Koje su mjere zaštite od munje korištene za transformator H61?

Koje su mjerke zaštite od munja korištene za distribucijske transformatore H61?

Na visokonaponskoj strani distribucijskog transformatora H61 treba instalirati zaštitni uređaj od prekomjera. Prema SDJ7–79 "Tehnički kodeks za projektiranje zaštite električnog opreme od prekomjera", visokonaponska strana distribucijskog transformatora H61 obično treba biti zaštićena zaštitnim uređajem od prekomjera. Zemljačka vodica zaštitnog uređaja, neutralna točka na niskonaponskoj strani transformatora i metala opona transformatora trebaju biti povezane zajedno i zazemljene na zajedničkoj točki. Ova metoda je također preporučena u DL/T620–1997 "Zaštita od prekomjera i koordinacija izolacije za AC-električne instalacije" izdanom bivšim Ministarstvom električne energije.

Međutim, široka istraživanja i iskustva s radom pokazala su da čak i s zaštitnim uređajima instaliranim samo na visokonaponskoj strani, oštećenja transformatora se i dalje događaju pod uvjetima munjastih impulsa. U općim područjima, godišnja stopa oštećenja iznosi oko 1%; u područjima s visokim rizikom od munja, može doseći oko 5%; a u ekstremno ozbiljnim područjima sklonim munjama s više od 100 dana munji godišnje, godišnja stopa oštećenja može doseći 50%. Glavni uzrok su tzv. "prethodni i obrnuti transformacijski prekomjeri" inducirani munjastim impulzima koji ulaze u visokonaponsku bobinu distribucijskog transformatora. Mekanizmi ovih prekomjera su sljedeći:

1. Obrnuti transformacijski prekomjer
Kada munjasti impulz uđe sa visokonaponske strane od 3–10 kV i dovede do djelovanja zaštitnog uređaja, veliki impulzni struja prolazi kroz otpornost zemljanja, stvarajući pad napona. Taj pad napona pojavljuje se na neutralnoj točki niskonaponske bobine, povećavajući njenu potencijalnu razinu. Ako je niskonaponska linija relativno duga, ponaša se kao valna impedancija prema tlu. Pod utjecajem ove povišene potencijalne razine neutralne točke, velika impulzna struja teče kroz niskonaponsku bobinu. Tri-fazni impulzni strujevi su jednaki u veličini i smjeru, generirajući jak nultorazredni magnetni tok.

 Ovaj tok inducira vrlo visok impulsni napon u visokonaponskoj bobini prema omjeru broja zavoja. Ovi tri-fazni inducirani impulsni naponi su jednaki u veličini i smjeru. Budući da je visokonaponska bobina obično spojena u zvjezdnu konfiguraciju s nezemljenom neutralnom točkom, iako se pojave visoki impulsni naponi, ne teče odgovarajući impulzni struja u visokonaponskoj bobini kako bi se protivpojasao magnetizirajući učinak. Stoga, cijeli impulzni struja u niskonaponskoj bobini djeluje kao magnetizirajući struja, proizvodeći intenzivan nultorazredni tok i inducirajući ekstremno visoke potencijale na visokonaponskoj strani. 

Budući da je potencijal visokonaponskog terminala ograničen ostatnom naponskom karakteristikom zaštitnog uređaja, ovaj inducirani potencijal raspodijeljuje se duž bobine, dosežući svoju maksimalnu vrijednost na neutralnom kraju. Tako, izolacija neutralne točke je podložna propadanju. Također, gradijenti napona između slojeva i zavoja znatno porastu, mogući propadanje izolacije na drugim lokacijama. Ovaj tip prekomjera nastaje od dolaznog impulza s visokonaponske strane i elektromagnetski se povraća na visokonaponsku bobinu preko niskonaponske bobine—poznat kao "obrnuti transformacijski prekomjer."

2. Prethodni transformacijski prekomjer
Prethodni transformacijski prekomjer nastaje kada munjasti impulz uđe preko niskonaponske linije. Impulzni struja tada teče kroz niskonaponsku bobinu, inducirajući napon u visokonaponskoj bobini prema omjeru zavoja, što značajno povećava potencijal na neutralnoj točki visokonaponske strane. To također povećava gradijente napona između slojeva i zavoja. Ovaj proces—gdje niskonaponski dolazni impulz inducira prekomjer na visokonaponskoj strani—poznat je kao "prethodni transformacijski prekomjer." Testovi pokazuju da kada 10 kV impulz uđe na niskonaponsku stranu i otpornost zemljanja iznosi 5 Ω, gradijent napona između slojeva u visokonaponskoj bobini može prekoračiti punovalni impulsni otpornost izolacije između slojeva za više od 100%, neizbježno uzrokujući propadanje izolacije.

Stoga, obični ventil-tip ili metaloxidni zaštitni uređaji od prekomjera trebaju biti instalirani i na niskonaponskoj strani distribucijskog transformatora H61. U ovom sustavu zaštite, zemljačke vodice zaštitnih uređaja s visokonaponske i niskonaponske strane, neutralna točka niskonaponske strane i metala opona transformatora sve su povezane zajedno i zazemljene na jednoj točki (također poznato kao "četverotocko spajanje" ili "trojno u jedno zemljanje").

Iskustvo s radom i eksperimentalna studija pokazuju da čak i kod distribucijskih transformatora s dobrim izolacijama, munjasta oštećenja zbog prethodnih i obrnutih transformacijskih prekomjera još uvijek se javljaju kada su zaštitni uređaji instalirani samo na visokonaponskoj strani. To je zato što zaštitni uređaji na visokonaponskoj strani ne mogu supresirati prethodne ili obrnute transformacijske prekomjere. Gradijent napona između slojeva pod ovim prekomjerima proporcionalan je broju zavoja i ovisi o raspodjeli bobine; propadanje izolacije može se dogoditi na početku, sredini ili kraju bobine—ali je najosjetljiviji kraju. Instalacija zaštitnih uređaja na niskonaponskoj strani može efektivno ograničiti i prethodne i obrnute transformacijske prekomjere unutar sigurnog opsega.

Drugi način zaštite jest odvojeno zemljanje za visokonaponsku i niskonaponsku stranu. U toj konfiguraciji, zaštitni uređaj na visokonaponskoj strani je nezavisno zazemljen, nema zaštitnog uređaja na niskonaponskoj strani, a neutralna točka niskonaponske strane i opona transformatora su spojene zajedno i zasebno zazemljene od zemljanog sustava visokonaponske strane.

Ovaj način koristi prigušujući učinak zemlje na munjaste talase kako bi se u suštini eliminirao obrnuti transformacijski prekomjer. Što se tiče prethodnog transformacijskog prekomjera, izračuni pokazuju da smanjenjem otpornosti zemljanja niskonaponske strane s 10 Ω na 2.5 Ω može se smanjiti prekomjer prethodnog transformacije na visokonaponskoj strani približno za 40%. S pravilnim tretmanom niskonaponskog zemljačkog elektroda, prethodni transformacijski prekomjer može se u potpunosti eliminirati.

Ova shema zaštite je jednostavna i ekonomična, iako stavlja veće zahtjeve na otpornost zemljišta niskog napona, dajući joj određenu praktičnu vrijednost za širu primjenu.

Pored gore navedenih metoda, druge mjere zaštite od munja za distribucijske transformatorice uključuju instalaciju balansne zavojnice na jezgru transformatora kako bi se smanjile prekidne i obrnute transformacijske prenapone, ili upotrebu metal-oksidi snaga unutar samog transformatora.