Kateri ukrepi za zaščito pred negativnimi posledicami nevihte se uporabljajo za distribucijske transformatorje H61?

Katera varnostne ukrepe za zaščito pred Blitz je uporabljena za distribucijske transformatorje H61?

Na visokonapetostni strani distribucijskega transformatorja H61 bi morala biti nameščena prepogojna naprava. V skladu s SDJ7–79 "Tehnični kodeks za oblikovanje zaščite električne opreme pred prenapetostmi" bi visokonapetostna stran distribucijskega transformatorja H61 običajno morale biti zaščitene z prepogojno napravo. Zazemlilni vod prepogojne naprave, neutralna točka na nizkonapetostni strani transformatorja in kovinski okrogelj transformatorja bi morali biti povezani skupaj in zazemljeni na skupni točki. Ta metoda je tudi priporočena v DL/T620–1997 "Zaščita in koordinacija izolacije za prenapetosti v stacionarnih elektroenergetskih napravah," ki jo je izdala bivša Ministrstvo za električno energijo.

Vendar pa raziskave in operativne izkušnje kažejo, da se poškodbe transformatorjev še vedno pojavljajo zaradi Blitz pod pogojih, tudi če so prepogojne naprave nameščene le na visokonapetostni strani. V splošnih območjih je letna stopnja odpadkov okoli 1%; v območjih z visokim učinkom Blitz lahko doseže okoli 5%; v zelo težjih območjih, kjer je več kot 100 dnevnih Blitz, je letna stopnja odpadkov lahko do 50%. Glavni vzrok je tako imenovana "preobratna in obratna preoblikovalna prenapetost," ki je povzročena z Blitz, ki vstopa v visokonapetostni navoj distribucijskega transformatorja. Mekanizmi teh prenapetosti so naslednji:

1. Obratna preoblikovalna prenapetost
Ko Blitz vstopi s visokonapetostne strani 3–10 kV in aktivira prepogojno napravo, velika impulzna tok preteče skozi upornost zazemljenja, kar ustvari padec napetosti. Ta padec napetosti se pojavi na neutralni točki nizkonapetostnega navoja, kar poviša njeno potencial. Če je nizkonapetostna linija relativno dolga, se obnaša kot valovna upornost do zemlje. Pod vplivom tega povišanega potenciala neutralne točke velik impulzni tok preteče skozi nizkonapetostni navoj. Tri-fazni impulzni tokovi so enaki po velikosti in smeri, kar generira močen nulti red magnetnega toka.

Ta tok inducira zelo visok impulzni tok v visokonapetostnem navoji glede na omara transformatorja. Ti tri-fazni inducirani impulzni toki so enaki po velikosti in smeri. Ker je visokonapetostni navoj običajno povezan v zvezdo s nezazemljenim neutralnim koncem, čeprav se pojavijo visoki impulzni tok, v visokonapetostnem navoji ne teče odgovarjajoči impulzni tok, ki bi kompenziral magnetični učinek. Tako celoten impulzni tok v nizkonapetostnem navoji deluje kot magnetizacijski tok, kar generira intenzivni nulto-redni tok in inducira zelo visoke potenciale na visokonapetostni strani.

Ker je potencial visokonapetostnega konca omejen z ostankovno napetostjo prepogojne naprave, ta inducirani potencial se razdeli po navoji, doseže svoj maksimum na neutralnem koncu. Tako je izolacija neutralne točke podvržena tveganju za propad. Poleg tega se gradienti napetosti med sloji in zaviti znatno povečajo, kar lahko povzroči propad izolacije na drugih mestih. Ta vrsta prenapetosti izvira iz Blitz, ki pride s visokonapetostne strani, in se elektromagnetno pretvori nazaj v visokonapetostni navoj preko nizkonapetostnega navoja - to se običajno imenuje "obratna preoblika."

2. Preobratna preoblikovalna prenapetost
Preobratna preoblikovalna prenapetost se zgodi, ko Blitz vstopi skozi nizkonapetostno linijo. Impulzni tok potem preteče skozi nizkonapetostni navoj, kar inducira napetost v visokonapetostnem navoji glede na omara, kar poviša potencial na neutralni točki visokonapetostnega navoja. To tudi poveča gradient napetosti med sloji in zaviti. Ta proces, kjer Blitz s strani nizke napetosti inducira prenapetost na strani visoke napetosti, se imenuje "preobratna preoblika." Testi kažejo, da, ko 10 kV Blitz vstopi s strani nizke napetosti in upornost zazemljenja je 5 Ω, gradient napetosti med sloji v visokonapetostnem navoji lahko preseže celotno valovno obvladljivost med sloji za več kot 100%, kar neizbežno povzroči propad izolacije.

Zato bi morali biti na nizkonapetostni strani distribucijskega transformatorja H61 nameščene tudi običajne ventilne ali metaloksidne prepogojne naprave. V tej shemi zaščite so zazemlilni vodi oba visokonapetostna in nizkonapetostna prepogojne naprave, nizkonapetostna neutralna točka in kovinski okrogelj transformatorja povezani skupaj in zazemljeni na eni točki (tudi "četverokratna vez" ali "tristransko zazemljanje").

Operativne izkušnje in eksperimentalne raziskave kažejo, da se poškodbe zaradi Blitz, ki izvirajo iz preobratne in obratne preoblikovalne prenapetosti, še vedno pojavljajo tudi pri distribucijskih transformatorjih z dobro izolacijo, če so prepogojne naprave nameščene le na visokonapetostni strani. To je zato, ker prepogojne naprave na visokonapetostni strani ne morejo zmanjšati preobratne ali obratne preoblikovalne prenapetosti. Gradient napetosti med sloji pod temi prenapetostmi je sorazmeren s številom zvitkov in odvisen od porazdelitve navoja; propad izolacije se lahko zgodi na začetku, sredini ali koncu navoja, ampak najbolj ranljiv je konec. Nameščanje prepogojnih naprav na nizkonapetostni strani lahko učinkovito omeji preobratne in obratne preoblikovalne prenapetosti do varne ravnice.

Druga metoda zaščite je ločeno zazemljanje za visokonapetostno in nizkonapetostno stran. V tej konfiguraciji je visokonapetostna prepogojna naprava samostojno zazemljena, na nizkonapetostni strani ni nameščena nobena prepogojna naprava, nizkonapetostna neutralna točka in okrogelj transformatorja sta povezana skupaj in zazemljena ločeno od sistema zazemljanja visokonapetostne strani.

Ta metoda izkorišča utihajoč učinek zemlje na Blitz, da bistveno zmanjša preobratno preoblikovalno prenapetost. Glede preobratne preoblikovalne prenapetosti kažejo računi, da zmanjšanje upornosti zazemljenja nizkonapetostne strani s 10 Ω na 2,5 Ω lahko zmanjša preobratno preoblikovalno prenapetost visokonapetostne strani približno za 40%. S pravilnim ravnanjem s zazemljenjem nizkonapetostnega elektroda lahko preobratna preoblikovalna prenapetost povsem izgineta.

Ta sistem zaščite je preprost in ekonomičen, čeprav postavlja višje zahteve glede uporabe nizekotnega zazemljuvalnega upora, kar mu daje določeno praktično vrednost za širšo uporabo.

Okrivajalne metode pa omogočajo tudi druge ukrepe za zaščito pred negativnimi vplivi na porazdelilne transformatorje, kot so namestitev ravnotežnega vikla na jedro transformatorja za zadrževanje prenapetosti pri naprej in nazaj, ali vgradnjo metaloksidnih prepovednikov neposredno znotraj transformatorja.