H61 배전 변압기에 사용되는 번개 보호 조치는 무엇인가요?

H61 배전 변압기에 사용되는 번개 보호 조치는 무엇인가요?

H61 배전 변압기의 고압 측에 방전관을 설치해야 합니다. SDJ7–79 "전력 설비 과전압 보호 설계 기술 규범"에 따르면, H61 배전 변압기의 고압 측은 일반적으로 방전관으로 보호되어야 합니다. 방전관의 접지선, 변압기 저압 측 중성점, 그리고 변압기의 금속 케이싱은 모두 공통 점에서 함께 접지되어야 합니다. 이 방법은 전전부(前電部)에서 발행한 DL/T620–1997 "교류 전기 설비의 과전압 보호 및 절연 조정"에서도 권장됩니다.

그러나 광범위한 연구와 운영 경험에 따르면, 고압 측에만 방전관을 설치하더라도 번개 충격 조건 하에서는 변압기 손상이 여전히 발생합니다. 일반 지역에서는 연간 고장률이 약 1%이며, 번개가 많은 지역에서는 약 5%에 달하며, 연간 천둥 날이 100일 이상인 매우 심각한 번개 지역에서는 연간 고장률이 50%에 이를 수 있습니다. 주된 원인은 번개 충격이 배전 변압기의 고압 코일로 들어가면서 유발되는 소위 "정방향 및 역방향 변환 과전압"입니다. 이러한 과전압의 메커니즘은 다음과 같습니다:

1. 역방향 변환 과전압
번개 충격이 3–10 kV 고압 측에서 침입하여 방전관이 작동할 때, 큰 충격 전류가 접지 저항을 통해 흐르며, 이로 인해 전압 강하가 발생합니다. 이 전압 강하는 저압 측 코일의 중성점에서 나타나 그 잠재력을 높입니다. 만약 저압 선이 비교적 길다면, 지면에 대한 파동 저항처럼 행동합니다. 이 높아진 중성점 잠재력의 영향으로, 큰 충격 전류가 저압 측 코일을 통해 흐릅니다. 세 상의 충격 전류는 크기와 방향이 동일하며, 강한 제로 시퀀스 자기 플럭스를 생성합니다.

 이 플럭스는 변압기 회전수 비율에 따라 고압 측 코일에 매우 높은 맥동 전압을 유도합니다. 이러한 세 상의 유도 맥동 전압은 크기와 방향이 동일합니다. 고압 측 코일은 일반적으로 접지되지 않은 중성점을 가진 별형 연결로 구성되므로, 고맥동 전압이 나타나더라도 고압 측 코일에서 대응하는 충격 전류가 흐르지 않아 자기 효과를 상쇄하지 않습니다. 따라서 저압 측 코일의 전체 충격 전류가 자기 전류로 작용하여 강한 제로 시퀀스 플럭스를 생성하고, 고압 측에 극단적으로 높은 잠재력을 유도합니다. 

고압 단자 전압이 방전관의 잔류 전압에 의해 제한되기 때문에, 이 유도된 잠재력은 코일을 따라 분포하며, 중성점 끝에서 최대값을 갖습니다. 결과적으로, 중성점 절연이 파손되기 쉽습니다. 또한, 층간 및 회전 간 전압 경사는 크게 증가하여 다른 위치에서 절연 실패를 초래할 수 있습니다. 이 유형의 과전압은 고압 측에서의 외부 충격으로부터 시작되며, 저압 측 코일을 통해 고압 측 코일로 전자기적으로 결합되므로, 일반적으로 "역방향 변환"이라고 부릅니다.

2. 정방향 변환 과전압
정방향 변환 과전압은 번개 충격이 저압 선을 통해 침입할 때 발생합니다. 충격 전류가 저압 측 코일을 통해 흐르며, 변압기 회전수 비율에 따라 고압 측 코일에 전압을 유도하여, 고압 중성점의 잠재력을 크게 높입니다. 이는 또한 층간 및 회전 간 전압 경사를 증가시킵니다. 이 과정—저압 측의 충격이 고압 측에 과전압을 유도하는 것—은 "정방향 변환"이라고 불립니다. 실험 결과, 10 kV의 충격이 저압 측으로 들어오고 접지 저항이 5 Ω일 때, 고압 측 코일의 층간 전압 경사가 층간 절연의 전파 충격 내구력보다 100% 이상 높아져, 필연적으로 절연 파괴가 발생합니다.

따라서 H61 배전 변압기의 저압 측에도 일반 밸브형 또는 금속 산화물 방전관을 설치해야 합니다. 이 보호 방안에서는 고압 및 저압 방전관의 접지선, 저압 중성점, 그리고 변압기의 금속 케이싱이 모두 한 점에서 함께 접지됩니다 (또는 "네 점 결합" 또는 "세 가지 하나의 접지"라고도 함).

운영 경험과 실험 연구에 따르면, 고압 측에만 방전관을 설치하더라도, 좋은 절연 상태의 배전 변압기에서도 정방향 및 역방향 변환 과전압으로 인한 번개 유발 고장이 발생합니다. 이는 고압 측 방전관이 정방향 또는 역방향 변환 과전압을 억제할 수 없기 때문입니다. 이러한 과전압 하의 층간 전압 경사는 회전수에 비례하며, 코일 분포에 따라 결정되며, 코일의 시작, 중간 또는 끝에서 절연 파괴가 발생할 수 있지만, 끝이 가장 취약합니다. 저압 측에 방전관을 설치하면, 정방향 및 역방향 변환 과전압을 안전한 범위로 효과적으로 제한할 수 있습니다.

다른 보호 방법은 고압 및 저압 측의 독립적인 접지입니다. 이 구성을 통해 고압 방전관은 독립적으로 접지되고, 저압 측에는 방전관이 설치되지 않으며, 저압 중성점과 변압기 케이싱은 고압 접지 시스템과 별도로 함께 접지됩니다.

이 방법은 지구의 번개 파동 감쇠 효과를 활용하여, 기본적으로 역방향 변환 과전압을 제거합니다. 정방향 변환 과전압에 대해서는, 계산에 따르면 저압 접지 저항을 10 Ω에서 2.5 Ω로 줄이면 고압 정방향 변환 과전압을 약 40% 감소시킬 수 있습니다. 저압 접지 전극을 적절히 처리하면, 정방향 변환 과전압을 완전히 제거할 수 있습니다.

이 보호 시스템은 간단하고 경제적이지만, 저전압 접지 저항에 더 높은 요구사항을 부과하여 넓은 범위의 적용에서 특정 실용적 가치를 가지고 있습니다.

위 방법 외에도 배전 변압기의 다른 번개 보호 조치로는 변압기 코어에 균형 권선을 설치하여 정방향 및 역방향 변환 과전압을 억제하거나, 금속 산화물 서지 아레스터를 직접 변압기 내부에 내장하는 방법이 있습니다.