ניתוח אמצעי הגנה מפני ברק עבור מהתפיות תקע

ניתוח אמצעי הגנה בפני ברקים עבור מותחי תפוצה

כדי למנוע חדירה של גלי ברק ולהבטיח את הפעולה הבטוחה של מותחי התפוצה, מאמר זה מציג אמצעי הגנה מתאימים בפני ברקים שיכולים להגביר בצורה יעילה את יכולת ההישרדות שלהם מול ברקים.

1. אמצעי הגנה בפני ברקים עבור מותחי תפוצה

1.1 התקנת מגני גלים על צד החשמל הגבוה (HV) של מותח התפוצה.
לפי SDJ7–79 קוד טכנולוגי לעיצוב הגנה מפני עלייה במתח עבור ציוד חשמלי: “בדרך כלל צריך להגן על צד החשמל הגבוה של מותח התפוצה באמצעות מגני גלים. המוליך השמאלי של מגן הגלים, נקודת האפס של הסליל בעל החשמל הנמוך (LV), ותיבה המותח צריכים להיות מחוברים יחד והוצגו לקרקע.” תצורה זו גם מומלצת ב-DL/T620–1997 הגנה מפני עלייה במתח ומיתוג מתח עבור התקנים חשמליים בתדרים חילופיים שפורסם על ידי הרשות לחשמל בסין.

עם זאת, מחקרים נרחבים וניסיון שדה מראים כי אפילו עם מגני גלים בצד HV בלבד, עדיין מתרחשות תקלות במותחים עקב גלי ברק. באזורים טיפוסיים, שיעור התקלות השנתי הוא בערך 1%; באזורים בעלי הרבה ברקים, הוא יכול להגיע לכ-5%; ובאזורים עם סופות ברקים קיצוניות (למשל, אזורים עם יותר מ-100 ימי ברק בשנה), שיעור התקלות השנתי עשוי לעלות לכ-50%. הסיבה העיקרית היא מתחים זמניים קדמיים וירכיים שנוצרים כאשר גלי ברק פולשים לסליל החשמל הגבוה.

• מתח הטרנספורמציה ההפוך:
  כאשר גל ברק (3–10 kV) פולש לצד HV, מגן הגלים משחרר, מה שגורם לזרם פולס גדול לזרום דרך 저ومة הקרע, ומשתף מתח. מתח זה מגביר את הפוטנציאל של נקודת האפס של LV. אם קו LV ארוך, הוא מתנהג כמו trở נגיף לקרקע. כתוצאה מכך, זרם פולס גדול זורם דרך הסליל LV. מכיוון שהזרמים של שלושת שלבי LV שווים במגניטודה וכיוון, הם יוצרים שדה מגנטי אפס חזק, שמגביר באופן קיצוני את המתח הזמני בסליל HV. מכיוון שהסליל HV מחובר ככוכב עם נקודת אפס לא מחוברת לקרקע, אין זרם פולס מעגלי בצד HV כדי להאזן לשדה המגנטי. לכן, כל הזרם הפולס של LV פועל כזרם מגנטיזציה, ומייצר מתח גבוה מאוד בקצה נקודת האפס של HV — שם המבודד הכי רגיש. בנוסף, הפרשי מתח בין שכבות ובין פניות גדלים משמעותית, ומדמים למתקף מבודדים במקום אחר. תופעה זו — שמתחילה בפולס בצד HV אך מגדילה מתח באמצעות הקישור האלקטרומגנטי של LV — נקראת טרנספורמציה הפוכה.
• מתח הטרנספורמציה הקדמי:
  כאשר גל ברק נכנס דרך קו LV, זרם פולס זורם דרך הסליל LV, ומגביר מתח גבוה בסליל HV דרך יחס הסיבובים. זה מגביר secara dramatis potensi netral HV dan meningkatkan gradien tegangan antar lapisan dan antar putaran. Proses ini — di mana lonjakan sisi LV menginduksi overvoltage pada sisi HV — disebut transformasi maju. Uji coba menunjukkan bahwa dengan lonjakan LV 10 kV dan hambatan penggandaan 5 Ω, gradien tegangan antar lapisan di sisi HV dapat melebihi kekuatan tahan impuls penuh trafo lebih dari 100%, yang tidak terelakkan menyebabkan kegagalan isolasi.

