Ποια μέτρα προστασίας από τον κεραυνό χρησιμοποιούνται για τους μετασχηματιστές κατανεμημένης ενέργειας H61;

Ποια μέτρα προστασίας από τους κεραυνούς χρησιμοποιούνται για τους διανομικούς μετατροπείς H61;

Ένας προστατευτής από συσσωρευτικά φαινόμενα πρέπει να εγκατασταθεί στην υψηλή τάση του διανομικού μετατροπέα H61. Σύμφωνα με το SDJ7–79 "Τεχνικός Κώδικας Προστασίας Ηλεκτρικού Εξοπλισμού από Υπερβολική Τάση," η υψηλή τάση του διανομικού μετατροπέα H61 πρέπει γενικά να προστατεύεται από έναν προστατευτή από συσσωρευτικά φαινόμενα. Ο ήδρας του προστατευτή, ο ουδέτερος σημειακός στην χαμηλή τάση του μετατροπέα και η μεταλλική κάλυψη του μετατροπέα πρέπει να συνδέονται μαζί και να εδραιώνονται σε κοινό σημείο. Αυτή η μέθοδος προτείνεται επίσης στο DL/T620–1997 "Προστασία από Υπερβολική Τάση και Συντονισμός Μόνωσης για Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Αλλοίωτης Συχνότητας," που εκδόθηκε από την πρώην Υπουργείο Ηλεκτρικής Ενέργειας.

Ωστόσο, εκτεταμένες έρευνες και εμπειρία λειτουργίας έχουν δείξει ότι, ακόμη και με προστατευτές από συσσωρευτικά φαινόμενα που εγκαταστάνται μόνο στην υψηλή τάση, οι μετατροπείς ακόμη και τότε βιάζονται υπό συνθήκες κεραυνικών συσσωρευτικών φαινομένων. Σε γενικές περιοχές, η ετήσια ποσοστιαία ταπείνωση είναι περίπου 1%; σε περιοχές με υψηλή ιστορία κεραυνών, μπορεί να φτάσει σε περίπου 5%; και σε εξαιρετικά σοβαρές περιοχές με περισσότερες από 100 ημέρες κεραυνών τον χρόνο, η ετήσια ποσοστιαία ταπείνωση μπορεί να φτάσει μέχρι και 50%. Η κύρια αιτία είναι η γνωστή ως "προστασία από μετατροπή εμπρός και πίσω" που προκαλείται από την είσοδο των κεραυνικών συσσωρευτικών φαινομένων στην υψηλή τάση του διανομικού μετατροπέα. Οι μηχανισμοί αυτών των υπερβολικών τάσεων είναι οι εξής:

1. Προστασία από μετατροπή πίσω
Όταν ένα κεραυνικό συσσωρευτικό φαινόμενο εισέρχεται από την υψηλή τάση 3-10 kV και προκαλεί τη λειτουργία του προστατευτή, ένα μεγάλο συσσωρευτικό ρεύμα διαρρέει την άντλης της έδρας, δημιουργώντας έναν ορισμένο υπολογισμό. Αυτός ο υπολογισμός εμφανίζεται στο ουδέτερο σημείο της χαμηλής τάσης, αυξάνοντας την δυναμική του. Εάν η χαμηλή τάση είναι σχετικά μεγάλη, συμπεριφέρεται ως ένας τροχοστάσιος συμπεριφοράς προς τη γη. Υπό την επιρροή αυτής της αυξημένης δυναμικής του ουδέτερου σημείου, ένα μεγάλο συσσωρευτικό ρεύμα διαρρέει την χαμηλή τάση. Τα τρία φάσης συσσωρευτικά ρεύματα είναι ίσα σε μέγεθος και κατεύθυνση, δημιουργώντας έναν ισχυρό μηδενικό μαγνητικό ρομπότ.

Αυτός ο ρομπότ επικαλύπτει ένα πολύ υψηλό συσσωρευτικό ύψος στην υψηλή τάση σύμφωνα με την αναλογία των στροφών του μετατροπέα. Αυτά τα τρία φάσης συσσωρευτικά ύψη είναι ίσα σε μέγεθος και κατεύθυνση. Επειδή η υψηλή τάση είναι συνήθως συνδεδεμένη σε στελέχη με ουδέτερο σημείο, αν και εμφανίζονται υψηλά συσσωρευτικά ύψη, δεν υπάρχει αντίστοιχο συσσωρευτικό ρεύμα στην υψηλή τάση για να αντισταθμίσει την μαγνητική επίδραση. Έτσι, ολόκληρο το συσσωρευτικό ρεύμα στην χαμηλή τάση λειτουργεί ως μαγνητικό ρεύμα, δημιουργώντας έναν ισχυρό μηδενικό ρομπότ και επικαλύπτοντας εξαιρετικά υψηλά ύψη στην υψηλή τάση. 

Επειδή το ύψος του υψηλού σημείου είναι συγκρατημένο από το υπόλοιπο ύψος του προστατευτή, αυτό το επικαλυμμένο ύψος διανέμεται κατά μήκος της στροφής, φθάνοντας το μέγιστο στο ουδέτερο σημείο. Συνεπώς, η μόνωση του ουδέτερου σημείου είναι ευάλωτη σε κατάρρευση. Επιπλέον, οι διαταραχές τάσης μεταξύ στροφών και στροφών αυξάνονται σημαντικά, με δυνατότητα κατάρρευσης της μόνωσης σε άλλες θέσεις. Αυτό το είδος υπερβολικής τάσης προέρχεται από ένα συσσωρευτικό φαινόμενο που εισέρχεται από την υψηλή τάση και είναι ηλεκτρομαγνητικά συνδεδεμένο με την υψηλή τάση μέσω της χαμηλής τάσης—γνωστό ως "προστασία από μετατροπή πίσω."

