Какви мерки за защита от мълнии се използват за трансформаторите за разпределение H61

Какви мерки за защита от мълнии се използват за разпределителните трансформатори H61?

На високоволтната страна на разпределителния трансформатор H61 трябва да бъде инсталирана защитна приспособление. Според SDJ7–79 „Технически кодекс за проектиране на защитата от надвoltage на електроустановките“, високоволтната страна на разпределителния трансформатор H61 обикновено трябва да бъде защитена от защитно приспособление. Проводникът за заземяване на защитното приспособление, нейтралната точка на нисковолтната страна на трансформатора и металната обвивка на трансформатора трябва да бъдат свързани заедно и заземени в общо място. Този метод се препоръчва и в DL/T620–1997 „Защита от надвoltage и координация на изолацията за альтернативни електроустановки“, издаден от бившия Министерски отдел по електроенергия.

Още повече, широкообхватни изследвания и оперативен опит показват, че дори при инсталиране на защитно приспособление само на високоволтната страна, повреди на трансформаторите все още се случват при условия на импулси от мълнии. В общи области годишната честота на повреди е около 1%; в области с висока активност на мълнии, тя може да достигне около 5%; и в крайно тежки области, склонни към мълнии, с повече от 100 дни с грози годишно, годишната честота на повреди може да достигне 50%. Основната причина са така наречените „препредаващи и обратни преобразувателни надвoltage“, предизвикани от влизането на импулси от мълнии в високоволтната обмотка на разпределителния трансформатор. Механизмите на тези надвoltage са следните:

1. Обратно преобразувателно надвoltage
Когато импулс от мълния влезе от високоволтната страна 3–10 кV и предизвика действие на защитното приспособление, голям импулсен ток протича през съпротивлението за заземяване, създавайки падане на напрежението. Това падане на напрежението се появява в нейтралната точка на нисковолтната обмотка, повишавайки нейния потенциал. Ако нисковолтната линия е относително дълга, тя се държи като вълново съпротивление към земята. Под влиянието на този повишен потенциал на нейтралната точка, голям импулсен ток протича през нисковолтната обмотка. Трифазните импулсни токове са равни по величина и посока, генерирайки силен нулев ред магнитен поток.

 Този поток индуцира много високо пулсиращо напрежение в високоволтната обмотка според отношениято на обмотките на трансформатора. Тези трифазни индуцирани пулсиращи напрежения са равни по величина и посока. Тъй като високоволтната обмотка обикновено е свързана в звезда с неизолирана нейтрална точка, въпреки че се появяват високи пулсиращи напрежения, няма съответстващ импулсен ток, който да протича в високоволтната обмотка, за да противодейства на магнитизиращия ефект. Следователно целият импулсен ток в нисковолтната обмотка действа като магнитизиращ ток, произвеждайки интензивен нулев ред поток и индуцирайки екстремно високи потенциали на високоволтната страна. 

Тъй като потенциалът на високоволтния терминал е фиксиран от остатъчното напрежение на защитното приспособление, този индуциран потенциал се разпределя по обмотката, достигайки максимум в нейтралната точка. Следователно изолацията на нейтралната точка е склонна към пробив. Освен това, градиентите на напрежението между слоевете и витките се увеличават значително, което може да предизвика пробив на изолацията в други места. Този тип надвoltage произлиза от входящ импулс от високоволтната страна и е електромагнитно свързан обратно към високоволтната обмотка чрез нисковолтната обмотка – обикновено известен като „обратно преобразуване“.

2. Препредаващо преобразувателно надвoltage
Препредаващото преобразувателно надвoltage се случва, когато импулс от мълния влезе чрез нисковолтната линия. Импулсен ток тогава протича през нисковолтната обмотка, индуцирайки напрежение в високоволтната обмотка според отношенията на обмотките, което значително повишава потенциала на високоволтната нейтрална точка. Това също увеличава градиентите на напрежението между слоевете и витките. Този процес – когато импулс от нисковолтната страна индуцира надвoltage на високоволтната страна – се нарича „препредаване“. Тестове показват, че когато импулс от 10 кV влезе от нисковолтната страна и съпротивлението за заземяване е 5 Ω, градиентът на напрежението между слоевете в високоволтната обмотка може да надхвърли устойчивостта на изолацията между слоевете под воздействие на пълновълнов импулс с повече от 100%, неизбежно причинявайки пробив на изолацията.

Следователно, обикновено клапово или метално оксидно защитно приспособление трябва да бъде инсталирано и на нисковолтната страна на разпределителния трансформатор H61. В този защитен сценарий, проводниците за заземяване на високоволтните и нисковолтните защитни приспособления, нисковолтната нейтрална точка и металната обвивка на трансформатора са свързани заедно и заземени в едно място (също наричано „четириточкова връзка“ или „три в едно заземяване“).

Оперативен опит и експериментални изследвания показват, че дори за разпределителни трансформатори с добра изолация, повреди, предизвикани от препредаващо и обратно преобразувателно надвoltage, все още се случват, когато защитни приспособления са инсталирани само на високоволтната страна. Това е, защото защитни приспособления на високоволтната страна не могат да ограничат препредаващо или обратно преобразувателно надвoltage. Градиентът на напрежението между слоевете при тези надвoltage е пропорционален на броя на витките и зависи от разпределението на обмотките; пробив на изолацията може да се случи в началото, средата или края на обмотката – но краят е най-уязвим. Инсталирането на защитни приспособления на нисковолтната страна може ефективно да ограничи както препредаващото, така и обратното преобразувателно надвoltage до безопасен диапазон.

Друг метод за защита е отделно заземяване на високоволтната и нисковолтната страна. В тази конфигурация, високоволтното защитно приспособление е заземено независимо, без защитно приспособление на нисковолтната страна, и нисковолтната нейтрална точка и металната обвивка на трансформатора са свързани заедно и заземени отделно от системата за заземяване на високоволтната страна.

Този метод използва атenuацията на земята на вълните от мълнии, за да елиминира практически обратно преобразувателно надвoltage. По отношение на препредаващото преобразувателно надвoltage, изчисленията показват, че намаляването на съпротивлението за заземяване на нисковолтната страна от 10 Ω до 2.5 Ω може да намали препредаващото преобразувателно надвoltage на високоволтната страна с приблизително 40%. С правилно обработване на електродите за заземяване на нисковолтната страна, препредаващото преобразувателно надвoltage може да бъде елиминирано напълно.

Тази защитна схема е проста и икономична, въпреки че налага по-високи изисквания към съпротивлението на заземяване при ниско напрежение, което й дава определена практически стойност за по-общи приложения.

Освен гореспоменатите методи, други мерки за защита от мълнии за разпределителните трансформатори включват инсталиране на балансиращо обмотване върху ядрото на трансформатора, за да се подтиснат преходните и обратни преобразувателни надвишения на напрежението, или пряко вграждане на метално-оксидни предпазни приспособления вътре в трансформатора.