Quines mesures de protecció contra els raigs s'utilitzen per als transformadors de distribució H61?

Quines mesures de protecció contra els raigs es fan servir per als transformadors de distribució H61?

S'ha d'instal·lar un para-raigs al costat d'alta tensió del transformador de distribució H61. Segons el SDJ7–79 "Codi Tècnic per al Disseny de la Protecció Contra Sobre tensions en Equipaments Elèctrics," generalment s'ha de protegir el costat d'alta tensió d'un transformador de distribució H61 amb un para-raigs. El conductor de terra del para-raigs, el punt neutre al costat de baixa tensió del transformador i la carcassa metàlica del transformador haurien de connectar-se tots junts i aterrar-se en un sol punt. Aquest mètode també es recomana en el DL/T620–1997 "Protecció Contra Sobre tensions i Coordinació d'Aïllament per a Instal·lacions Elèctriques en Corrent Altern," emès pel Ministre d'Electricitat anterior.

No obstant això, recerca extensiva i experiència operativa han demostrat que fins i tot amb para-raigs instal·lats només al costat d'alta tensió, encara es produeixen danys en els transformadors en condicions d'impuls de raig. En àrees generals, la taxa anual de fallada és d'aproximadament el 1%; en àrees amb molts raigs, pot arribar al voltant del 5%; i en regions extremadament propenses a raigs amb més de 100 dies de tempesta per any, la taxa anual de fallada pot arribar al 50%. La causa principal són les anomenades "sobre tensions de transformació directa i inversa" induïdes pels impulsos de raig que entren a l'enrotllament d'alta tensió del transformador de distribució. Els mecanismes d'aquestes sobre tensions són els següents:

1. Sobre tensió de Transformació Inversa
Quan un impuls de raig intrueix des del costat d'alta tensió de 3–10 kV i fa funcionar el para-raigs, un gran corrent d'impuls flueix a través de la resistència de terra, creant una caiguda de tensió. Aquesta caiguda de tensió apareix al punt neutre de l'enrotllament de baixa tensió, elevant-ne el potencial. Si la línia de baixa tensió és relativament llarga, es comporta com una impedància d'ona a terra. Sota l'influència d'aquest potencial elevat del punt neutre, un gran corrent d'impuls flueix a través de l'enrotllament de baixa tensió. Els tres corrents d'impuls trifàsics són iguals en magnitud i direcció, generant un fort flux de seqüència zero.

Aquest flux induceix una tensió d'impuls molt alta a l'enrotllament d'alta tensió segons la relació de voltants del transformador. Aquests tres impulsos induïts trifàsics són iguals en magnitud i direcció. Com que l'enrotllament d'alta tensió està típicament connectat en configuració estrella amb un punt neutre sense aterrar, encara que apareguin altes tensions d'impuls, no hi ha cap corrent d'impuls corresponent que flueixi a l'enrotllament d'alta tensió per compensar l'efecte magnetitzador. Per tant, tot el corrent d'impuls a l'enrotllament de baixa tensió actua com a corrent magnetitzador, produint un flux de seqüència zero intens i induint potencials extremadament alts al costat d'alta tensió. 

Com que el potencial del terminal d'alta tensió està limitat pel voltatge residual del para-raigs, aquest potencial induït es distribueix a l'alongament de l'enrotllament, arribant al seu màxim al final neutre. En conseqüència, l'aislament del punt neutre és propens a romandre. A més, els gradients de tensió entre capes i bobines augmenten significativament, podent causar falles d'aislament en altres llocs. Aquest tipus de sobre tensió prové d'un impuls entrant al costat d'alta tensió i es cou electromagnèticament de volta a l'enrotllament d'alta tensió a través de l'enrotllament de baixa tensió, sovint anomenat "transformació inversa."

2. Sobre tensió de Transformació Directa
La sobre tensió de transformació directa es produeix quan un impuls de raig entra a través de la línia de baixa tensió. Un corrent d'impuls llavors flueix a través de l'enrotllament de baixa tensió, induint una tensió a l'enrotllament d'alta tensió segons la relació de voltants, el que eleva considerablement el potencial al punt neutre d'alta tensió. Això també augmenta els gradients de tensió entre capes i bobines. Aquest procés, on un impuls al costat de baixa tensió induix una sobre tensió al costat d'alta tensió, es coneix com "transformació directa." Les proves mostren que quan un impuls de 10 kV entra al costat de baixa tensió i la resistència de terra és de 5 Ω, el gradient de tensió entre capes a l'enrotllament d'alta tensió pot superar la resistència a impuls complet de l'aislament entre capes en més del 100%, causant inevitablement una ruptura de l'aislament.

Per tant, també s'haurien d'instal·lar para-raigs ordinaris de tipus valvular o d'òxid metàl·lic al costat de baixa tensió del transformador de distribució H61. En aquest esquema de protecció, els conductors de terra dels para-raigs d'alta i baixa tensió, el punt neutre de baixa tensió i la carcassa metàlica del transformador s'han de connectar tots junts i aterrar-se en un sol punt (també conegut com "connexió de quatre punts" o "aterrament triple").

L'experiència operativa i els estudis experimentals indiquen que fins i tot per a transformadors de distribució amb bon aïllament, encara es produeixen fallades provocades per raigs degudes a sobre tensions de transformació directa i inversa quan els para-raigs només s'instal·len al costat d'alta tensió. Això és degut al fet que els para-raigs del costat d'alta tensió no poden suprimir les sobre tensions de transformació directa ni inversa. El gradient de tensió entre capes sota aquestes sobre tensions és proporcional al nombre de voltants i depèn de la distribució de l'enrotllament; la ruptura de l'aislament pot ocorrer al principi, mig o final de l'enrotllament, però és més vulnerable al final. L'instal·lació de para-raigs al costat de baixa tensió pot limitar eficaçment les sobre tensions de transformació directa i inversa a un rang segur.

Un altre mètode de protecció és l'aterrament separat per als costats d'alta i baixa tensió. En aquesta configuració, el para-raigs d'alta tensió es terra independentment, no s'instal·la cap para-raigs al costat de baixa tensió, i el punt neutre de baixa tensió i la carcassa del transformador es connecten i s'aterran separadament del sistema d'aterrament d'alta tensió.

Aquest mètode aprovecha l'efecte d'atenuació de la terra sobre les ones de raig per eliminar pràcticament la sobre tensió de transformació inversa. En quan a la sobre tensió de transformació directa, els càlculs mostren que reduir la resistència de terra de baixa tensió de 10 Ω a 2.5 Ω pot reduir la sobre tensió de transformació directa d'alta tensió en aproximadament un 40%. Amb un tractament adequat de l'electrodo de terra de baixa tensió, la sobre tensió de transformació directa pot ser eliminada completament.

Aquest esquema de protecció és simple i econòmic, encara que imposi requisits més elevats a la resistència de terra de baixa tensió, donant-li un cert valor pràctic per a una aplicació més ampla.

A més d'aquests mètodes, altres mesures de protecció contra els raigs per a transformadors de distribució inclouen l'instal·lació d'un voltatge d'equilibri al nucli del transformador per suprimir les sobretensions de transformació directa i inversa, o l'incrustació directa de paragirs d'òxid metàl·lic dins del propi transformador.