ما هي تدابير الحماية من الصواعق المستخدمة لمجموعة المحولات H61؟

ما هي إجراءات حماية الصواعق المستخدمة لمجموعة التحويل H61؟

يجب تثبيت جهاز حماية من الصواعق على الجانب العالي الجهد لمجموعة التحويل H61. وفقًا لـ SDJ7–79 "الكود الفني لتصميم حماية المعدات الكهربائية من الفولتية الزائدة"، يجب عادةً حماية الجانب العالي الجهد لمجموعة التحويل H61 بواسطة جهاز حماية من الصواعق. يجب ربط موصل الأرض للجهاز، والنقطة المحايدة على الجانب المنخفض الجهد للمحول، وغلاف المحول المعدني معًا وتوصيلها بالأرض في نقطة واحدة مشتركة. يُوصى أيضًا بهذه الطريقة في DL/T620–1997 "حماية الفولتية الزائدة والتنسيق العازل لتثبيتات الكهرباء المتداولة" الصادرة عن وزارة الكهرباء السابقة.

ومع ذلك، أظهرت البحوث الواسعة والخبرة العملية أن حتى مع تركيب أجهزة حماية من الصواعق فقط على الجانب العالي الجهد، لا يزال يحدث تلف في المحولات تحت ظروف الصدمة الناتجة عن الصواعق. في المناطق العامة، معدل الفشل السنوي حوالي 1٪؛ في المناطق ذات الكثافة العالية للصواعق يمكن أن يصل إلى حوالي 5٪؛ وفي المناطق الأكثر خطورة التي تتعرض لأكثر من 100 يوم من الصواعق سنويًا، يمكن أن يصل معدل الفشل السنوي إلى 50٪. السبب الرئيسي هو ما يعرف بـ "الفولتية الزائدة للأمام والخلف" التي تنتج عن دخول الصدمة الناتجة عن الصواعق إلى ملفات الجانب العالي الجهد للمحول التوزيعي. آليات هذه الفولتيات الزائدة كالتالي:

1. فولتية الزائدة العكسية
عندما تدخل صدمة الصواعق من الجانب العالي الجهد (3-10 كيلوفولت) وتسبب تشغيل الجهاز الحامي، يتدفق تيار صدمة كبير عبر مقاومة الأرض، مما يخلق انخفاضًا في الجهد. يظهر هذا الانخفاض في الجهد عند نقطة الوسط للملف المنخفض الجهد، مما يرفع قدرته. إذا كان الخط المنخفض الجهد طويلًا نسبيًا، فإنه يتصرف كمقاومة موجية للأرض. تحت تأثير ارتفاع قدرة نقطة الوسط هذه، يتدفق تيار صدمة كبير عبر ملف الجانب المنخفض الجهد. تكون تيارات الصدمة الثلاثية متساوية في الحجم والاتجاه، مما يولد شدة مغناطيسية صفروية قوية.

هذه الشدة تحدث جهد نبض عالي جدًا في ملف الجانب العالي الجهد وفقًا لنسبة الدوران في المحول. هذه الجهد النبض الثلاثية متساوية في الحجم والاتجاه. بما أن ملف الجانب العالي الجهد عادةً ما يكون متصلاً بشكل نجمي بنقطة وسط غير مترابطة، فإن ظهور جهد نبض عالي لا ينتج عنه تدفق تيار صدمة مقابل في ملف الجانب العالي الجهد لتعادل التأثير المغناطيسي. بالتالي، يعمل كامل تيار الصدمة في ملف الجانب المنخفض الجهد كتيار تغذية مغناطيسية، مما ينتج شدة مغناطيسية صفروية قوية ويؤدي إلى حدوث قدرات عالية جدًا على الجانب العالي الجهد.

بسبب أن الجهد عند طرف الجانب العالي محصور بجهد المتبقي للجهاز الحامي، يتم توزيع هذا الجهد النبض على طول ملف التجعيد، ليصل إلى أقصاه عند نقطة الوسط. نتيجة لذلك، يكون العزل عند نقطة الوسط معرضاً للانهيار. بالإضافة إلى ذلك، تزداد تدرجات الجهد بين الطبقات والأطراف بشكل كبير، مما قد يؤدي إلى فشل العزل في مواقع أخرى. ينشأ هذا النوع من الفولتية الزائدة من صدمة دخول الجانب العالي الجهد ويتم تزامنها مرة أخرى مع ملف الجانب العالي الجهد عبر ملف الجانب المنخفض الجهد - وهو ما يعرف باسم "التحول العكسي."