1.2 התקנת מגני גלים טיפוסיים או מגני גלים מבוססי חומרים מתכתית על צד LV.
בתצורה זו, מוליכי הקרע של מגני הגלים בצד HV ו-LV, נקודת האפס של LV, ותיבה המותח כולן מחוברות יחד והוצגו לקרקע (לעיתים מכונה "חיבור ארבע נקודות" או "קרקע שלושה בחד").

נתונים בשטח ומחקרים ניסיוניים מאשרים כי אפילו עבור מותחים עם מבודד טוב, מגני גלים בצד HV בלבד אינם יכולים למנוע נזק ממתחים קדמיים או הפוכים. מגני גלים בצד HV אינם מספקים הגנה נגד התנודות הפנימיות הללו. הפרשי המתח בין שכבות ופניות פרופורציונליים למספר הסיבובים תלויים בגיאומטריה של הסליל — תקלות יכולות להתרחש בתחילת הסליל, באמצעו, או בסופו, כאשר הסוף הוא הכי פגיע. הוספת מגני גלים בצד LV מגבילה בצורה יעילה הן את המתח הקדמי והן את המתח ההפוך.

1.3 קרקעות נפרדות עבור צד HV ו-LV.
בתצורה זו, מגן הגלים בצד HV מוקרע באופן עצמאי, בעוד נקודת האפס של LV ותיבה המותח מחוברים ומכורעים בנפרד (מבלי מגן גלים בצד LV).

מחקר מראה כי שיטה זו משתמשת באטנואציה של האדמה כדי להפחית באופן ניכר את המתח ההפוך. עבור המתח הקדמי, חישובים מראים כי הפחתת 저ומת הקרע של LV מ-10 Ω ל-2.5 Ω יכולה להפחית את המתח העודף בצד HV בכ-40%. עם טיפול נכון במערכת הקרע של LV, המתח הקדמי יכול להיות מוגבל בצורה יעילה. הפתרון פשוט וזול, אם כי הוא דורש 저ומת קרע נמוכה של LV, מה שנותן לו ערך מעשי משמעותי.

מעבר לזה, אמצעים נוספים כוללים התקנת סלילים מאוזנים על הליבה של המותח כדי לדכא מתחים של טרנספורמציה או הטמנת וריסטורים מבוססי חומרים מתכתית (MOVs) בתוך המותח.

2. יישום אמצעי הגנה בפני ברקים

הניתוח למעלה מראה כי לכל שיטה הגנה יש מאפיינים ייחודיים. אזורים צריכים לבחור אסטרטגיות מתאימות בהתאם לתפוצת סופות ברקים (מודדת במספר ימי ברק בשנה):

• אזורים עם מתחות נמוכות (לדוגמה, מישורים):מערכת בלוקת בצד המתח הגבוה היא מספיקה בשל שיעור כשלים השנתי הנמוך.
• אזורים עם מתחות בינוניים:תקין מערכות בלוקה הן בצד המתח הגבוה והן בצד המתח הנמוך.
• אזורים עם מתחות גבוהות:צעדים בודדים הם לעתים קרובות לא מספיקים. מומלץ בגישה כוללת: מערכת בלוקה בצד המתח הגבוה עם ארקוב עצמאי, בנוסף למערכת בלוקה בצד המתח הנמוך, נייטרלי מתח נמוך וקופסה מחוברת למערכת ארוב נפרדת.
• אזורים עם מתחות קשות (במיוחד במקום שבו שיעורי הכשלים השנתיים נשארים גבוהים למרות גישות כוללניות):לאחר הערכה טכנולוגית וכלכלית, יש לשקול פתרונות מתקדמים כגון סיבובים מאוזנים ממונחים על הליבה (כלומר, טרנספורטרים עמידים במתח) או מערכות בלוקה פנימיות מבוססות חומרים מוליכים למתח.

3. סיכום

שיטות הגנה מפני מתחות עבור טרנספורטרים מתפזרים משתנות מאוד, ותנאי האתר משתנים באופן משמעותי בין אזורים. באמצעות בחירת תוכניות הגנה בהתאם לתנאים המקומיים, ובngthening operational management, utilities can substantially improve the lightning resilience and reliability of distribution transformers.