H61配電変圧器に使用される雷保護措置は何ですか

H61配電変圧器にはどのような落雷保護措置が用いられていますか？

H61配電変圧器の高圧側には避雷器を設置する必要があります。SDJ7–79「電力設備の過電圧保護設計技術規程」によれば、H61配電変圧器の高圧側は通常、避雷器で保護されるべきです。避雷器の接地導体、変圧器の低圧側の中性点、および変圧器の金属製ケースはすべて共通の点で接続し、接地する必要があります。この方法は、元電力省が発行したDL/T620–1997「交流電気設備の過電圧保護と絶縁調整」でも推奨されています。

しかし、広範な研究と運用経験により、高圧側にのみ避雷器を設置していても、落雷パルス条件下での変圧器の損傷が起こることが示されています。一般的な地域では年間故障率は約1%であり、落雷頻度が高い地域では約5%、さらに年間100日以上の雷雨がある非常に厳しい落雷地域では年間故障率は50%に達することもあります。主な原因は、落雷パルスが配電変圧器の高圧巻線に入り込むことで引き起こされる「正逆変換過電圧」です。これらの過電圧のメカニズムは以下の通りです：

1. 逆変換過電圧
3～10kVの高圧側から落雷パルスが侵入し、避雷器が動作すると、接地抵抗を通る大きなインパルス電流によって電圧降下が生じます。この電圧降下は低圧巻線の中性点に現れ、その電位が上昇します。低圧線が比較的長い場合、これは地対波インピーダンスとして作用します。この上昇した中性点電位の影響で、低圧巻線を通る大きなインパルス電流が流れます。三相のインパルス電流は大きさと方向が等しく、強烈な零序磁束を生成します。

 この磁束は、変圧器の巻数比に基づいて高圧巻線に非常に高いパルス電圧を誘起します。これらの三相誘導パルス電圧は大きさと方向が等しいです。高圧巻線は通常、中性点が接地されていない星形接続で、高パルス電圧が現れても、それに相当するインパルス電流が高圧巻線に流れることなく磁化効果を打ち消すことはありません。そのため、低圧巻線全体のインパルス電流が磁化電流として働き、強烈な零序磁束を生成し、高圧側に非常に高い電位を誘起します。

高圧端子電位は避雷器の残存電圧によって制限されますが、この誘起された電位は巻線に沿って分布し、中性点で最大になります。したがって、中性点絶縁は破壊されやすくなります。また、層間およびターン間の電圧勾配が大幅に増加し、他の場所での絶縁破壊を引き起こす可能性があります。この種の過電圧は、高圧側からの侵入パルスによって発生し、低圧巻線を介して高圧巻線に電磁的に結合されるため、「逆変換」と呼ばれます。

2. 正変換過電圧
正変換過電圧は、落雷パルスが低圧線を通って侵入するときに発生します。低圧巻線を通るインパルス電流によって、巻数比に基づいて高圧巻線に電圧が誘起され、高圧中性点の電位が大幅に上昇します。これにより、層間およびターン間の電圧勾配も増加します。このプロセス—低圧側からのパルスが高圧側に過電圧を誘起する—は「正変換」と呼ばれます。試験結果によると、10kVのパルスが低圧側に入り、接地抵抗が5Ωの場合、高圧巻線の層間電圧勾配は層間絶縁の全波インパルス耐え強度を超えることがあり、絶縁破壊を引き起こす可能性があります。

したがって、H61配電変圧器の低圧側にも通常のバルブ型または金属酸化物避雷器を設置する必要があります。この保護スキームでは、高圧および低圧避雷器の接地導体、低圧中性点、および変圧器の金属製ケースはすべて一点で接続し、接地します（「四点結合」または「三点一体接地」とも呼ばれます）。

運用経験と実験的研究により、高圧側にのみ避雷器を設置している場合でも、良好な絶縁を持つ配電変圧器であっても、正逆変換過電圧による落雷誘発故障が発生することが示されています。これは、高圧側の避雷器だけでは正逆変換過電圧を抑制できないためです。これらの過電圧下での層間電圧勾配は巻数に比例し、巻線の配置に依存します；絶縁破壊は巻線の始点、中点、または終点で発生しますが、最も脆弱なのは終点です。低圧側に避雷器を設置することで、正逆変換過電圧を安全な範囲に効果的に制限することができます。

別の保護方法は、高圧側と低圧側の独立した接地です。この構成では、高圧避雷器は独立して接地され、低圧側には避雷器を設置せず、低圧中性点と変圧器のケースは結合して、高圧接地システムとは別に接地されます。

この方法は、雷波に対する大地の減衰効果を利用して、基本的に逆変換過電圧を排除します。正変換過電圧に関しては、計算によれば、低圧接地抵抗を10Ωから2.5Ωに減らすことで、高圧正変換過電圧を約40%低下させることができます。低圧接地電極を適切に処理することで、正変換過電圧を完全に排除することができます。

この保護方式は単純で経済的ですが、低電圧の接地抵抗に対して高い要求を課すことになり、より広範な応用における一定の実用価値があります。

上記の方法に加えて、配電変圧器に対する他の雷保護措置には、変圧器コアにバランス巻線を設置して正逆変換過電圧を抑制する方法や、金属酸化物サージアレスターを直接変圧器内部に埋め込む方法が含まれます。