Анализа на мерките за заштита од молнии за дистрибутивни трансформатори

Анализа на мерките за заштита од молнии за дистрибутивни трансформатори

За да се спречат инвазиите на молнијски претоварувања и да се осигура безбедната работа на дистрибутивните трансформатори, овој труд представува применими мерки за заштита од молнии кои можат ефективно да го подобрат нивниот капацитет за одбијање на молнијски удар.

1. Мерки за заштита од молнии за дистрибутивни трансформатори

1.1 Инсталирање на засилувачи на висок напон (HN) на страната на висок напон на дистрибутивниот трансформатор.
Според SDJ7–79 Технички кодекс за дизајн на заштита од прекомерен напон за електричко опрема: “Страната на висок напон на дистрибутивниот трансформатор обично треба да биде заштитена со засилувачи. Земјината кондуктора на засилувачот, неутралната точка на намалениот напон (NN) јадро и резервоарот на трансформаторот треба да се поврзани заедно и да се земјино поврзани.” Оваа конфигурација е исто така препорачана во DL/T620–1997 Заштита од прекомерен напон и координација на изолација за AC електрични инсталации издадено од кинеската електрична институција.

Меѓутоа, екстензивни истражувања и полеви испитувања покажуваат дека дури и само со HN-странските засилувачи, поранувањата на трансформаторите сѐ уште се случуваат при молнијски претоварувања. Во типични области, годишната стапка на повреди изнесува околу 1%; во области со многу молнии, може да достигне околу 5%; а во екстремно тешки области со громови (на пример, области со повеќе од 100 дена со громови годишно), годишната стапка на повреди може да се повиси до околу 50%. Главната причина е преходните прекомерни напони предизвикани кога молнијски претоварувања инвазираат HN јадрото.

• Прекомерен напон од обратна трансформација:
  Кога молнијски претоварување (3–10 кВ) инвазира HN страната, засилувачот се разрачува, што предизвика голем импулсни ток да протече низ земјината резистенција, создавајќи пад на напон. Овој напон го повисува потенцијалот на NN неутралната точка. Ако NN линијата е долга, тоа се однесува како волнова импеданса кон земјата. Како резултат, голем импулсни ток протече низ NN јадрото. Бидејќи трите фази NN токови се еднакви по големина и насока, тие генерираат силен нулти редовен флуид, кој - преку количникот на трансформаторот - индуцира екстремно високи преходни напони во HN јадрото. Бидејќи HN јадрото е звезда поврзана со неутрална точка која не е поврзана со земјата, нема циркулантен импулсни ток на HN страната за да компенсира флуидот. Така, целоста NN импулсни ток функционира како магнетизациски ток, што произведува висок индуциран напон на HN неутралната точка - каде што изолацијата е најповредлива. Повисувањето на интервалните и интерламеларните градиенти на напон значително се зголемува, ризикувајќи други повреди на изолацијата. Овој феномен - инициран од HN-странското претоварување, но индуцирајќи прекомерен напон преку NN електромагнетна купља - е познат како обратна трансформација.
• Прекомерен напон од права трансформација:
  Кога молнијски претоварување влезе низ NN линијата, импулсниот ток протече низ NN јадрото, индуцирајќи висок напон во HN јадрото преку количникот. Ова драстично го повисува потенцијалот на HN неутралната точка и зголемува ги интерламеларните и интервалните градиенти на напон. Овој процес - кога NN-странското претоварување индуцира прекомерен напон на HN страната - се нарекува права трансформација. Испитивањата покажуваат дека со 10 кВ NN претоварување и 5 Ω земјина резистенција, интерламеларниот градиент на напон во HN јадрото може да надмине целофален импулсниот капацитет на трансформаторот за повеќе од 100%, неизбежно предизвикајќи повреда на изолацијата.

1.2 Инсталирање на конвенционални вентилни или метал оксидни засилувачи на страната со намален напон.
Во оваа конфигурација, земјините проводници на HN и NN засилувачите, NN неутралната точка и резервоарот на трансформаторот се сврзани заедно и земјино поврзани (често се нарекува “четири точки поврзување” или “три во еден земјино поврзување”).

Полеви податоци и експериментални студии потврдуваат дека дури и за трансформаторите со добра изолација, само HN-странските засилувачи не можат да спречат повреди од прекомерни напони од права или обратна трансформација. HN засилувачите не даваат заштита против овие внатрешно генерирани преходни напони. Резултантните градиенти на напон помеѓу слоеви и виткови се пропорционални на бројот на виткови и зависат од геометријата на јадрото - повредите можат да се случат на почетокот, средината или крајот на јадрото, со крајната точка како најповредлива. Додавањето на NN-странски засилувачи ефективно ограничува прекомерните напони од права и обратна трансформација.

1.3 Сепарирани земјини поврзувања за HN и NN страни.
Во овој пристап, HN засилувачот е независно поврзан со земјата, додека NN неутралната точка и резервоарот на трансформаторот се сврзани и поврзани со земјата посебно (без NN засилувач).

Истражувањата покажуваат дека овој метод користи заблаштање на земјата за да го елиминира главно прекомерниот напон од обратна трансформација. За правата трансформација, пресметките покажуваат дека намалувањето на NN земјината резистенција од 10 Ω до 2.5 Ω може да намали HN-странскиот прекомерен напон за околу 40%. Со правилно третман на NN земјината система, прекомерниот напон од права трансформација може да се ефективно намали. Ова решение е едноставно и костефективно, иако бара ниска NN земјина резистенција, што му дава значајна практична вредност.

Оддалечено од горенаведеното, други мерки вклучуваат инсталирање на балансирачки јадра на трансформаторот за да се супресираат прекомерните напони од трансформација или вградување на метал оксидни варијатори (MOVs) во трансформаторот.

2. Примена на мерките за заштита од молнии

Горенаведената анализа покажува дека секој метод на заштита има специфични карактеристики. Регионите треба да изберат соодветни стратегии врз основа на локалната интензитет на громови (мерена во број на дена со громови годишно):

• Региони со слабо светкавење (на пример, равни): Само заштитен елемент на страната со високо напон е доволен поради ниските годишни стапки на дефекти.
• Региони со средно светкавење: Инсталирајте заштитни елементи на обе страни, на страната со високо и нisko напон.
• Региони со силен светкав: Едноставни мерки често не се доволни. Препорачлива е комплексен пристап: заштитен елемент на страната со високо напон со независна земја, плус поврзан заштитен елемент на страната со нisko напон, нейтрална линија на нisko напон и резервоар поврзан со одделен систем за земја.
• Региони со екстремно светкавење (особено кога годишните стапки на дефекти остануваат високи иако се применуваат комплексни мерки): По техничка и економска евалуација, размислете за напредни решенија како балансирачки витци монтирани во јадрото (тоа е, нов тип трансформатори одлутливии на светкавењето) или вградени металоксидни заштитни елементи.

3. Заклучок

Методите за заштита од светкавење на дистрибутивни трансформатори се многу различни, а условите на местата значително варираат по региони. Избирајќи методи за заштита според локалните услови и ja усикувајќи управувачкиот процес, компаниите за електрична енергија можат да го подобрат значително опирот на светкавењето и надежноста на дистрибутивните трансформатори.