Jakoamisen suojalaitteiden toimenpiteiden analyysi jakautujille muuntajille

Jakoamme suojatoimet jakautujen muuntajien suojaamiseksi salamalta

Salaman puhkeamisen estämiseksi ja jakautujen muuntajien turvallisen toiminnan varmistamiseksi tässä artikkelissa esitellään sovellettavia salamasuojatoimia, jotka voivat tehokkaasti parantaa niiden salamankestävyyttä.

1. Jakautujen muuntajien salamasuojatoimet

1.1 Asenna salamasuoja korkean jännitteen (KV) puolelle jakautun muuntajan.
SDJ7–79 Sähköasemat ja -laitteet, ylivolttisuojan suunnittelun tekniset vaatimukset: “Jakautun muuntajan KV-puolen tulisi yleensä suojata salamasuojalla. Salamasuojan maajohde, alijännitteisen (AV) kyynärän neutraalipiste ja muuntajan tankki on yhdistettävä ja maannutettava.” Tätä konfiguraatiota suositellaan myös Kiinan sähköalan viranomaisen DL/T620–1997 Vaihtosähköasemat, ylivolttisuojan ja eristyskoordinoinnin suunnittelu mukaan.

Kuitenkin laaja tutkimus ja kenttäkokemus osoittavat, että vaikka käytettäisiinkin vain KV-puolen salamasuojia, muuntajissa tapahtuu edelleen vikoja salamanpurkauksissa. Tyypillisillä alueilla vuotuinen vika-aste on noin 1 %; korkean salaman alueilla se voi nousta noin 5 %:iin; ja äärimmäisesti raskaassa ukkosalueessa (esimerkiksi alueilla, joilla on yli 100 ukkospäivää vuodessa) vuotuinen vika-aste voi nousea noin 50 %:iin. Pääasiallinen syy on eteen- ja taaksepäin suuntautuvat väliaikaiset ylivoltit, jotka aiheutuvat salamanpurkauksen invaasiosta KV-kyynärään.

• Taaksepäin suuntautuva muuntoyhdistelmäylivoltti:
  Kun salamanpurkauksen (3–10 kV) tulee KV-puolelle, salamasuoja purkautuu, mikä aiheuttaa suuren impulssiennustimen virtaan maajänniteen läpi, mikä luo jännitelaskun. Tämä jännitelasku nostaa AV-neutraalipisteen potentiaalia. Jos AV-johto on pitkä, se käyttäytyy kuin aaltoimpedanssi maasta. Tämän seurauksena suuri impulssiennustimen virta kulkee AV-kyynärän läpi. Koska kolmen vaiheen AV-virrat ovat samansuuruisia ja suuntaisia, ne tuottavat vahvan nollajärjestysmagneettisen fluxin, joka induktiivisesti tuottaa äärimmäisen korkeita väliaikaisjännitteitä KV-kyynärään muuntajan kytkentäsuhteiden kautta. Koska KV-kyynärä on tähtiyhdistetty eikä sen neutraali ole maannutettu, ei ole pyöriä impulssiennustimen virtaa KV-puolella, joka vastustaisi fluxia. Siksi koko AV-impulssiennustimen virta toimii magnetisoivana virtana, tuottaen korkean induktiivisen jännitteen KV-neutraalipisteen lopussa – missä eristyksen on kaikkein haavoittuvain. Lisäksi väliviiva- ja kerrosväliset jännitegradientit kasvavat merkittävästi, mikä lisää eritysromahdusriskiä muualla. Tämä ilmiö, joka aloitetaan KV-puolen purkauksella mutta induktiivisesti tuottaa ylivoltin AV-sähkömagneettisen kytkennän kautta, tunnetaan taaksepäin suuntautuneena muuntoyhdistelmäylivolttina.
• Eteenpäin suuntautuva muuntoyhdistelmäylivoltti:
  Kun salamanpurkauksen tulee AV-johtoa kautta, impulssiennustimen virta kulkee AV-kyynärän läpi, induktiivisesti tuottaen korkean jännitteen KV-kyynärään muuntajan kytkentäsuhteiden kautta. Tämä nostaa huomattavasti KV-neutraalipisteen potentiaalia ja lisää väliviiva- ja kerrosvälisiä jännitegradienttejä. Tämä prosessi, jossa AV-puolen purkauksen aiheuttama ylivoltti induktiivisesti tuottaa ylivoltin KV-puolelle, tunnetaan eteenpäin suuntautuneena muuntoyhdistelmäylivolttina. Testit osoittavat, että 10 kV:n AV-purkauksella ja 5 Ω:n maajännitteellä KV-kyynärän kerrosväliset jännitegradientit voivat ylittää muuntajan täysi-aallon impulssiennustimen kestävyyden yli 100 %:lla, mikä aiheuttaa väistämättä eritysromahduksen.

