Pagsusuri ng mga Talaan ng Proteksyon sa Kidlat para sa mga Distribusyon na Transformer

Pagsusuri ng mga Talaan ng Proteksyon Laban sa Kidlat para sa Mga Distribusyon Transformer

Upang maiwasan ang pagsisidlan ng kidlat at tiyak na ligtas ang operasyon ng mga distribusyon transformer, ipinapakilala ng papel na ito ang mga aplikableng talaan ng proteksyon laban sa kidlat na maaaring mabisa na mapalakas ang kanilang kakayahan na matiisin ang kidlat.

1. Mga Talaan ng Proteksyon Laban sa Kidlat para sa Mga Distribusyon Transformer

1.1 Mag-install ng surge arrester sa high-voltage (HV) side ng distribusyon transformer.
Ayon sa SDJ7–79 Teknikal na Kodigo para sa Disenyo ng Proteksyon Laban sa Overvoltage ng Paggamit ng Elektrikong Pagsasanay: “Ang HV side ng isang distribusyon transformer ay dapat pangkalahatang maprotektahan ng surge arrester. Ang grounding conductor ng arrester, ang neutral point ng low-voltage (LV) winding, at ang tangki ng transformer ay dapat mag-ugnayan at ma-ground.” Inirerekumenda rin ang konfigurasyon na ito sa DL/T620–1997 Overvoltage Protection and Insulation Coordination for AC Electrical Installations na inilathala ng awtoridad ng elektrikong pagsasanay ng Tsina.

Gayunpaman, malawak na pag-aaral at karanasan sa field ay nagpapakita na kahit may HV-side arresters lamang, maaari pa ring mangyari ang pagkabigo ng transformer sa panahon ng kidlat surge. Sa tipikal na lugar, ang taunang rate ng pagkabigo ay humigit-kumulang 1%; sa mataas na lugar ng kidlat, maaari itong umabot sa humigit-kumulang 5%; at sa mga napakatalas na lugar ng thunderstorm (halimbawa, mga lugar na may higit sa 100 thunderstorm days per year), ang taunang rate ng pagkabigo maaaring tumaas hanggang sa humigit-kumulang 50%. Ang pangunahing dahilan dito ay ang forward at reverse transient overvoltages na dulot ng pagpasok ng kidlat surge sa HV winding.

• Reverse Transformation Overvoltage:
  Kapag ang lightning surge (3–10 kV) ay pumasok sa HV side, ang arrester ay lumilikha, nagdudulot ng malaking impulse current na lumilipad sa pamamagitan ng grounding resistance, naglilikha ng voltage drop. Ang voltage na ito ay nagtaas ng potential ng LV neutral point. Kung ang LV line ay mahaba, ito ay gumagana bilang wave impedance patungo sa ground. Bilang resulta, ang malaking impulse current ay lumilipad sa pamamagitan ng LV winding. Dahil ang tatlong-phase LV currents ay pantay-pantay sa sukat at direksyon, sila ay naglilikha ng malakas na zero-sequence magnetic flux, na sa pamamagitan ng turns ratio ng transformer, naglilikha ng napakataas na transient voltages sa HV winding. Dahil ang HV winding ay star-connected na may ungrounded neutral, walang circulating impulse current sa HV side upang makabalansa sa flux. Kaya, ang buong LV impulse current ay gumagana bilang magnetizing current, naglilikha ng mataas na induced voltage sa HV neutral end—kung saan ang insulation ay pinakamababang kalagayan. Bukod dito, ang inter-turn at inter-layer voltage gradients ay tumataas nang napakarami, nagdadala ng panganib sa insulation breakdown sa iba pang lugar. Ang phenomenon na ito—na nagsimula sa HV-side surge pero naglilikha ng overvoltage sa pamamagitan ng LV electromagnetic coupling—ay kilala bilang reverse transformation.
• Forward Transformation Overvoltage:
  Kapag ang lightning surge ay pumasok sa pamamagitan ng LV line, ang impulse current ay lumilipad sa pamamagitan ng LV winding, naglilikha ng mataas na voltage sa HV winding sa pamamagitan ng turns ratio. Ito ay nagreresulta sa napakataas na HV neutral potential at nagtataas ng inter-layer at inter-turn voltage gradients. Ang proseso na ito—kung saan ang LV-side surge ay naglilikha ng overvoltage sa HV side—ay tinatawag na forward transformation. Ang mga test ay nagpapakita na sa 10 kV LV surge at 5 Ω grounding resistance, ang inter-layer voltage gradient sa HV winding ay maaaring lumampas sa full-wave impulse withstand strength ng transformer ng higit sa 100%, na hindi maiiwasang nagdudulot ng insulation failure.

