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

Pagsusuri sa mga Hakbang sa Proteksyon Laban sa Kidlat para sa Mga Distribusyong Transformer

Upang maiwasan ang pagsalakay ng surges dulot ng kidlat at matiyak ang ligtas na operasyon ng mga distribusyong transformer, iniharap sa papel na ito ang mga angkop na hakbang sa proteksyon laban sa kidlat na maaaring epektibong mapataas ang kakayahan ng mga ito na tumutol sa kidlat.

1. Mga Hakbang sa Proteksyon Laban sa Kidlat para sa Mga Distribusyong Transformer

1.1 Mag-install ng surge arrester sa mataas na boltahe (HV) na panig ng distribusyong transformer.
Ayon sa SDJ7–79 Technical Code for Overvoltage Protection Design of Electric Power Equipment: “Karaniwang dapat protektahan ng surge arrester ang HV na panig ng isang distribusyong transformer. Ang conductor ng lupa ng arrester, ang neutral point ng mababang-boltahe (LV) na winding, at ang tangke ng transformer ay dapat i-bond bilang isa at ikonekta sa lupa.” Inirerekomenda rin ang konpigurasyong ito sa DL/T620–1997 Overvoltage Protection and Insulation Coordination for AC Electrical Installations na inilabas ng kagawaran ng kuryente ng Tsina.

Gayunpaman, malawakang pananaliksik at karanasan sa field ay nagpapakita na kahit na mayroon lamang surge arrester sa panig ng HV, ang mga pagkabigo ng transformer ay nangyayari pa rin sa ilalim ng mga surge dulot ng kidlat. Sa tipikal na mga lugar, ang taunang rate ng pagkabigo ay mga 1%; sa mga lugar na mataas ang kidlat, maaaring umabot ito sa humigit-kumulang 5%; at sa napakatinding mga lugar ng bagyo (halimbawa, mga lugar na may higit sa 100 araw ng bagyo bawat taon), ang taunang rate ng pagkabigo ay maaaring tumaas nang humigit-kumulang 50%. Ang pangunahing dahilan ay ang pasulong at palihis na transient na sobrang boltahe na dulot kapag sumalakay ang surge ng kidlat sa HV winding.

• Palihis na Sobrang Boltahe sa Transformador:
  Kapag sumalakay ang surge ng kidlat (3–10 kV) sa panig ng HV, nagdadasar ang arrester, na nagdudulot ng malaking impulse current na dumadaan sa resistance ng lupa, na lumilikha ng voltage drop. Ang boltahe na ito ay nagtataas ng potensyal ng LV neutral point. Kung mahaba ang LV na linya, ito ay kumikilos tulad ng wave impedance patungo sa lupa. Dahil dito, dumadaan ang malaking impulse current sa LV winding. Dahil ang tatlong-phase na LV current ay pantay ang sukat at direksyon, sila ay lumilikha ng matinding zero-sequence magnetic flux, na sa pamamagitan ng ratio ng mga turn ng transformer ay nag-iinduce ng napakataas na transient voltages sa HV winding. Dahil star-connected ang HV winding na may di-kinokontrol na neutral, walang umiiral na circulating impulse current sa panig ng HV upang balansehin ang flux. Kaya, ang buong LV impulse current ang gumagana bilang magnetizing current, na lumilikha ng mataas na induced voltage sa HV neutral end—kung saan pinakamahina ang insulation. Bukod dito, ang inter-turn at inter-layer voltage gradients ay tumaas nang malaki, na nagdadala ng panganib ng pagkabasag ng insulation sa ibang lugar. Ang fenomenong ito—na sinimulan ng surge sa panig ng HV ngunit nagdudulot ng sobrang boltahe sa pamamagitan ng electromagnetic coupling ng LV—ay kilala bilang palihis na transformasyon.
• Pasahe na Sobrang Boltahe sa Transformador:
  Kapag pumasok ang surge ng kidlat sa pamamagitan ng LV na linya, dumadaan ang impulse current sa LV winding, na nag-iinduce ng mataas na boltahe sa HV winding sa pamamagitan ng turns ratio. Ito ay malaki ang pagtaas sa potensyal ng HV neutral at nagpapataas sa inter-layer at inter-turn voltage gradients. Ang prosesong ito—kung saan ang surge sa panig ng LV ay nagdudulot ng sobrang boltahe sa panig ng HV—ay tinatawag na pasaheng transformasyon. Ang mga pagsubok ay nagpapakita na may 10 kV na LV surge at 5 Ω na resistance sa lupa, ang inter-layer voltage gradient sa HV winding ay maaaring lumampas sa full-wave impulse withstand strength ng transformer ng higit sa 100%, na siyang magiging sanhi ng pagkabigo ng insulation.

