Welke bliksembeschermingsmaatregelen worden gebruikt voor H61-verdeeltransformatoren?

Welke bliksemsbeveiligingsmaatregelen worden gebruikt voor H61-verdeeltransformatoren?

Er moet een overvoltagebeveiliging op de hoogspanningskant van de H61-verdeeltransformator worden geïnstalleerd. Volgens SDJ7–79 "Technische Code voor het Ontwerp van Overvoltagebeveiliging van Elektrische Apparatuur" dient de hoogspanningskant van een H61-verdeeltransformator in het algemeen te worden beschermd door een overvoltagebeveiliging. De aardingsleider van de beveiliging, het neutrale punt aan de laagspanningskant van de transformator en de metalen behuizing van de transformator moeten allemaal met elkaar verbonden zijn en op één gemeenschappelijk punt worden aangesloten. Deze methode wordt ook aanbevolen in DL/T620–1997 "Overvoltagebeveiliging en Isolatiecoördinatie voor Wisselspanningsinstallaties," uitgegeven door het voormalige Ministerie van Elektriciteit.

Echter, uitgebreid onderzoek en operationele ervaring hebben aangetoond dat zelfs met overvoltagebeveiligingen alleen op de hoogspanningskant, schade aan de transformator nog steeds kan optreden onder blikseminpulse omstandigheden. In het algemeen gebied ligt het jaarlijkse defectpercentage rond 1%; in gebieden met veel bliksem kan dit ongeveer 5% bereiken; en in zeer zwaar bliksemprijzige regio's met meer dan 100 onweersdagen per jaar, kan het jaarlijkse defectpercentage tot 50% stijgen. De primaire oorzaak is de zogenaamde "voor- en achterwaartse transformatie-overvoltages" veroorzaakt door blikseminpulsen die de hoogspanningswinding van de verdeeltransformator binnendringen. De mechanismen van deze overvoltages zijn als volgt:

1. Achterwaartse Transformatie-Overvoltage
Wanneer een blikseminpulse vanaf de 3–10 kV hoogspanningskant binnendringt en de overvoltagebeveiliging doet werken, stroomt er een grote impulsgolfstroom door de aardingweerstand, waardoor er een spanningval ontstaat. Deze spanningval verschijnt op het neutrale punt van de laagspanningswinding, wat het potentiaal verhoogt. Als de laagspanningslijn relatief lang is, gedraagt deze zich als een golfimpedantie naar de grond. Onder invloed van dit verhoogde neutrale-punt-potentiaal stroomt er een grote impulsgolfstroom door de laagspanningswinding. De driefase-impulsgolfstromen zijn gelijk in grootte en richting, wat een sterke nulsequentie-magnetische flux genereert.

Deze flux induceert een zeer hoge pulsvoltage in de hoogspanningswinding volgens de transformatorverhouding. Deze driefase geïnduceerde pulsvoltages zijn gelijk in grootte en richting. Aangezien de hoogspanningswinding meestal in ster-configuratie is verbonden met een niet-aangesloten neutraal punt, verschijnen er hoewel hoge pulsvoltages, geen corresponderende impulsgolfstroom in de hoogspanningswinding om het magnetiserende effect te compenseren. Dus, de volledige impulsgolfstroom in de laagspanningswinding fungeert als magnetiseringsstroom, wat intense nulsequentie-flux produceert en uiterst hoge potentialen op de hoogspanningskant induceert. 

Omdat het potentiaal van het hoogspanningsterminal wordt beperkt door de restspanning van de overvoltagebeveiliging, verspreidt dit geïnduceerde potentiaal zich langs de winding, waarbij het maximaal is aan het neutrale einde. Hierdoor is de isolatie van het neutrale punt vatbaar voor doorslaan. Bovendien nemen de tussenlagen- en tussenspanningsgradiënten significant toe, wat mogelijk leidt tot isolatiefaal op andere locaties. Dit type overvoltage ontstaat door een binnenkomende impuls aan de hoogspanningskant en wordt elektromagnetisch gekoppeld terug naar de hoogspanningswinding via de laagspanningswinding—bekend als "achterwaartse transformatie."