2. فولتية الزائدة للأمام
تحدث فولتية الزائدة للأمام عندما تدخل صدمة الصواعق عبر الخط المنخفض الجهد. ثم يتدفق تيار صدمة عبر ملف الجانب المنخفض الجهد، مما يولد جهدًا في ملف الجانب العالي الجهد وفقًا لنسبة الدوران، مما يرفع قدرة نقطة الوسط للجانب العالي الجهد بشكل كبير. كما يزيد هذا أيضًا من تدرجات الجهد بين الطبقات والأطراف. هذا العملية - حيث تسبب صدمة الجانب المنخفض الجهد في زيادة الفولتية الزائدة على الجانب العالي الجهد - تسمى "التحول للأمام." تظهر الاختبارات أنه عندما تدخل صدمة 10 كيلوفولت الجانب المنخفض الجهد ومقاومة الأرض هي 5 أوم، يمكن أن يتجاوز تدرج الجهد بين الطبقات في ملف الجانب العالي الجهد قوة تحمل العزل بين الطبقات للصدمة الكاملة بنسبة أكثر من 100٪، مما يؤدي حتماً إلى انهيار العزل.

لذلك، يجب أيضًا تثبيت أجهزة حماية من الصواعق نوع الصمام أو الأكسيد المعدني على الجانب المنخفض الجهد لمجموعة التحويل H61. في هذا المخطط الوقائي، يتم ربط موصلات الأرض لكلا الجهازين الحاميين العالي والمنخفض الجهد والنقطة المحايدة المنخفضة الجهد وغلاف المحول المعدني معًا وتوصيلها بالأرض في نقطة واحدة (وتسمى أيضًا "ربط الأربعة نقاط" أو "الثلاثة في واحد الأرض").

تشير الخبرة العملية والدراسات التجريبية إلى أنه حتى بالنسبة للمحولات التوزيعية ذات العزل الجيد، لا يزال يحدث فشل بسبب الصواعق الناجم عن الفولتية الزائدة للأمام والعكسية عندما يتم تركيب أجهزة الحماية فقط على الجانب العالي الجهد. هذا لأن أجهزة الحماية على الجانب العالي الجهد لا يمكنها كبح الفولتية الزائدة للأمام والعكسية. تتناسب تدرجات الجهد بين الطبقات تحت هذه الفولتية الزائدة بعدد الدورات وتعتمد على توزيع الملفات؛ يمكن أن يحدث فشل العزل في بداية أو منتصف أو نهاية الملف - ولكن النهاية هي الأكثر عرضة. يمكن أن يحد تركيب أجهزة الحماية على الجانب المنخفض الجهد بشكل فعال من الفولتية الزائدة للأمام والعكسية إلى نطاق آمن.

طريقة حماية أخرى هي تأريض الجانبين العالي والمنخفض بشكل منفصل. في هذا التكوين، يتم تأريض جهاز الحماية العالي بشكل مستقل، ولا يتم تركيب جهاز حماية على الجانب المنخفض الجهد، ويتم ربط نقطة الوسط المنخفضة الجهد وغلاف المحول معًا وتوصيلهما بالأرض بشكل منفصل عن نظام التأريض العالي الجهد.

تستفيد هذه الطريقة من تأثير الأرض في تقليل موجات الصواعق لإلغاء الفولتية الزائدة العكسية بشكل أساسي. فيما يتعلق بالفولتية الزائدة للأمام، تظهر الحسابات أن خفض مقاومة الأرض المنخفضة الجهد من 10 أوم إلى 2.5 أوم يمكن أن يقلل من الفولتية الزائدة للأمام العليا الجهد بنسبة حوالي 40٪. مع معالجة مناسبة لقطب الأرض المنخفض الجهد، يمكن القضاء تمامًا على الفولتية الزائدة للأمام.

هذا نظام الحماية بسيط واقتصادي، رغم أنه يفرض متطلبات أعلى على مقاومة التأريض ذات الجهد المنخفض، مما يمنحه قيمة عملية معينة لتطبيق أوسع.

بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه، تشمل إجراءات حماية محولات التوزيع الأخرى تركيب ملف توازن على قلب المحول لتقليل الجفافات الزائدة للأمام والخلف، أو دمج مثبطات الصواعق من أكسيد المعادن مباشرة داخل المحول.