1.2 Asenna perinteinen venttiili- tai metallioxidisaloamasuoja AV-puolelle.
Tässä asetuksessa sekä KV- että AV-salamasuojien maajohdet, AV-neutraalipiste ja muuntajan tankki on yhdistetty ja maannutettu (usein kutsutaan “neljä pistettä yhdistetty” tai “kolme yhdestä maannutettu”).

Kenttätiedot ja kokeelliset tutkimukset vahvistavat, että vaikka hyvin eristettyjen muuntajien käsittelyssä KV-puolen salamasuojat yksinään eivät ehkäise vahinkoa eteen- tai taaksepäin suuntautuvista muuntoyhdistelmäylivoltteista. KV-salamasuojat eivät tarjoa suojaa näille sisäisesti tuotetuille väliaikaisille jännitteille. Syntyvät kerros- ja viivaväliset jännitegradientit ovat verrannollisia pyöräilyjen määrään ja riippuvat kynttilän geometriasta – vikat voivat tapahtua kynttilän alussa, keskellä tai lopussa, jossa loppupäte on kaikkein haavoittuvain. AV-puolen salamasuojien lisääminen rajoittaa tehokkaasti sekä eteen- että taaksepäin suuntautuvia muuntoyhdistelmäylivoltteja.

1.3 Eri maanjäristyshenkilöt KV- ja AV-puolille.
Tässä menetelmässä KV-salamasuojan maannutetaan itsenäisesti, kun taas AV-neutraali ja muuntajan tankki on yhdistetty ja maannutettu erikseen (ilman AV-salamasuojaa).

Tutkimukset osoittavat, että tämä menetelmä käyttää maan heikentämistä poistaakseen suurelta osin taaksepäin suuntautuvan muuntoyhdistelmäylivoltin. Eteenpäin suuntautuvan muuntoyhdistelmäylivoltin käsittelyssä laskelmat osoittavat, että AV-maajännitteen vähentäminen 10 Ω:sta 2,5 Ω:aan voi alentaa KV-puolen ylivoltin noin 40 %. Oikealla hoidolla AV-maajärjestelmällä eteenpäin suuntautuva muuntoyhdistelmäylivoltti voidaan tehokkaasti vähentää. Tämä ratkaisu on yksinkertainen ja kustannustehokas, vaikka se vaatii matalaa AV-maajännitettä, mikä antaa sille huomattavan käytännön arvon.

Näiden lisäksi muita toimenpiteitä ovat tasapainonkynttilän asentaminen muuntajan ytimeen muuntoyhdistelmäylivolttien hillitsemiseksi tai metallioxidisaloamasuoja (MOS) upotettuna muuntajaan.

2. Salamasuojatoimien soveltaminen

Yllä mainitusta analyysista ilmenee, että jokaisella suojamenetelmällä on omat ominaispiirteensä. Alueet pitäisi valita sopivat strategiat paikallisen ukkosten intensiteetin (mitattuna ukkospäivinä vuodessa) mukaan:

• Heikko sähkökatkaisualue (esim. tasangot):Yksi HV-puolen suojavastus riittää pieniin vuosittaisten epäonnistumisprosenttien vuoksi.
• Keskivaikea sähkökatkaisualue:Asenna suojavastukset sekä HV- että LV-puolelle.
• Vahva sähkökatkaisualue:Yksittäisiä toimenpiteitä usein ei riitä. Suositellaan laajaa lähestymistapaa: HV-suojavastus itsenäiseen maatukseen yhdistettynä LV-suojavastuksen, LV-neutraalin ja säiliön yhteensopivaksi erillisellä maatukijärjestelmällä.
• Erittäin vakavat sähkökatkaisualueet (erityisesti alueilla, joissa vuosittaiset epäonnistumisprosentit pysyvät korkeina huolimatta laajoista toimenpiteistä):Teknisen ja taloudellisen arvioinnin jälkeen harkitaan edistyneempiä ratkaisuja, kuten ydintasolla asennettuja tasapainoituja virtoja (eli uuden tyyppisiä sähkökatkaisustahankeutuneita muuntimia) tai sisäisesti asennettuja metallioksidisuojavastuksia.

3. Johtopäätös

Jakomuuntimien sähkökatkaisusuojauksen menetelmät vaihtelevat laajasti, ja paikalliset olosuhteet eroavat merkittävästi alueittain. Paikallisten olosuhteiden perusteella valitsemalla suojauksen ja vahvistamalla toiminnallista hallintoa sähköyritykset voivat huomattavasti parantaa jakomuuntimien sähkökatkaisukestävyyttä ja luotettavuutta.