2.Voorwaartse Transformatie-Overvoltage
Voorwaartse transformatie-overvoltage treedt op wanneer een blikseminpulse door de laagspanningslijn binnendringt. Er stroomt dan een impulsgolfstroom door de laagspanningswinding, die een voltage in de hoogspanningswinding induceren volgens de windingverhouding, wat het potentiaal op het neutrale punt van de hoogspanningskant sterk verhoogt. Dit verhoogt ook de tussenlagen- en tussenspanningsgradiënten. Dit proces—waarbij een laagspanningskant-impuls overvoltage op de hoogspanningskant induceert—wordt "voorwaartse transformatie" genoemd. Tests tonen aan dat wanneer een 10 kV impuls de laagspanningskant binnendringt en de aardingweerstand 5 Ω is, de tussenlagen-spanningsgradiënt in de hoogspanningswinding meer dan 100% kan overstijgen ten opzichte van de volledigegolfimpulse bestandheid van de tussenlagen-isolatie, wat onvermijdelijk leidt tot isolatie-doorbraak.

Daarom moeten er ook gewone ventiel- of metaloxide-overvoltagebeveiligingen aan de laagspanningskant van de H61-verdeeltransformator worden geïnstalleerd. In dit beschermingschema worden de aardingsleiders van zowel de hoog- als laagspanningsbeveiligingen, het laagspanningsneutrale punt en de metalen behuizing van de transformator allemaal met elkaar verbonden en op één punt (ook wel "vierpuntenbinding" of "drie-in-één aarding" genoemd) aangesloten.

Operationele ervaring en experimentele studies wijzen uit dat zelfs voor verdeeltransformatoren met goede isolatie, blikseminduced faalgevallen door voor- en achterwaartse transformatie-overvoltages nog steeds kunnen optreden wanneer beveiligingen alleen op de hoogspanningskant zijn geïnstalleerd. Dit komt omdat hoogspanningskant-beveiligingen voor- of achterwaartse transformatie-overvoltages niet kunnen onderdrukken. De tussenlagen-spanningsgradiënt onder deze overvoltages is evenredig met het aantal windingen en hangt af van de windingverdeling; isolatie-throughbraak kan optreden aan het begin, midden of eind van de winding—maar het eind is het meest kwetsbaar. Beveiligingen aan de laagspanningskant installeren kan voor- en achterwaartse transformatie-overvoltages effectief beperken tot een veilig bereik.

Een andere beschermingsmethode is aparte aarding voor de hoog- en laagspanningskanten. In deze configuratie wordt de hoogspanningsbeveiliging onafhankelijk aangesloten, er wordt geen beveiliging aan de laagspanningskant geïnstalleerd, en het laagspanningsneutrale punt en de transformatorbehuizing worden met elkaar verbonden en afzonderlijk van het hoogspanningsaardingsysteem aangesloten.

Deze methode maakt gebruik van de dempingseffecten van de aarde op bliksemgolven om essentieel achterwaartse transformatie-overvoltage te elimineren. Wat betreft voorwaartse transformatie-overvoltage, berekeningen tonen aan dat het verminderen van de laagspanningsaardingweerstand van 10 Ω naar 2.5 Ω de voorwaartse transformatie-overvoltage op de hoogspanningskant ongeveer 40% kan verlagen. Met de juiste behandeling van de laagspanningsaarding-elektrode kan voorwaartse transformatie-overvoltage volledig worden geëlimineerd.

Dit beschermingschema is eenvoudig en economisch, hoewel het hogere eisen stelt aan de laagspanningsaardingweerstand, waardoor het bepaalde praktische waarde heeft voor bredere toepassing.

Naast de bovenstaande methoden omvatten andere bliksembeschermingsmaatregelen voor distributietransformatoren het installeren van een balancerende winding op het transformatorkern om voorwaartse en achterwaartse transformatie-overvoltages te onderdrukken, of het inbedden van metaloxide overspanningsbeveiligingen direct binnen de transformatoren.