Milyen villámvédelmi intézkedések alkalmazódnak az H61 elosztási transzformátorok esetén?

Milyen villámvédelmi intézkedéseket alkalmaznak az H61 elosztótranszformátorokon?

Az H61 elosztótranszformátor magasfeszültségi oldalán kell ütővédőt telepíteni. Az SDJ7–79 "Technikai szabályzat az elektromos berendezések túlfeszültségvédelmének tervezésére" szerint általában ütővédővel kell védni az H61 elosztótranszformátor magasfeszültségi oldalát. Az ütővédő felső vezetéke, a transzformátor alacsonyfeszültségi oldali nullpontja és a transzformátor fémházját közös pontban kell összekötni és földelni. Ez a módszer ajánlott a korábbi Elektromos Energiaminisztérium DL/T620–1997 "Ütővédelem és izolációs koordináció az AC elektromos telepítésekben" dokumentumában is.

Azonban széleskörű kutatások és működési tapasztalatok azt mutatták, hogy még akkor is, ha csak a magasfeszültségi oldalon telepítik az ütővédőket, a transzformátorok sérülhetnek villámpulsek hatására. Általános területeken az éves kiesési arány körülbelül 1%; nagy villámterületeken ez elérheti a 5%-ot; és rendkívül súlyos villámterületeken, ahol évente több mint 100 villámnap van, az éves kiesési arány akár 50%-ra is emelkedhet. A fő oka a villámimpulzusok által okozott, az elosztótranszformátor magasfeszültségi tekercsébe bejutó "egyirányú és visszairányú transzformációs túlfeszültségek". Ezek a túlfeszültségek a következőképpen jönnek létre:

1. Visszairányú transzformációs túlfeszültség
Amikor egy villámimpulzus bejut a 3–10 kV magasfeszültségi oldalról, és az ütővédő működésbe lép, nagy impulzusáram folyik át a földelő ellenállásban, ami feszültségugratást eredményez. Ez a feszültségugrás megjelenik az alacsonyfeszültségi tekercs nullpontján, növelve annak potenciálját. Ha az alacsonyfeszültségi vezeték hosszú, mint hullámellenállás viselkedik a földre nézve. Ennek a növekedett nullponti potenciálnak hatására nagy impulzusáram folyik az alacsonyfeszültségi tekercsen. A háromfázisú impulzusáramok mértékben és irányban egyenlőek, erős nullsorrendű mágneses fluxust generálva.

 Ez a fluxus nagyon magas impulzusfeszültséget indukál a magasfeszültségi tekercsben a transzformátor tekercsaránya alapján. Ezek a háromfázisú indukált impulzusfeszültségek mértékben és irányban egyenlőek. Mivel a magasfeszültségi tekercs általában csillagkapcsolásban van, ungrounded neutral pointtal, bár magas impulzusfeszültségek jelentkeznek, nem tartozik hozzájuk megfelelő impulzusáram a magasfeszültségi tekercsben, ami ellensúlyozná a mágnessel. Így az alacsonyfeszültségi tekercsben lévő teljes impulzusáram mágnessel jár, intenzív nullsorrendű fluxust és extrém magas potenciákat indukálva a magasfeszültségi oldalon. 

Mivel a magasfeszültségi terminál potenciálja az ütővédő maradékfeszültsége által korlátozódik, ez a indukált potenciál eloszlódik a tekercsben, maximálisan a nullponton. Emiatt a nullponti izoláció könnyen át tud lopni. Továbbá a réteg- és tekercsbeli feszültséggradiens jelentősen növekszik, ami más helyeken is izolációszakadást okozhat. Ez a típusú túlfeszültség a magasfészültségi oldali impulzusból ered, amely elektromágneses indításúan visszakerül a magasfeszültségi tekercsbe az alacsonyfeszültségi tekercs által—ismertebb nevén "visszairányú transzformáció."