1.2 Mag-install ng karaniwang uri ng valve-type o metal oxide surge arrester sa panig ng LV.
Sa konpigurasyong ito, ang mga conductor ng lupa ng parehong HV at LV arrester, ang LV neutral point, at ang tangke ng transformer ay lahat i-bobond bilang isa at ikokonekta sa lupa (tinatawag ding “four-point bonding” o “three-in-one grounding”).

Ang datos sa field at eksperimental na pag-aaral ay nagpapatunay na kahit para sa mga transformer na may mahusay na insulation, ang mga arrester sa panig ng HV lamang ay hindi kayang pigilan ang pinsala mula sa forward o reverse transformation overvoltages. Ang mga arrester sa HV ay walang proteksyon laban sa mga transient na ito na nabuo sa loob. Ang resultang voltage gradients sa bawat layer at turn ay proporsyonal sa bilang ng mga turn at nakadepende sa geometry ng winding—maaaring mangyari ang pagkabigo sa simula, gitna, o dulo ng winding, kung saan ang terminal end ang pinakamahina. Ang pagdaragdag ng mga arrester sa panig ng LV ay epektibong naglilimita sa parehong forward at reverse transformation overvoltages.

1.3 Hiwalay na grounding para sa panig ng HV at LV.
Sa pamamara­ng ito, ang HV arrester ay hiwalay na ine-ground, samantalang ang LV neutral at tangke ng transformer ay i-bobond at iko-konekta sa lupa nang hiwalay (nang walang LV arrester).

Ang pananaliksik ay nagpapakita na ang pamamaraang ito ay gumagamit ng earth attenuation upang lubos na maalis ang reverse transformation overvoltage. Para sa forward transformation, ang mga kalkulasyon ay nagpapahiwatig na ang pagbawas sa LV grounding resistance mula 10 Ω hanggang 2.5 Ω ay maaaring bawasan ang sobrang boltahe sa panig ng HV ng humigit-kumulang 40%. Sa tamang pagtrato sa LV grounding system, ang forward transformation overvoltage ay maaaring epektibong mapawi. Ang solusyong ito ay simple at matipid, bagaman nangangailangan ito ng mababang LV grounding resistance, na nagbibigay sa ito ng malaking praktikal na halaga.

Bukod sa mga nabanggit, kasama pa ang iba pang mga hakbang tulad ng pag-install ng balancing windings sa core ng transformer upang supilin ang transformation overvoltages o ang pagtatanim ng metal oxide varistors (MOVs) sa loob ng transformer.

2. Paggamit ng mga Hakbang sa Proteksyon Laban sa Kidlat

Ang pagsusuri sa itaas ay nagpapakita na ang bawat paraan ng proteksyon ay may sariling natatanging katangian. Dapat pumili ang mga rehiyon ng angkop na estratehiya batay sa lokal na lakas ng bagyo (sinusukat sa bilang ng araw ng bagyo bawat taon):

• Mga lugar na may mababang pag-usbong ng kidlat (halimbawa, mga lupaing patag):Ang arrester sa HV side lamang ay sapat dahil sa mababang taunang rate ng pagkakasira.
• Mga lugar na may katamtamang pag-usbong ng kidlat:Mag-install ng arrester sa parehong HV at LV sides.
• Mga lugar na may mataas na pag-usbong ng kidlat:Kadalasang hindi sapat ang iisang hakbang. Inirerekomenda ang isang komprehensibong pamamaraan: Arrester sa HV side na may independiyenteng grounding, kasama ang bonded LV arrester, LV neutral, at tanke na konektado sa hiwalay na sistema ng grounding.
• Mga lugar na may mahigpit na pag-usbong ng kidlat (lalo na kung ang taunang rate ng pagkakasira ay nananatiling mataas kahit may komprehensibong hakbang):Pagkatapos ng teknikal at ekonomiko na pagsusuri, isaalang-alang ang mga advanced na solusyon tulad ng core-mounted balancing windings (o 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 bawat rehiyon. Sa pamamagitan ng pagpili ng mga scheme ng pagprotekta batay sa lokal na kondisyon, at sa pamamagitan ng pagpapalakas ng operational management, maaaring lubos na mapabuti ng mga utilities ang pagtitiis sa kidlat at reliabilidad ng mga distribution transformers.