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

سیستم‌های حفاظت از برق از چه تدابیری برای ترانسفورماتورهای توزیع H61 استفاده می‌کنند؟

باید یک محافظ ضد سر و صدای الکتریکی روی سمت فشار قوی ترانسفورماتور توزیع H61 نصب شود. طبق SDJ7–79 "کد فنی طراحی حفاظت از بیش‌فشاری تجهیزات برق"، به طور کلی سمت فشار قوی ترانسفورماتور توزیع H61 باید با محافظ ضد سر و صدای الکتریکی محافظت شود. هادی زمینی محافظ، نقطه خنثی در سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور و پوشش فلزی ترانسفورماتور باید با هم متصل شده و در یک نقطه مشترک زمین شوند. این روش همچنین در DL/T620–1997 "حفاظت از بیش‌فشاری و هماهنگی عایق‌بندی در نصب‌های برق متناوب" که توسط وزارت سابق برق صادر شده، توصیه شده است.

با این حال، تحقیقات گسترده و تجربیات عملی نشان داده‌اند که حتی با نصب محافظ ضد سر و صدای الکتریکی فقط در سمت فشار قوی، آسیب به ترانسفورماتور در شرایط ضربه برق هنوز رخ می‌دهد. در مناطق معمولی، نرخ خرابی سالانه حدود ۱٪ است؛ در مناطق با برق بالا می‌تواند به حدود ۵٪ برسد؛ و در مناطق بسیار شدید برق با بیش از ۱۰۰ روز طوفان برق در سال، نرخ خرابی سالانه می‌تواند تا ۵۰٪ برسد. علت اصلی این امر، "بیش‌فشاری تبدیل مستقیم و معکوس" است که توسط ضربات برق وارد شده به سیم‌پیچ فشار قوی ترانسفورماتور توزیع القاء می‌شود. مکانیزم‌های این بیش‌فشاری‌ها به شرح زیر است:

۱. بیش‌فشاری تبدیل معکوس
وقتی یک ضربه برق از سمت فشار قوی ۳-۱۰ کیلوولت وارد می‌شود و باعث عملکرد محافظ ضد سر و صدا می‌شود، جریان ضربه‌ای قابل توجهی از طریق مقاومت زمین می‌گذرد و فروپاشی ولتاژ ایجاد می‌کند. این فروپاشی 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 بالای نقطه خنثی، جریان ضربه‌ای قابل توجهی از طریق سیم‌پیچ فشار ضعیف می‌گذرد. جریان‌های ضربه‌ای سه‌فاز در اندازه و جهت یکسان هستند و مغناطیس صفر قوی ایجاد می‌کنند.

این مغناطیس یک ولتاژ ضربه‌ای بسیار بالا را 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 با نقطه خنثی بدون زمین‌شدن متصل است، هرچند ولتاژ ضربه‌ای بالا ظاهر می‌شود، جریان ضربه‌ای متناسب با اثر مغناطیسی در سیم‌پیچ فشار قوی جریان نمی‌یابد. بنابراین، تمام جریان ضربه‌ای در سیم‌پیچ فشار ضعیف به عنوان جریان مغناطیسی عمل می‌کند و مغناطیس صفر قوی ایجاد می‌کند و پتانسیل‌های بسیار بالا در سمت فشار قوی القاء می‌کند.

چون ولتاژ سر فشار قوی توسط ولتاژ باقی‌مانده محافظ ضد سر و صدا ثابت می‌شود، این پتانسیل القاء شده در طول سیم‌پیچ توزیع می‌شود و در سر خنثی به حداکثر می‌رسد. بنابراین، عایق‌بندی سر خنثی معرض خطر خرابی است. علاوه بر این، گرادیان ولتاژ بین لایه‌ها و دورهای مختلف به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و می‌تواند به خرابی عایق‌بندی در نقاط دیگر منجر شود. این نوع بیش‌فشاری از یک ضربه برق وارد شده از سمت فشار قوی ناشی می‌شود و از طریق سیم‌پیچ فشار ضعیف به سیم‌پیچ فشار قوی بازتاب می‌یابد—این پدیده به "تبدیل معکوس" معروف است.