2. Egyirányú transzformációs túlfeszültség
Az egyirányú transzformációs túlfeszültség akkor jön létre, amikor villámimpulzus bejut az alacsonyfeszültségi vezetéken. Ekkor impulzusáram folyik az alacsonyfeszültségi tekercsen, ami a tekercsarány alapján indukál feszültséget a magasfeszültségi tekercsben, jelentősen növelve a magasfeszültségi nullpont potenciálját. Ez növeli a réteg- és tekercsbeli feszültséggradienseket is. Ez a folyamat—ahol az alacsonyfeszültségi oldali impulzus túlfeszültséget indukál a magasfeszültségi oldalon—ismertebb nevén "egyirányú transzformáció." A tesztek azt mutatják, hogy ha 10 kV impulzus bejut az alacsonyfeszültségi oldalról, és a földelő ellenállása 5 Ω, a magasfeszültségi tekercs rétegkénti feszültséggradiense meghaladja a rétegizoláció teljes hullámú impulzuskiálló erejét 100%-kal, ami feltétlenül izolációszakadást okoz.

Ezért az H61 elosztótranszformátor alacsonyfeszültségi oldalán is telepíteni kell egyszerű kapcsolótípusú vagy fémmioxid ütővédőket. Ez a védelmi séma során az ütővédők földelő vezetékei, az alacsonyfeszültségi nullpont és a transzformátor fémházját közös pontban kell összekötni és földelni (más néven "négy pont csatlakoztatása" vagy "három egyben földelés").

A működési tapasztalatok és kísérleti tanulmányok azt mutatják, hogy még a jó izolációval rendelkező elosztótranszformátorok esetében is, a magasfeszültségi oldalon telepített ütővédőkkel, a villámindukált kiesések az egyirányú és visszairányú transzformációs túlfeszültségek miatt továbbra is előfordulhatnak. Ez azért van, mert a magasfeszültségi oldali ütővédők nem tudják enyhíteni az egyirányú vagy visszairányú transzformációs túlfeszültségeket. A túlfeszültségek alatt a rétegkénti feszültséggradiens arányos a tekerccsel, és a tekercseloszlástól függ; az izolációszakadás a tekercs kezdete, közepén vagy végén is bekövetkezhet, de a vég a legsebezhetőbb. Az alacsonyfeszültségi oldali ütővédők telepítése hatékonyan korlátozza az egyirányú és visszairányú transzformációs túlfeszültségeket biztonságos tartományba.

Egy másik védelmi módszer a magas- és alacsonyfeszültségi oldalak külön-külön földelése. Ez a konfiguráció során a magasfeszültségi ütővédő külön áll, az alacsonyfeszültségi oldalon nincs ütővédő, és az alacsonyfeszültségi nullpont és a transzformátor fémházja össze van kötve, és külön-külön, a magasfeszültségi földelő rendszerrel különbségesen van földelve.

Ez a módszer a Föld leküzdő hatását használja a villámimpulzusokra, lényegében kiküszöbözi a visszairányú transzformációs túlfeszültséget. Az egyirányú transzformációs túlfeszültség vonatkozásában a számítások azt mutatják, hogy az alacsonyfeszültségi földelő ellenállás 10 Ω-ról 2,5 Ω-ra történő csökkentése körülbelül 40%-kal csökkenti a magasfeszültségi egyirányú transzformációs túlfeszültséget. A megfelelő kezeléssel az alacsonyfeszültségi földelő elektrodával az egyirányú transzformációs túlfeszültség teljesen kiküszöbölhető.

Ez az áramkörvédelem egyszerű és gazdaságos, bár magasabb követelményeket támaszt a napi feszültségű földelési ellenállásra, amely bizonyos gyakorlati értéket ad szélesebb alkalmazáshoz.

A fenti módszerek mellett más villámlásvédelmi intézkedések a terjesztő transzformátorok esetén a transzformátormag tönkre vonatkozó egyensúlyozó tekercs telepítése lehet, ami csökkenteni tudja a előre- és hátravezetett átalakítási túlfeszültségeket, vagy fémmellékoxigén tartalommal rendelkező robbanásvédők közvetlen beágyazása a transzformátorba.