چه اقدامات حفاظتی در برابر برق برای ترانسформاتورهای توزیع H61 استفاده می‌شود

چه تدابیر حفاظتی در برابر صاعقه برای ترانسفورماتورهای توزیع H61 استفاده می‌شود؟

باید یک محافظ ضدصاعقه روی سمت فشار قوی ترانسفورماتور توزیع H61 نصب شود. طبق SDJ7–79 "کد فنی طراحی حفاظت از فراجهنگی تجهیزات الکتریکی"، سمت فشار قوی ترانسفورماتور توزیع H61 باید معمولاً با محافظ ضدصاعقه حفاظت شود. هادی زمینی محافظ، نقطه خنثی سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور و پوشش فلزی ترانسفورماتور باید همه به هم متصل و در یک نقطه مشترک زمین شوند. این روش نیز در DL/T620–1997 "حفاظت از فراجهنگی و هماهنگی عایق در نصب‌های الکتریکی جریان متناوب" که توسط وزارت سابق برق صادر شده است، توصیه شده است.

با این حال، تحقیقات و تجربیات عملیاتی گسترده نشان داده است که حتی با وجود محافظ‌های ضدصاعقه فقط در سمت فشار قوی، آسیب ترانسفورماتور تحت شرایط ضربه صاعقه هنوز اتفاق می‌افتد. در مناطق معمولی، نرخ خرابی سالانه حدود ۱٪ است؛ در مناطق با صاعقه بالا، می‌تواند به حدود ۵٪ برسد؛ و در مناطق با صاعقه بسیار شدید با بیش از ۱۰۰ روز صاعقه در سال، نرخ خرابی سالانه می‌تواند به ۵۰٪ برسد. علت اصلی این امر، فراجهنگی‌های معروف به "تحول مثبت و منفی" است که توسط ضربه صاعقه وارد شده به سیمپیچ فشار قوی ترانسفورماتور توزیع القاء می‌شود. مکانیزم این فراجهنگی‌ها به شرح زیر است:

۱. تحول منفی
وقتی ضربه صاعقه از سمت فشار قوی ۳-۱۰ kV وارد می‌شود و باعث عملکرد محافظ ضدصاعقه می‌شود، یک جریان ضربه‌ای بزرگ از طریق مقاومت زمینی می‌گذرد و یک پرتقال ولتاژ ایجاد می‌کند. این پرتقال ولتاژ در نقطه خنثی سیمپیچ فشار ضعیف ظاهر می‌شود و پتانسیل آن را افزایش می‌دهد. اگر خط فشار ضعیف نسبتاً طولانی باشد، مانند یک امپدانس موج به زمین رفتار می‌کند. تحت تأثیر این پتانسیل خنثی بالا، یک جریان ضربه‌ای بزرگ از طریق سیمپیچ فشار ضعیف می‌گذرد. جریان‌های ضربه‌ای سه‌فاز در اندازه و جهت یکسان هستند و یک شار مغناطیسی صفر قوی تولید می‌کنند.

 این شار مغناطیسی یک ولتاژ ضربه‌ای بسیار بالا در سیمپیچ فشار قوی بر اساس نسبت دورهای ترانسفورماتور القاء می‌کند. این سه ولتاژ ضربه‌ای القاء شده در سه فاز در اندازه و جهت یکسان هستند. چون سیمپیچ فشار قوی معمولاً به صورت ستاره‌ای بدون نقطه خنثی زمینی متصل می‌شود، با وجود ولتاژ ضربه‌ای بالا، جریان ضربه‌ای متناسب با آن در سیمپیچ فشار قوی جریان نمی‌یابد تا اثر مغناطیسی را تعادل دهد. بنابراین، تمام جریان ضربه‌ای در سیمپیچ فشار ضعیف به عنوان جریان مغناطیسی عمل می‌کند، شار مغناطیسی صفر قوی تولید می‌کند و پتانسیل‌های بسیار بالا در سمت فشار قوی القاء می‌کند. 

چون ولتاژ نقطه فشار قوی توسط ولتاژ باقی‌مانده محافظ ضدصاعقه ثابت می‌شود، این ولتاژ القاء شده در طول سیمپیچ توزیع می‌شود و در نقطه خنثی به حداکثر می‌رسد. بنابراین، عایق نقطه خنثی مستعد خرابی است. علاوه بر این، گرادیان ولتاژ بین لایه‌ها و دورهای مجاور به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد که می‌تواند منجر به خرابی عایق در نقاط دیگر شود. این نوع فراجهنگی از ضربه ورودی سمت فشار قوی ناشی می‌شود و از طریق سیمپیچ فشار ضعیف به سیمپیچ فشار قوی القاء می‌شود—که به "تحول منفی" مشهور است.

