Hvad for nogen lynbeskyttelsesforanstaltninger anvendes til H61 fordelingstransformatorer?

Hvilke lynbeskyttelsesforanstaltninger anvendes for H61 fordelingstransformatorer?

Der bør installeres en overgangsafleder på højspændings-siden af H61 fordelingstransformator. Ifølge SDJ7–79 "Teknisk kodeks for design af overvoltagebeskyttelse af elektriske anlæg" bør højspændings-siden af en H61 fordelingstransformator generelt beskyttes med en overgangsafleder. Aflederens jordledning, den lavspændings-side neutrale punkt på transformator og transformatorens metalbeholder bør alle være forbundet sammen og jordet ved et fælles punkt. Denne metode anbefales også i DL/T620–1997 "Overvoltagebeskyttelse og isoleringskoordinering for AC-elektriske anlæg", udstedt af det tidligere Ministeriet for Elektricitet.

Men omfattende forskning og driftserfaring har vist, at selv med overgangsafledere installeret kun på højspændings-siden, finder der stadig skader på transformer sted under lynimpulstilstande. I almindelige områder er årlige fejlhyppigheden ca. 1%; i højlynområder kan den nå op på ca. 5%; og i yderst alvorlige lynprone regioner med mere end 100 torden-dage om året, kan årlige fejlhyppigheden være så høj som 50%. Den primære årsag er de såkaldte "fremad- og bagudtransformerede overvoltage" induceret af lynimpulser, der indtrænger i højspændings-vindingen af fordelingstransformator. Mekanismerne bag disse overvoltage er følgende:

1. Bagudtransformeret overvoltage
Når en lynimpuls intruderer fra 3–10 kV højspændings-siden og får aflederen til at virke, strømmer en stor impulsstrøm gennem jordmodstanden, hvilket skaber en spændingsfald. Dette spændingsfald vises ved neutrale punktet af lavspændings-vinding, hvilket øger dets potentiale. Hvis lavspændings-ledningen er relativt lang, opfører den sig som en bølgeimpedans mod jorden. Under indflydelse af dette forhøjede neutrale-punkt-potentiale strømmer en stor impulsstrøm gennem lavspændings-vinding. De trefasimpulsstrømme er lige store og i samme retning, hvilket genererer en stærk nulsekvens magnetflod.

 Denne flod inducerer en meget høj puls-spænding i højspændings-vinding ifølge transformatorens vindingforhold. Disse trefasinduceret puls-spændinger er lige store og i samme retning. Da højspændings-vinding typisk er forbundet i stjernekonfiguration med en ikke-jordet neutralpunkt, vises trods høje puls-spændinger ingen tilsvarende impulsstrøm i højspændings-vinding, der kan modvirke magnetiseringsvirkningen. Dermed fungerer hele impulsstrømmen i lavspændings-vinding som magnetiseringsstrøm, producerer intens nulsekvens flod og inducerer ekstremt høje potentielle på højspændings-siden. 

Da højspændings-terminalpotentialet er fastholdt af aflederens restspænding, fordeler denne inducerede potentiel langs vindingen, når sin maksimum ved neutralenden. Konsekvensen er, at neutralpunkts-isolationen er sårbar overfor nedbrydning. Desuden øges interlag- og interspiral-spændingsgrader betydeligt, hvilket potentielt kan forårsage isolationnedbrydning andre steder. Denne type overvoltage kommer fra en højspændings-side kommandostorm og er elektromagnetisk koblet tilbage til højspændings-vinding via lavspændings-vinding - kendt som "bagudtransformation."

2.Fremadtransformeret overvoltage
Fremadtransformeret overvoltage forekommer, når en lynimpuls indtrænger gennem lavspændings-ledningen. En impulsstrøm strømmer derefter gennem lavspændings-vinding, hvilket inducerer en spænding i højspændings-vinding ifølge vindingforhold, hvilket betydeligt hæver potential på højspændings-neutralpunkt. Dette øger også interlag- og interspiral-spændingsgrader. Denne proces, hvor en lavspændings-side storm inducerer overvoltage på højspændings-siden, kaldes "fremadtransformation." Tests viser, at når en 10 kV storm indtrænger på lavspændings-siden og jordmodstanden er 5 Ω, kan interlag-spændingsgradienten i højspændings-vinding overstige fuldbølge impuls standfasthed af interlag-isolationen med mere end 100%, hvilket uundgåeligt forårsager isolationnedbrydning.

Derfor bør der også installeres almindelige ventiltypiske eller metaloksid-overgangsafledere på lavspændings-siden af H61 fordelingstransformator. I denne beskyttelsesskema, er jordledninger af både høj- og lavspændings-afledere, lavspændings-neutralpunkt, og transformatorens metalbeholder forbundet sammen og jordet ved et enkelt punkt (også kaldet "fire-punkts binding" eller "tre-i-én jordning").

Driftserfaring og eksperimentelle studier viser, at selv for fordelingstransformatorer med god isolation, finder der stadig lyninduceret fejl sted pga. fremad- og bagudtransformerede overvoltage, når afledere er installeret kun på højspændings-siden. Dette skyldes, at højspændings-afledere ikke kan dæmpe fremad- eller bagudtransformerede overvoltage. Interlag-spændingsgradienten under disse overvoltage er proportional med antallet af vindinger og afhænger af vindingfordeling; isolationnedbrydning kan forekomme ved begyndelsen, midten eller slutningen af vindingen - men slutningen er mest sårbar. Installation af afledere på lavspændings-siden kan effektivt begrænse både fremad- og bagudtransformerede overvoltage til et sikker område.

En anden beskyttelsesmetode er separat jordning for høj- og lavspændings-sider. I denne konfiguration er højspændings-aflederen jordet separat, ingen afleder er installeret på lavspændings-siden, og lavspændings-neutralpunkt og transformatorbeholder er forbundet sammen og jordet separat fra højspændings-jordningssystemet.

Denne metode udnytter jordens dempningseffekt på lynbølger til at i væsentlig grad eliminere bagudtransformeret overvoltage. Angående fremadtransformeret overvoltage viser beregninger, at reduktion af lavspændings-jordmodstand fra 10 Ω til 2,5 Ω kan sænke højspændings-fremadtransformeret overvoltage med ca. 40%. Med passende behandling af lavspændings-jordelektroden kan fremadtransformeret overvoltage elimineres helt.

Denne beskyttelsesmetode er enkel og økonomisk, selvom den stiller højere krav til lavspændings jordforbindelsesmodstand, hvilket giver den en vis praktisk værdi for bredere anvendelse.

Ud over de ovennævnte metoder inkluderer andre lynbeskyttelsesforanstaltninger for distributions-transformatorer installation af en justeringsvinding på transformatorens kjerne for at undertrykke overspændinger ved frem- og bagovertransformation, eller indbygning af metaloksidblitzablevere direkte i transformatorerne.