ڈسٹریبیوشن ترانسفارمرز کے لئے برق کے حفاظتی اقدامات کا تجزیہ

پیشگیری از تداخل برق در ترانسفورمرهای توزیع: تحلیل اقدامات حفاظتی

برای جلوگیری از ورود شارژ های برق و تضمین عملکرد ایمن ترانسفورمرهای توزیع، این مقاله اقدامات حفاظتی قابل اجرا را ارائه می‌دهد که می‌توانند تحمل برق آنها را به طور موثر افزایش دهند.

1. اقدامات حفاظتی برای ترانسفورمرهای توزیع

1.1 نصب سیستم‌های محافظ برق در سمت فشار بالا (HV) ترانسفورمر توزیع.
بر اساس SDJ7–79 کد فنی طراحی حفاظت از فشار زیاد تجهیزات الکتریکی: “سمت فشار بالای ترانسفورمر توزیع باید معمولاً با سیستم‌های محافظ برق محافظت شود. رسانه زمینی محافظ برق، نقطه خنثی پیچش فشار پایین (LV) و ظرف ترانسفورمر باید با هم متصل شده و زمین شوند.” این تنظیمات همچنین در DL/T620–1997 حفاظت از فشار زیاد و هماهنگی عایق در نصب‌های الکتریکی متناوب که توسط سازمان برق چین منتشر شده است، توصیه می‌شود.

با این حال، تحقیقات گسترده و تجربیات میدانی نشان می‌دهند که حتی با وجود محافظ‌های سمت فشار بالا، خرابی ترانسفورمرها در مقابل شارژ‌های برق هنوز اتفاق می‌افتد. در مناطق معمولی، نرخ شکست سالانه حدود 1٪ است؛ در مناطق با برق زیاد، می‌تواند به حدود 5٪ برسد؛ و در مناطق بسیار شدید برق (مثل مناطقی با بیش از 100 روز برق در سال)، نرخ شکست سالانه می‌تواند به حدود 50٪ برسد. علت اصلی این موضوع، فشار زیاد موقتی که در هنگام ورود شارژ برق به پیچش فشار بالا ایجاد می‌شود، است.

• فشار زیاد معکوس تبدیل:
  وقتی یک شارژ برق (3–10 kV) به سمت فشار بالا حمله می‌کند، محافظ برق تخلیه می‌شود و یک جریان ضربه‌ای قوی از طریق مقاومت زمین می‌گذرد و یک قطره ولتاژ ایجاد می‌کند. این ولتاژ نقطه خنثی پیچش فشار پایین را بالا می‌برد. اگر خط فشار پایین طولانی باشد، مانند یک امپدانس موج به زمین عمل می‌کند. بنابراین، یک جریان ضربه‌ای قوی از طریق پیچش فشار پایین می‌گذرد. از آنجا که جریان‌های سه‌فاز فشار پایین در اندازه و جهت یکسان هستند، یک جریان صفر-ترتیب قوی ایجاد می‌کنند که از طریق نسبت دورهای ترانسفورمر، فشار زیاد موقتی در پیچش فشار بالا القا می‌کند. از آنجا که پیچش فشار بالا با یک اتصال ستاره‌ای بدون نقطه خنثی زمینی است، جریان ضربه‌ای حلقه‌ای در سمت فشار بالا برای تعادل دادن به فلکس وجود ندارد. بنابراین، تمام جریان ضربه‌ای فشار پایین به عنوان جریان مغناطیسی عمل می‌کند و ولتاژ القایی بالا در انتهای خنثی فشار بالا ایجاد می‌کند - جایی که عایق بسیار آسیب‌پذیر است. علاوه بر این، گرادیان‌های ولتاژ بین لایه‌ها و دورها به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد که موجب خطر شکست عایق در نقاط دیگر می‌شود. این پدیده که توسط یک شارژ سمت فشار بالا آغاز می‌شود اما از طریق کوپلینگ الکترومغناطیسی فشار پایین فشار زیاد القا می‌کند، به عنوان تبدیل معکوس شناخته می‌شود.
• فشار زیاد مستقیم تبدیل:
  وقتی یک شارژ برق از طریق خط فشار پایین وارد می‌شود، جریان ضربه‌ای از طریق پیچش فشار پایین می‌گذرد و فشار زیادی در پیچش فشار بالا از طریق نسبت دورهای ترانسفورمر القا می‌کند. این فشار به طور قابل توجهی پتانسیل خنثی فشار بالا را افزایش می‌دهد و گرادیان‌های ولتاژ بین لایه‌ها و دورها را افزایش می‌دهد. این فرآیند که در آن شارژ سمت فشار پایین فشار زیادی در سمت فشار بالا القا می‌کند، به عنوان تبدیل مستقیم شناخته می‌شود. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که با یک شارژ 10 kV فشار پایین و مقاومت زمینی 5 Ω، گرادیان ولتاژ بین لایه‌ها در پیچش فشار بالا می‌تواند بیش از 100٪ تقویت تحمل ضربه کامل ترانسفورمر را افزایش دهد که حتماً منجر به شکست عایق می‌شود.