1.2 Mag-install ng conventional valve-type o metal oxide surge arrester sa LV side.
Sa konfigurasyon na ito, ang grounding conductors ng parehong HV at LV arresters, ang LV neutral point, at ang tangki ng transformer ay lahat mag-ugnayan at ma-ground (madalas tinatawag na “four-point bonding” o “three-in-one grounding”).

Ang datos mula sa field at eksperimental na pag-aaral ay nagpapatotoo na kahit para sa mga transformer na may mabuting insulation, ang HV-side arresters lamang ay hindi sapat na maprotektahan ang damage mula sa forward o reverse transformation overvoltages. Ang HV arresters ay hindi nagbibigay ng proteksyon laban sa mga internal na generated transients. Ang resulting voltage gradients across layers at turns ay proporsyonal sa bilang ng turns at depende sa winding geometry—ang mga pagkabigo ay maaaring mangyari sa simula, gitna, o dulo ng winding, kung saan ang terminal end ang pinaka-mababang kalagayan. Ang pagdaragdag ng LV-side arresters ay mabisa na limitahan ang parehong forward at reverse transformation overvoltages.

1.3 Hiwalay na grounding para sa HV at LV sides.
Sa approach na ito, ang HV arrester ay grounded nang independiyente, habang ang LV neutral at tangki ng transformer ay mag-ugnayan at ma-ground nang hiwalay (walang LV arrester).

Ang pag-aaral ay nagpapakita na ang paraan na ito ay gumagamit ng earth attenuation upang malaking iwasan ang reverse transformation overvoltage. Para sa forward transformation, ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na ang pagbawas ng LV grounding resistance mula 10 Ω hanggang 2.5 Ω ay maaaring bawasan ang HV-side overvoltage ng humigit-kumulang 40%. Sa wastong pagtreat ng LV grounding system, maaaring mabisa na mapababa ang forward transformation overvoltage. Ang solusyon na ito ay simple at cost-effective, bagama't ito ay nangangailangan ng mababang LV grounding resistance, nagbibigay ito ng malaking praktikal na halaga.

Bukod sa itaas, ang iba pang mga talaan ay kasama ang pag-install ng balancing windings sa core ng transformer upang mapigilan ang transformation overvoltages o ang pag-embed ng metal oxide varistors (MOVs) sa loob ng transformer.

2. Paggamit ng Mga Talaan ng Proteksyon Laban sa Kidlat

Ang analisis sa itaas ay nagpapakita na bawat paraan ng proteksyon ay may kanya-kanyang distinct characteristics. Ang mga rehiyon ay dapat pumili ng angkop na estratehiya batay sa lokal na lakas ng thunderstorm (sinukat sa bilang ng thunderstorm days per year):

• Mga lugar na may mababang pagkakataon ng kidlat (halimbawa, mga lalawigan):Ang arrester sa HV side lamang ay sapat dahil sa mababang taunang rate ng pagkakasira.
• Mga lugar na may katamtamang pagkakataon ng kidlat:Mag-install ng arrester sa parehong HV at LV sides.
• Mga lugar na may mataas na pagkakataon ng kidlat:Kadalasang hindi sapat ang iisang hakbang. Inirerekomenda ang komprehensibong pamamaraan: HV arrester na may independiyenteng grounding, plus bonded LV arrester, LV neutral, at tangke na konektado sa hiwalay na grounding system.
• Mga lugar na may malubhang pagkakataon ng kidlat (lalo na kung ang taunang rate ng pagkakasira ay patuloy na mataas malgré ang komprehensibong hakbang):Matapos ang teknikal at ekonomiko na pag-evaluate, isaisip ang mga advanced na solusyon tulad ng core-mounted balancing windings (i.e., bagong uri ng lightning-resistant transformers) o internally installed metal oxide surge arresters.

3. Pagtatapos

Ang mga paraan ng pagprotekta laban sa kidlat para sa mga distribution transformers ay nag-iiba-iba, at ang kondisyon ng lugar ay may malaking pagkakaiba-iba sa iba't ibang rehiyon. Sa pamamagitan ng pagpili ng mga skema ng pagprotekta batay sa lokal na kondisyon, at sa pagsiguro ng mahigpit na operasyonal na pamamahala, maaaring lubos na mapabuti ng mga utilities ang resistensiya at reliabilidad ng mga distribution transformers laban sa kidlat.