۲. بیش‌فشاری تبدیل مستقیم
بیش‌فشاری تبدیل مستقیم زمانی رخ می‌دهد که یک ضربه برق از طریق خط فشار ضعیف وارد می‌شود. جریان ضربه‌ای از طریق سیم‌پیچ فشار ضعیف می‌گذرد و ولتاژی در سیم‌پیچ فشار قوی بر اساس نسبت دورهای ترانسفورماتور القاء می‌کند که پتانسیل سر خنثی فشار قوی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این امر همچنین گرادیان ولتاژ بین لایه‌ها و دورهای مختلف را افزایش می‌دهد. این فرآیند—که در آن ضربه برق وارد شده از سمت فشار ضعیف بیش‌فشاری را در سمت فشار قوی القاء می‌کند—به "تبدیل مستقیم" معروف است. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که وقتی یک ضربه ۱۰ کیلوولت از طریق سمت فشار ضعیف وارد می‌شود و مقاومت زمین ۵ اهم است، گرادیان ولتاژ بین لایه‌ها در سیم‌پیچ فشار قوی می‌تواند بیش از ۱۰۰٪ از تحمل ضربه‌ای کامل عایق‌بندی بین لایه‌ها را فراتر برود و خرابی عایق‌بندی را ایجاب کند.

بنابراین، باید محافظ‌های ضد سر و صدای الکتریکی معمولی یا اکسید فلزی نیز در سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور توزیع H61 نصب شود. در این طرح حفاظتی، هادی‌های زمینی محافظ‌های فشار قوی و ضعیف، نقطه خنثی فشار ضعیف و پوشش فلزی ترانسفورماتور همه با هم متصل شده و در یک نقطه (معروف به "پیوند چهار نقطه‌ای" یا "زمین‌شدن سه‌دریک") زمین شوند.

تجربیات عملی و مطالعات آزمایشی نشان می‌دهند که حتی برای ترانسفورماتورهای توزیع با عایق‌بندی خوب، خرابی‌های ناشی از بیش‌فشاری تبدیل مستقیم و معکوس هنوز با وجود نصب محافظ‌های ضد سر و صدا فقط در سمت فشار قوی رخ می‌دهد. این امر به این دلیل است که محافظ‌های فشار قوی نمی‌توانند بیش‌فشاری تبدیل مستقیم یا معکوس را کاهش دهند. گرادیان ولتاژ در این بیش‌فشاری‌ها متناسب با تعداد دورها است و به توزیع سیم‌پیچ بستگی دارد؛ خرابی عایق‌بندی می‌تواند در ابتدای، وسط یا انتهای سیم‌پیچ رخ دهد—اما انتهای سیم‌پیچ بیشتر در معرض خطر است. نصب محافظ‌های ضد سر و صدا در سمت فشار ضعیف می‌تواند بیش‌فشاری تبدیل مستقیم و معکوس را به محدوده ای ایمن کاهش دهد.

یک روش دیگر حفاظت، زمین‌شدن جداگانه سمت‌های فشار قوی و ضعیف است. در این پیکربندی، محافظ فشار قوی به طور مستقل زمین شده و محافظی در سمت فشار ضعیف نصب نمی‌شود و نقطه خنثی فشار ضعیف و پوشش فلزی ترانسفورماتور با هم متصل شده و به طور جداگانه از سیستم زمین‌شدن فشار قوی زمین شوند.

این روش از تضعیف توسط زمین برای حذف عملاً کامل بیش‌فشاری تبدیل معکوس استفاده می‌کند. در مورد بیش‌فشاری تبدیل مستقیم، محاسبات نشان می‌دهند که کاهش مقاومت زمین فشار ضعیف از ۱۰ اهم به ۲.۵ اهم می‌تواند بیش‌فشاری تبدیل مستقیم فشار قوی را تقریباً ۴۰٪ کاهش دهد. با درمان صحیح الکترود زمین فشار ضعیف، می‌توان بیش‌فشاری تبدیل مستقیم را کاملاً حذف کرد.

این طرح حفاظتی ساده و اقتصادی است، اگرچه نیازمند الزامات بالاتری برای مقاومت زمین‌گذاری ولتاژ پایین است که ارزش عملی خاصی برای کاربردهای گسترده‌تر به آن می‌بخشد.

به علاوه روش‌های ذکر شده، سایر اقدامات محافظت از برق‌آسا برای ترانسفورماتورهای توزیع شامل نصب یک پیچش تعادل‌ساز روی هسته ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژهای اضافی جلو و عقب، یا جاسازی مستقیم فریمهای مانع اکسید فلزی در داخل ترانسفورماتور می‌باشد.