۲. تحول مثبت
تحول مثبت زمانی رخ می‌دهد که ضربه صاعقه از طریق خط فشار ضعیف وارد می‌شود. سپس یک جریان ضربه‌ای از طریق سیمپیچ فشار ضعیف می‌گذرد و یک ولتاژ در سیمپیچ فشار قوی بر اساس نسبت دورهای ترانسفورماتور القاء می‌کند که پتانسیل نقطه خنثی سمت فشار قوی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این امر نیز گرادیان ولتاژ بین لایه‌ها و دورهای مجاور را افزایش می‌دهد. این فرآیند—که ضربه سمت فشار ضعیف فراجهنگی در سمت فشار قوی القاء می‌کند—به "تحول مثبت" شهرت دارد. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که وقتی یک ضربه ۱۰ kV از طریق سمت فشار ضعیف وارد می‌شود و مقاومت زمینی ۵ Ω است، گرادیان ولتاژ بین لایه‌ها در سیمپیچ فشار قوی می‌تواند بیش از ۱۰۰٪ مقاومت ضربه‌ای کامل عایق بین لایه‌ها را فراتر ببرد و حتماً منجر به خرابی عایق می‌شود.

بنابراین، باید محافظ‌های ضدصاعقه معمولی از نوع شیری یا اکسید فلزی نیز روی سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور توزیع H61 نصب شود. در این طرح حفاظتی، هادی‌های زمینی محافظ‌های فشار قوی و فشار ضعیف، نقطه خنثی سمت فشار ضعیف و پوشش فلزی ترانسفورماتور همه به هم متصل و در یک نقطه (همچنین به عنوان "پیوند چهار نقطه‌ای" یا "زمین سه‌دریک") زمین می‌شوند.

تجربیات عملیاتی و مطالعات آزمایشی نشان می‌دهند که حتی برای ترانسفورماتورهای توزیع با عایق‌بندی خوب، شکست‌های ناشی از فراجهنگی‌های تحول مثبت و منفی هنوز رخ می‌دهند وقتی که محافظ‌های ضدصاعقه فقط روی سمت فشار قوی نصب شده‌اند. این امر به این دلیل است که محافظ‌های سمت فشار قوی نمی‌توانند فراجهنگی‌های تحول مثبت یا منفی را محدود کنند. گرادیان ولتاژ در این فراجهنگی‌ها متناسب با تعداد دورها و به توزیع سیمپیچ‌ها بستگی دارد؛ خرابی عایق می‌تواند در ابتدا، میانه یا انتهای سیمپیچ رخ دهد—اما انتهای سیمپیچ بیشتر در معرض خطر است. نصب محافظ‌های ضدصاعقه روی سمت فشار ضعیف می‌تواند به طور موثر فراجهنگی‌های تحول مثبت و منفی را به محدوده ای ایمن محدود کند.

یک روش حفاظتی دیگر، زمین‌بندی جداگانه سمت‌های فشار قوی و فشار ضعیف است. در این ساختار، محافظ سمت فشار قوی به طور مستقل زمین شده، محافظ روی سمت فشار ضعیف نصب نمی‌شود و نقطه خنثی سمت فشار ضعیف و پوشش فلزی ترانسفورماتور به هم متصل و به طور جداگانه از سیستم زمین‌بندی سمت فشار قوی زمین شده‌اند.

این روش از تضعیف امواج صاعقه توسط زمین برای حذف فراجهنگی تحول منفی استفاده می‌کند. در مورد فراجهنگی تحول مثبت، محاسبات نشان می‌دهند که کاهش مقاومت زمینی سمت فشار ضعیف از ۱۰ Ω به ۲.۵ Ω می‌تواند فراجهنگی تحول مثبت سمت فشار قوی را تقریباً ۴۰٪ کاهش دهد. با درمان صحیح الکترود زمینی سمت فشار ضعیف، فراجهنگی تحول مثبت می‌تواند به طور کامل حذف شود.

این طرح حفاظتی ساده و اقتصادی است، اگرچه نیازمند محدودیت‌های بیشتری برای مقاومت زمین‌گذاری ولتاژ پایین است که ارزش عملی خاصی برای کاربرد گسترده‌تر دارد.

به علاوه روش‌های فوق، سایر اقدامات محافظت از برق‌آسیب ترانسفورماتورهای توزیع شامل نصب یک سیم پیچ تعادل روی هسته ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژهای اضافی جلو و عقب، یا جاسازی مستقیم سلف‌های مانع اکسید فلزی در داخل ترانسفورماتور می‌باشد.