2. Προστασία από μετατροπή εμπρός
Η προστασία από μετατροπή εμπρός συμβαίνει όταν ένα κεραυνικό συσσωρευτικό φαινόμενο εισέρχεται μέσω της χαμηλής τάσης. Ένα συσσωρευτικό ρεύμα τότε διαρρέει την χαμηλή τάση, επικαλύπτοντας ένα ύψος στην υψηλή τάση σύμφωνα με την αναλογία των στροφών, που αυξάνει σημαντικά τη δυναμική του ουδέτερου σημείου της υψηλής τάσης. Αυτό επίσης αυξάνει τις διαταραχές τάσης μεταξύ στροφών. Αυτή η διαδικασία—όπου ένα συσσωρευτικό φαινόμενο στην χαμηλή τάση επικαλύπτει υπερβολική τάση στην υψηλή τάση—είναι γνωστή ως "προστασία από μετατροπή εμπρός." Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι όταν ένα 10 kV συσσωρευτικό φαινόμενο εισέρχεται στην χαμηλή τάση και η άντλης της έδρας είναι 5 Ω, οι διαταραχές τάσης μεταξύ στροφών στην υψηλή τάση μπορούν να ξεπεράσουν την αντοχή συσσωρευτικής τάσης της μόνωσης μεταξύ στροφών κατά πάνω από 100%, αποτελεσματικά προκαλώντας κατάρρευση της μόνωσης.

Συνεπώς, κανονικοί βαλβιδικοί ή μεταλλικοί οξειδικοί προστατευτές πρέπει επίσης να εγκατασταθούν στην χαμηλή τάση του διανομικού μετατροπέα H61. Σε αυτό το σχέδιο προστασίας, οι ήδρες των προστατευτών υψηλής και χαμηλής τάσης, το ουδέτερο σημείο της χαμηλής τάσης και η μεταλλική κάλυψη του μετατροπέα συνδέονται μαζί και εδραιώνονται σε ένα κοινό σημείο (επίσης γνωστό ως "τεσσαρακοστή σύνδεση" ή "τρία σε ένα εδραίωμα").

Η εμπειρία λειτουργίας και οι πειραματικές μελέτες δείχνουν ότι, ακόμη και για διανομικούς μετατροπείς με καλή μόνωση, οι καταστροφές που προκαλούνται από κεραυνικά συσσωρευτικά φαινόμενα λόγω προστασίας από μετατροπή εμπρός και πίσω συνεχίζουν να συμβαίνουν όταν οι προστατευτές εγκαταστάνται μόνο στην υψηλή τάση. Αυτό συμβαίνει επειδή οι προστατευτές της υψηλής τάσης δεν μπορούν να περιορίσουν την προστασία από μετατροπή εμπρός ή πίσω. Οι διαταραχές τάσης μεταξύ στροφών υπό αυτές τις υπερβολικές τάσεις είναι ανάλογες με τον αριθμό των στροφών και εξαρτώνται από την κατανομή των στροφών· η κατάρρευση της μόνωσης μπορεί να συμβεί στην αρχή, στη μέση ή στο τέλος των στροφών—αλλά το τέλος είναι το πιο ευάλωτο. Η εγκατάσταση προστατευτών στην χαμηλή τάση μπορεί να περιορίσει αποτελεσματικά και την προστασία από μετατροπή εμπρός και πίσω σε μια ασφαλή γωνία.

Ένα άλλο μέθοδο προστασίας είναι η χωριστή εδραίωση για την υψηλή και την χαμηλή τάση. Σε αυτή τη διάταξη, ο προστατευτής της υψηλής τάσης εδραιώνεται ανεξάρτητα, δεν εγκαταστάται προστατευτής στην χαμηλή τάση και το ουδέτερο σημείο της χαμηλής τάσης και η μεταλλική κάλυψη του μετατροπέα εδραιώνονται μαζί και εδραιώνονται χωριστά από το σύστημα εδραίωσης της υψηλής τάσης.

Αυτή η μέθοδος εκμεταλλεύεται την ατένιση της γης στις κεραυνικές κύματα για να εξαλείψει ουσιαστικά την προστασία από μετατροπή πίσω. Σχετικά με την προστασία από μετατροπή εμπρός, οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η μείωση της άντλης της έδρας της χαμηλής τάσης από 10 Ω σε 2.5 Ω μπορεί να μειώσει την προστασία από μετατροπή εμπρός της υψηλής τάσης περίπου 40%. Με την κατάλληλη επεξεργασία του ηλεκτρόδου της χαμηλής τάσης, η προστασία από μετατροπή εμπρός μπορεί να εξαλειφθεί εντελώς.

Αυτό το σύστημα προστασίας είναι απλό και οικονομικό, παρόλο που θέτει υψηλότερες απαιτήσεις στην αντίσταση σύνδεσης σε χαμηλή τάση, δίνοντάς του μια συγκεκριμένη πρακτική αξία για ευρύτερη εφαρμογή.

Εκτός από τις παραπάνω μεθόδους, άλλα μέτρα προστασίας από τον κεραυνό για τους διανομείς μετατροπέας περιλαμβάνουν την εγκατάσταση ενός ισορροπικού στρώματος στον πυρήνα του μετατροπέα για την καταστολή των υπερτάσεων μετατροπής προς τα εμπρός και προς τα πίσω, ή την ενσωμάτωση μεταλλικών οξειδωτικών προστατευτών κατά της υπερτάσεως άμεσα μέσα στον μετατροπέα.