1.2 نصب محافظ‌های برق نوع معمولی یا اکسید فلزی در سمت فشار پایین.
در این تنظیمات، رسانه‌های زمینی محافظ‌های فشار بالا و فشار پایین، نقطه خنثی فشار پایین و ظرف ترانسفورمر همه با هم متصل شده و زمین شده‌اند (اغلب به عنوان "چهار نقطه متصل" یا "سه در یک زمین" شناخته می‌شود).

داده‌های میدانی و مطالعات آزمایشی تأیید می‌کنند که حتی برای ترانسفورمرهایی با عایق خوب، محافظ‌های سمت فشار بالا تنها نمی‌توانند خسارت‌های ناشی از فشار زیاد تبدیل مستقیم یا معکوس را جلوگیری کنند. محافظ‌های فشار بالا هیچ محافظتی علیه این فشارهای موقت داخلی ندارند. گرادیان‌های ولتاژ بین لایه‌ها و دورها متناسب با تعداد دورها و به هندسه پیچش بستگی دارد - خرابی‌ها می‌توانند در شروع، میانه یا انتهای پیچش رخ دهند، با انتهای ترمینال بیشترین آسیب‌پذیری را دارد. افزودن محافظ‌های سمت فشار پایین به طور موثر فشار زیاد تبدیل مستقیم و معکوس را محدود می‌کند.

1.3 زمین‌سازی جداگانه برای سمت‌های فشار بالا و فشار پایین.
در این رویکرد، محافظ برق سمت فشار بالا به طور مستقل زمین شده و نقطه خنثی فشار پایین و ظرف ترانسفورمر به طور جداگانه متصل و زمین شده‌اند (بدون محافظ فشار پایین).

تحقیقات نشان می‌دهند که این روش از تضعیف زمین برای حذف عمده فشار زیاد تبدیل معکوس استفاده می‌کند. برای تبدیل مستقیم، محاسبات نشان می‌دهند که کاهش مقاومت زمینی سمت فشار پایین از 10 Ω به 2.5 Ω می‌تواند فشار زیاد سمت فشار بالا را تقریباً 40٪ کاهش دهد. با درمان صحیح سیستم زمینی سمت فشار پایین، فشار زیاد تبدیل مستقیم می‌تواند به طور موثر محدود شود. این راه‌حل ساده و ارزان قیمت است، اگرچه نیاز به مقاومت زمینی کم سمت فشار پایین دارد و ارزش عملی قابل توجهی دارد.

به غیر از موارد فوق، اقدامات دیگر شامل نصب پیچش‌های متعادل در هسته ترانسفورمر برای کاهش فشار زیاد تبدیل یا جاسازی واریستورهای اکسید فلزی (MOVs) در داخل ترانسفورمر می‌باشد.

2. کاربرد اقدامات حفاظتی از برق

تحلیل فوق نشان می‌دهد که هر روش حفاظتی ویژگی‌های متمایزی دارد. مناطق باید استراتژی‌های مناسب را بر اساس شدت برق محلی (اندازه‌گیری شده به صورت روزهای برق در سال) انتخاب کنند:

• کم روشنائی کے علاقے (مثال کے طور پر، منڈ):کم سالانہ خرابی کی شرح کی وجہ سے صرف HV جانب کا ایریسٹر کافی ہوتا ہے۔
• معتدل روشنائی کے علاقے:HV اور LV دونوں جانب ایریسٹرز کو نصب کریں۔
• زیادہ روشنائی کے علاقے:ایک مکمل تجویز کو ترجیح دی جاتی ہے: مستقل زمینی ربط کے ساتھ HV ایریسٹر، ملا ہوا LV ایریسٹر، LV نیوٹرل، اور الگ زمینی نظام سے منسلک ٹینک۔
• شدید بجلی گرتی کے علاقے (خاصة جہاں کامیابی کے باوجود کامیابی کی شرح بلند رہتی ہے):فنی اور معاشی تنقید کے بعد، کرن-ماؤنٹڈ بالانس ونڈنگ (یعنی نئے قسم کے بجلی گرتی سے محنتی ترانسفارمر) یا درونی طور پر نصب کردہ میٹل آکسائڈ سرگرمی ایریسٹرز جیسے متقدموں کو دیکھا جا سکتا ہے۔

3. نتیجہ

دستیابی کے لیے ڈسٹری بیوشن ترانسفارمرز کے لیے بجلی گرتی کے تحفظ کے طریقے کافی مختلف ہوتے ہیں، اور علاقوں کے درمیان مقامی حالت کافی مختلف ہوتی ہے۔ مقامی حالت کے بنیاد پر تحفظ کے منصوبوں کا انتخاب کرتے ہوئے، اور عملیت کے انتظام کو مضبوط کرتے ہوئے، ادارے ڈسٹری بیوشن ترانسفارمرز کے بجلی گرتی کے تحفظ اور اعتماد کو محسوس طور پر بہتر بناسکتے ہیں۔