transformatori rikkeid esineda ookeste löökide korral. Tüüpilistes piirkondades on aastane rikkete sagedus umbes 1%; kõrge ookeaktiivsusega piirkondades võib see jõuda ligikaudu 5%ni; ja eriti rasketes äikesealades (nt piirkonnas rohkem kui 100 äikese päeva aastas), võib aastane rikkete sagedus tõusta ligi 50%. Peamine põhjus on edasi- ja tagurpidi ajutised ülepinged, mis tekivad, kui ookeste löök invadeerib kõrgepinge mähise.

• Tagurpidi teisendusülepinge:
  Kui ookeste löök (3–10 kV) tungib kõrgepinge külge, lastakse piiraja läbi, tekitades suure impulssvoolu, mis voolab maandustakistuse kaudu, lootes pingelanguse. See pinge tõstab LV mähise nullpunkti potentsiaali. Kui LV liin on pikk, toimib see nagu lainetakistus maale. Seetõttu voolab suur impulssvool LV mähise kaudu. Kuna kolmefaasilised LV voolud on suuruselt ja suunas võrdsed, tekitavad nad tugeva nulljärjestiku magnetvoogu, mis – läbi transformatori pöörete suhte – indutseerib väga kõrged ajutised pingerõhkused kõrgepinge mähises. Kuna kõrgepinge mähis on tähega ühendatud ja nullpunkt pole maandatud, ei eksisteeri kõrgepinge poolel ringvoolu, mis seda voogu kompenseeriks. Seega toimib kogu LV impulssvool magnetiseerivana, tekitades kõrge induktiivpinge kõrgepinge nullotsas – kus isolatsioon on kõige haavatavam. Lisaks suurenevad oluliselt pöörde ja kihi vahelised pingerõhud, ohustades isolatsiooni purunemist mujal. See nähtus – mille algatas kõrgepinge poole löök, kuid mis tekitas ülepinge läbi LV elektromagnetilise sidumise – on tuntud kui tagurpidi teisendus.
• Edaspidi teisendusülepinge:
  Kui ookeste löök siseneb LV liini kaudu, voolab impulssvool LV mähise kaudu, tekitades kõrgepinge mähises kõrge pinge pöörete suhte kaudu. See tõstab märgatavalt kõrgepinge nullpunkti potentsiaali ja suurendab kihi ja pöörde vahelist pingerõhku. See protsess, kus LV poole löök tekitab ülepinge kõrgepinge poolel, nimetatakse edaspidi teisenduseks. Testid näitavad, et 10 kV LV löögi ja 5 Ω maandustakistuse korral võib kõrgepinge mähise kihi vaheline pingerõhk ületada transformatori täislaine impulsskindluse enam kui 100%, põhjustades vältimatult isolatsiooni rikke.

1.2 Paigaldage tavapärased ventiil-tüüpi või metalloksiidi ülepinge piirajad LV küljele.
Selles konfiguratsioonis on nii HV kui ka LV piirajate maandusjuht, LV nullpunkt ja transformatoritank omavahel ühendatud ja maa ühendatud (seda tuntakse sageli „nelja punkti ühendusena“ või „kolm ühes maandusena“).

Praktikavaatlused ja eksperimentaalne uurimustöö kinnitavad, et isegi hästi isoleeritud transformatorite puhul ei saa ainult HV-poole piirajatega takistada rikkeid edasi- või tagurpidi teisendusülepingete korral. HV piirajad ei pakku kaitset neile sisevaldkonna ajutistele nähtustele. Kihi ja pöörde vahelised pingerõhud on proportsionaalsed pöördekogusega ja sõltuvad mähise geomeetriast – rikkeid võib esineda mähise alguses, keskel või lõpus, kusjuures viimane ots on kõige haavatavam. LV-poolele lisatud piirajad piiravad tõhusalt nii edaspidi kui ka tagurpidi teisendusülepingeid.

1.3 Eraldi maandus HV ja LV poolte jaoks.
Selles meetodis maandatakse HV piiraja eraldi, samas kui LV nullpunkt ja transformatoritank on omavahel ühendatud ja eraldi maa ühendatud (ilma LV piirajata).

Uuringud näitavad, et see meetod kasutab maa summutust, et suurel määral elimineerida tagurpidi teisendusülepinge. Edaspidi teisenduse osas näitavad arvutused, et vähendades LV maandustakistust 10 Ω-lt 2,5 Ω-le, võib kõrgepinge poole ülepinget langetada ligikaudu 40%. Õigesti töödeldud LV maandussüsteemiga saab edaspidi teisendusülepinget tõhusalt leevendada. See lahendus on lihtne ja kuluefektiivne, kuigi nõuab madalat LV maandustakistust, andes sellel suurt praktilist väärtust.

Peale mainitud on teisi meetmeid nagu tasakaalustavate mähiste paigaldamine transformatori tuuma kaitseks teisendusülepingete eest või metalloksiidi varistorite (MOVs) paigaldamine transformatori sisse.

2. Ookeste kaitsummeetmete rakendamine

Ülaltoodud analüüs näitab, et igal kaitsemeetmel on oma eripärad. Piirkondade tuleb valida sobiv strateegia kohaliku äikesetugevuse järgi (mõõdetuna äikese päevadena aastas):

• Madal uksete alad (nt lahed): Kõrgepinge kaitseelement on piisav madala aastase väljumiste tõenäosuse tõttu.
• Mõõdukate uksete alad: Paigalda kaitseelementideid nii kõrgepinge- kui ka madalapinge pool.
• Kõrge uksete alad: Üksikud meetmed on sageli ebapiisavad. Soovitatakse koguliku lähenemist: kõrgepinge kaitseelement eraldi maandamisega, lisaks sidus madalapinge kaitseelement, madalapinge neutraal ja tank, mis on ühendatud eraldi maandussüsteemiga.
• Tugevad uksete piirkonnad (eriti kohad, kus aastased väljumiste tõenäosused jäävad kõrgeks isegi kogulike meetmete kasutamisel): Tehnilise ja majandusliku hindamise järel kaaluge edasijõudlikke lahendusi, nagu tuumapiirilised tasakaalustuskierted (st uute tüüpi uksekaitstud transformatood) või sisuliselt paigaldatud metallioksiidi impulsskaitseelementid.

3. Järeldus

Jaotustransformatorite uksekaitsemeetodid varieeruvad laialdaselt ning asukohatingimused on erinevates piirkondades oluliselt erinevad. Kaitsemeetmete valimine kohalike tingimuste põhjal ja operatsioonihalduse tugevdamine võimaldavad elektrivõrkudele oluliselt parandada jaotustransformatorite uksekaitse- ja usaldusväärsuse tasemeid.