Hvilke lynbeskyttelsesforanstaltninger brukes for H61 fordeltransformatorer?

Hvilke lynbeskyttelsesforanstaltninger brukes for H61 distribusjonstransformatorer?

En overvoltagebeskytter bør installeres på høyspenningsiden av H61 distribusjonstransformator. I henhold til SDJ7–79 "Teknisk kodeks for design av overvoltagebeskyttelse for elektriske anlegg," bør høyspenningsiden av en H61 distribusjonstransformator generelt beskyttes med en overvoltagebeskytter. Overvoltagebeskytters jordledning, nøytralpunktet på lavspenningsiden av transformator, og transformatorens metallomhylning bør alle kobles sammen og jordfastes ved et felles punkt. Denne metoden anbefales også i DL/T620–1997 "Overvoltagebeskyttelse og isolasjonskoordinering for AC-elektriske anlegg," utgitt av den tidligere Kinas elektriske kraftministerium.

Men omfattende forskning og driftserfaring har vist at selv med overvoltagebeskyttere installert kun på høyspenningsiden, skjer det fremdeles skader på transformator under lynimpulssituasjoner. I alminnelige områder er årlig feilrate omtrent 1%; i områder med mye lyn kan den nå rundt 5%; og i ekstremt alvorlige lynområder med over 100 torden-dager per år, kan årlig feilrate være så høy som 50%. Den primære årsaken er de såkalte "fremover- og bakovertransformasjons-overvoltage" som blir induksjonert av lynimpulser som kommer inn i høyspenningsspole i distribusjonstransformator. Mekanismene for disse overvoltage er som følger:

1. Bakovertransformasjons-overvoltage
Når en lynimpuls kommer inn fra 3–10 kV høyspenningsiden og får overvoltagebeskytter til å virke, strømmer en stor impulsstrøm gjennom jordmotstanden, som opprettholder en spændingsfall. Dette spændingsfallet viser seg ved nøytralpunktet i lavspenningsspolen, og øker dens potensial. Hvis lavspenningslinjen er relativt lang, oppfører den seg som en bølgemotstand mot jorda. Under påvirkning av dette økte nøytralpunktspotensialet, strømmer en stor impulsstrøm gjennom lavspenningsspolen. De trefasimpulsstrømmene er like store og rettede, og genererer en sterk nullsekvensmagnetisk flate.

 Denne flata induksjonerer en svært høy pulsvoltasje i høyspenningsspolen ifølge transformatorens vindingsforhold. Disse trefasinduserte puls voltage er like store og rettede. Siden høyspenningsspolen typisk er koblet i stjernekonfigurasjon med en ubundet nøytralpunkt, selv om høye pulsvoltage dukker opp, strømmer det ingen tilsvarande impulsstrøm i høyspenningsspolen for å motveie magnetiseringseffekten. Dermed virker hele impulsstrømmen i lavspenningsspolen som magnetiseringsstrøm, produserer intens nullsekvensflate, og induksjonerer ekstremt høye potensialer på høyspenningsiden. 

Ettersom høyspenningskontaktens potensial er begrenset av overvoltagebeskytters residuelle spenning, fordeler denne induksjonerte potensialet langs spolen, når sitt maksimum ved nøytralendepunktet. Dermed er nøytralpunktisolasjonen utsatt for gjennomslag. I tillegg økes lag og vindings spenningsgradient betydelig, som kan forårsake isolasjonsfeil på andre plasser. Denne type overvoltage oppstår fra en høyspenningside kommande impulser og er elektromagnetisk koplet tilbake til høyspenningsspolen via lavspenningsspolen—kjent som "bakovertransformasjon."

2. Fremovertransformasjons-overvoltage
Fremovertransformasjons-overvoltage forekommer når en lynimpuls kommer inn gjennom lavspenningslinjen. En impulsstrøm strømmer da gjennom lavspenningsspolen, induksjonerer en spenning i høyspenningsspolen ifølge vindingsforholdet, som sterkt øker potensialet ved høyspenningsnøytralpunktet. Dette øker også lag og vindings spenningsgradient. Dette prosesset—hvor en lavspenningside impulser induksjonerer overvoltage på høyspenningsiden—kalles "fremovertransformasjon." Tester viser at når en 10 kV impulser kommer inn på lavspenningsiden og jordmotstanden er 5 Ω, kan lagets spenningsgradient i høyspenningsspolen overstige fullbølgeimpulsbelastningsstyrken av lagets isolasjon med mer enn 100%, noe som uunngåelig fører til isolasjonsnedbryting.

Derfor bør også vanlige ventiltype eller metalloksidovervoltagebeskyttere installeres på lavspenningsiden av H61 distribusjonstransformator. I denne beskyttelsesoppsettet kobles jordledningene til både høy- og lavspenningsovervoltagebeskyttere, lavspenningsnøytralpunktet, og transformatorens metallomhylning sammen, og jordfastes ved ett enkelt punkt (også kjent som "fire-punktsbinding" eller "tre-i-ett-jording").

Driftserfaring og eksperimentelle studier indikerer at selv for distribusjonstransformatorer med god isolasjon, forekommer fremdeles lyninduserte feil grunnet fremover- og bakovertransformasjons-overvoltage når overvoltagebeskyttere bare er installert på høyspenningsiden. Dette skyldes at høyspenningsiden overvoltagebeskyttere ikke kan undertrykke fremover- eller bakovertransformasjons-overvoltage. Lagets spenningsgradient under disse overvoltage er proporsjonal med antall vindinger og avhenger av vindingsfordeling; isolasjonsnedbryting kan forekomme ved vindings start, midt, eller slutt—men slutt er mest sårbart. Ved å installere overvoltagebeskyttere på lavspenningsiden, kan både fremover- og bakovertransformasjons-overvoltage effektivt begrenses til et trygt område.

En annen beskyttelsesmetode er separat jording for høy- og lavspenningsider. I dette oppsettet jordfastes høyspenningsovervoltagebeskytter separat, det installeres ingen overvoltagebeskyttere på lavspenningsiden, og lavspenningsnøytralpunktet og transformatorens metallomhylning kobles sammen og jordfastes separat fra høyspenningsjordsystemet.

Denne metoden utnytter jordens dempingseffekt på lynbølger for å i praksis eliminere bakovertransformasjons-overvoltage. Når det gjelder fremovertransformasjons-overvoltage, viser beregninger at ved å redusere lavspenningsjordmotstanden fra 10 Ω til 2.5 Ω, kan høyspenningsfremovertransformasjons-overvoltage reduseres med omtrent 40%. Med riktig behandling av lavspenningsjordelod, kan fremovertransformasjons-overvoltage eliminere helt.

Denne beskyttelsesoppsettet er enkelt og økonomisk, selv om det stiller høyere krav til lavspenningsjordmotstand, noe som gir det visst praktisk verdi for bredere anvendelse.

I tillegg til de ovennevnte metodene inkluderer andre lynbeskyttelsesforanstaltninger for distribusjonstransformatorer installasjon av en balansekilding på transformatorkjernen for å undertrykke overvoltage ved fremover- og bakovertransformasjon, eller direkte inbedring av metalloksidblaffere inni transformatoren.