Koje mere zaštite od munja se koriste za transformere raspodele H61?

Koje su mere zaštite od munje korišćene za transformator H61?

Na visokonaponskoj strani transformatora H61 treba instalirati prekidnički uređaj. Prema SDJ7–79 "Tehnički kodeks za projektovanje zaštite od prekomjernih napona električne opreme," visokonaponska strana transformatora H61 obično treba da bude zaštićena prekidničkim uređajem. Vod za zemlju prekidničkog uređaja, neutralna tačka na niskonaponskoj strani transformatora i metalna osebina transformatora treba da budu spojeni zajedno i zemljeni na jednu zajedničku tačku. Ova metoda je takođe preporučljiva prema DL/T620–1997 "Zaštita od prekomjernih napona i koordinacija izolacije za AC električne instalacije," izdano Ministarstvom električne energije.

Međutim, široka istraživanja i iskustvo sa radom pokazala su da čak i sa prekidničkim uređajima instaliranim samo na visokonaponskoj strani, oštećenja transformatora se događaju pod uslovima munjastih impulsa. U običnim područjima, godišnja stopa oštećenja iznosi oko 1%; u područjima s visokim stepenom pogodnosti za munje, može doseći oko 5%; a u ekstremno teškim područjima sa preko 100 dana grmljavine godišnje, godišnja stopa oštećenja može biti do 50%. Glavna uzročna sila su tzv. "prenaponi transformacije unaprijed i unazad" inducirani munjastim impulsima koji ulaze u visokonaponski vinjak transformatora. Mekhanizmi ovih prenapona su sljedeći:

1. Prenapon transformacije unazad
Kada munjasti impulsi intrudiraju sa 3–10 kV visokonaponske strane i prouzrokuju rad prekidničkog uređaja, veliki impulski tok protiče kroz otpornost zemljenja, stvarajući pad napona. Taj pad napona pojavljuje se na neutralnoj tački niskonaponskog vinjaka, povećavajući njegov potencijal. Ako je niskonaponska linija relativno duga, ponaša se kao valovito impedancija prema zemlji. Pod uticajem ovog povišenog potencijala neutralne tačke, veliki impulski tok protiče kroz niskonaponski vinjak. Trofazni impulski toci su jednaki po veličini i smjeru, generirajući jak nultočkasti magnetni točak.

 Ovaj točak inducira vrlo visok pulsni napon u visokonaponskom vinjaku prema odnosu broja zavojnica transformatora. Ovi trofazni inducirani pulsni naponi su jednaki po veličini i smjeru. Budući da je visokonaponski vinjak tipično spojen u zvjezdanoj konfiguraciji s nezemljenom neutralnom tačkom, iako se pojave visoki pulsni naponi, ne protiče odgovarajući impulski tok u visokonaponskom vinjaku da bi se protivbalansirao magnetni efekt. Stoga, cijeli impulski tok u niskonaponskom vinjaku djeluje kao magnetni tok, proizvodeći intenzivan nultočkasti točak i inducirajući ekstremno visoke potencijale na visokonaponskoj strani. 

Budući da je potencijal visokonaponske terminalne tačke ograničen ostecim naponom prekidničkog uređaja, ovaj inducirani potencijal distribuira duž vinjaka, dostizajući maksimum na neutralnom kraju. Zato je izolacija neutralne tačke sklon prolomu. Takođe, gradijenti napona između slojeva i zavojnica značajno porastu, mogući prolom izolacije na drugim lokacijama. Ovaj tip prenapona proizilazi iz dolaznog impulsa s visokonaponske strane i elektromagnetski se vraća na visokonaponski vinjak preko niskonaponskog vinjaka – često nazvan "transformacijom unazad."

2. Prenapon transformacije unaprijed
Prenapon transformacije unaprijed nastaje kada munjasti impulsi ulaze kroz niskonaponsku liniju. Impulski tok tada protiče kroz niskonaponski vinjak, inducirajući napon u visokonaponskom vinjaku prema odnosu broja zavojnica, što značajno povećava potencijal na neutralnoj tački visokonaponskog vinjaka. To takođe povećava gradijente napona između slojeva i zavojnica. Ovaj proces – gde niskonaponski dolazni impulsi induciraju prenapone na visokonaponskoj strani – naziva se "transformacijom unaprijed." Testovi pokazuju da kada 10 kV impulsi ulaze niskonaponsku stranu i otpor zemljenja je 5 Ω, gradijent napona između slojeva u visokonaponskom vinjaku može prevaziti punovalni impulski otpor izolacije između slojeva za više od 100%, neizbežno uzrokujući prolom izolacije.

Stoga, obični ventilske ili metaloksidijski prekidnički uređaji trebalo bi da budu instalirani i na niskonaponskoj strani transformatora H61. U ovom shemi zaštite, vodi za zemlju obe prekidničke uređaje, neutralna tačka niskonaponske strane i metalna osebina transformatora su sve spojene zajedno i zemljeni na jednu tačku (takođe poznata kao "četvorotačka veza" ili "trije u jednom zemljenju").

Iskustvo rada i eksperimentalna studija pokazuju da čak i za transformatore s dobrom izolacijom, oštećenja inducirana munjom zbog prenapona transformacije unaprijed i unazad se događaju kada su prekidnički uređaji instalirani samo na visokonaponskoj strani. To je zato što visokonaponski prekidnički uređaji ne mogu supresirati prenapone transformacije unaprijed ili unazad. Gradijent napona između slojeva pod ovim prenaponima je proporcionalan broju zavojnica i zavisi o raspodeli vinjaka; prolom izolacije može se dogoditi na početku, sredini ili kraju vinjaka – ali je najosjetljiviji kraju. Instaliranje prekidničkih uređaja na niskonaponskoj strani može efikasno ograničiti prenapone transformacije unaprijed i unazad na siguran opseg.

Još jedna metoda zaštite je zasebno zemljenje visokonaponske i niskonaponske strane. U ovoj konfiguraciji, visokonaponski prekidnički uređaj ima zasebno zemljenje, na niskonaponskoj strani nije instaliran prekidnički uređaj, a neutralna tačka niskonaponske strane i osebina transformatora su spojene zajedno i zemljeni zasebno od sistema zemljenja visokonaponske strane.

Ova metoda koristi atenuacioni efekat zemlje na munjaste talase kako bi se u suštini eliminirao prenapon transformacije unazad. Što se tiče prenapona transformacije unaprijed, izračuni pokazuju da smanjenjem otpora zemljenja niskonaponske strane sa 10 Ω na 2.5 Ω, prenapon transformacije unaprijed na visokonaponskoj strani može biti snižen približno 40%. Sa pravim postupkom rada na niskonaponskom zemljenju, prenapon transformacije unaprijed može biti potpuno eliminisan.

Ovaj sistem zaštite je jednostavan i ekonomičan, iako stavlja veće zahteve na otpornost niskonaponskog zemljanja, što mu daje određenu praktičnu vrednost za širu primenu.

Pored gore navedenih metoda, druge mere za zaštitu raspodelnih transformatora od munje uključuju montažu ravnotežnog vitišta na jezgru transformatora kako bi se smanjile prenapona pri direktnim i inverznim transformacijama, ili ugradnju metal-oksidskih prekidnika prenapona direktno unutar transformatora.