H61 dağıtım transformatörleri için hangi yanık koruma önlemleri kullanılır

H61 dağıtım transformatörleri için hangi yıldırım koruma önlemleri kullanılır?

H61 dağıtım transformatörünün yüksek gerilimli tarafına bir dalga geçirgen monte edilmelidir. SDJ7–79 "Elektrik Ekipmanlarının Aşırı Gerilim Koruması İçin Tasarım Teknik Yönetmeliği"ne göre, H61 dağıtım transformatörünün yüksek gerilimli tarafı genellikle bir dalga geçirgen ile korunmalıdır. Dalga geçirgenin topraklayıcı hattı, transformatörün düşük gerilimli tarafındaki nötr nokta ve transformatörün metal kabuğu aynı noktada birleştirilip topraklanmalıdır. Bu yöntem, eski Elektrik Bakanlığı tarafından yayınlanan DL/T620–1997 "Alternatif Akım Elektrik Kurulumları İçin Aşırı Gerilim Koruması ve yalıtım Koordinasyonu" de önerilen bir yöntemdir.

Ancak, kapsamlı araştırmalar ve işletme deneyimi, yüksek gerilimli tarafta sadece dalga geçirgenler monte edildiği halde, transformatör hasarının yıldırım darbesi koşullarında hala oluştuğunu göstermiştir. Genel bölgelerde yıllık arızalı oranı yaklaşık %1'dir; yüksek yıldırım bölgeslerinde bu oran %5 civarına ulaşabilir; ve yılda 100'den fazla fırtına gününün geçtiği aşırı ciddi yıldırım bölgelerinde yıllık arızalı oranı %50'ye kadar çıkabilir. Bu durumun ana nedeni, yıldırım darbelerinin dağıtım transformatörünün yüksek gerilimli bobinine girmesiyle meydana gelen, sözde "ileri ve ters dönüşüm aşırı gerilimleri"dır. Bu aşırı gerilimlerin mekanizması şöyledir:

1. Ters Dönüşüm Aşırı Gerilimi
Bir yıldırım darbesi 3–10 kV yüksek gerilimli taraftan girer ve dalga geçirgenin çalışmasını sağladığında, büyük bir darbe akımı toprak direncinden geçerek bir gerilim düşürmesi oluşturur. Bu gerilim düşürmesi, düşük gerilimli bobinin nötr noktasında belirir ve potansiyelini yükseltir. Düşük gerilimli hat uzunsa, toprağa karşı bir dalgacık impedansı gibi davranır. Bu yükseltilmiş nötr-nokta potansiyeli etkisi altında, düşük gerilimli bobinden büyük bir darbe akımı akar. Üç fazlı darbe akımları büyüklük ve yönde eşittir ve güçlü bir sıfır-dizi manyetik akıyı üretir.

 Bu akı, transformatör sarım oranı doğrultusunda yüksek gerilimli bobinde çok yüksek bir darbe gerilimi induksiyon eder. Bu üç fazlı indüklenmiş darbe gerilimleri büyüklük ve yönde eşittir. Yüksek gerilimli bobin genellikle topraksız nötr noktaya sahip yıldız bağlantıda olduğu için, yüksek darbe gerilimleri ortaya çıksa da, yüksek gerilimli bobinde karşılık gelen bir darbe akımı akmadığından manyetize etkisi dengelenmez. Böylece, düşük gerilimli bobindeki tüm darbe akımı manyetize akım olarak hareket eder, yoğun sıfır-dizi akıyı ve yüksek gerilimli tarafta aşırı yüksek potansiyelleri induksiyon eder. 

Yüksek gerilimli terminal potansiyelinin dalga geçirgenin arta kalan gerilimi tarafından sabitlendiği düşünüldüğünde, bu indüklenmiş potansiyel sarımda dağılır ve nötr ucu üzerinde maksimum seviyeye ulaşır. Bu nedenle, nötr-nokta yalıtımı kolayca bozulabilir. Ayrıca, katmanlar arası ve sarım arası gerilim gradyanları önemli ölçüde artarak diğer yerlerdeki yalıtım başarısızlıklarına neden olabilir. Bu tür aşırı gerilim, yüksek gerilimli taraftan giren bir darbenin, düşük gerilimli bobin aracılığıyla yüksek gerilimli bobine elektromanyetik olarak geri bağlanması sonucu oluşur—bu süreç yaygın olarak "ters dönüşüm" olarak bilinir.

2. İleri Dönüşüm Aşırı Gerilimi
İleri dönüşüm aşırı gerilimi, bir yıldırım darbesinin düşük gerilimli hat üzerinden girdiği zaman oluşur. Bir darbe akımı düşük gerilimli bobinden akar ve sarım oranı doğrultusunda yüksek gerilimli bobinde bir gerilim induksiyon eder, bu da yüksek gerilimli nötr noktasının potansiyelini büyük ölçüde yükseltir. Bu da katmanlar arası ve sarım arası gerilim gradyanlarını artırır. Bu süreç, düşük gerilimli taraftan giren bir darbenin, yüksek gerilimli tarafta aşırı gerilim oluşturma sürecidir ve "ileri dönüşüm" olarak adlandırılır. Testler göstermiştir ki, 10 kV bir darbe düşük gerilimli taraftan girerken ve toprak direnci 5 Ω olduğunda, yüksek gerilimli bobindeki katmanlar arası gerilim gradyanı, katmanlar arası yalıtımın tam dalga darbe dayanım gücünü %100'den fazla aşar, bu da kaçınılmaz olarak yalıtım başarısızlığına neden olur.

Bu nedenle, H61 dağıtım transformatörünün düşük gerilimli tarafına da normal tip veya metali oksit dalga geçirgen monte edilmelidir. Bu koruma şemasında, hem yüksek hem de düşük gerilimli dalga geçirgenlerin topraklayıcı hatları, düşük gerilimli nötr noktası ve transformatörün metal kabuğu tek bir noktada birleştirilip topraklanır (ayrıca "dört nokta bağı" veya "üç bir topraklama" olarak da bilinir).

Operasyon deneyimi ve deneysel çalışmalar, iyi yalıtıma sahip dağıtım transformatörlerinde bile, yalnızca yüksek gerilimli tarafta dalga geçirgenler monte edildiğinde, ileri ve ters dönüşüm aşırı gerilimlerine bağlı yıldırım kaynaklı arızaların hala oluşabileceğini göstermiştir. Yüksek gerilimli taraftaki dalga geçirgenler, ileri veya ters dönüşüm aşırı gerilimlerini bastıramaz. Bu aşırı gerilimler altında, katmanlar arası gerilim gradyanı sarım sayısına ve sarım dağılımına bağlıdır; yalıtım başarısızlıkları sarımın başlangıcında, ortasında veya sonunda olabilir—ancak en zayıf nokta sonudur. Düşük gerilimli tarafta dalga geçirgen monte edilirse, ileri ve ters dönüşüm aşırı gerilimlerini güvenli bir seviyeye sınırlamak mümkündür.

Başka bir koruma yöntemi, yüksek ve düşük gerilimli tarafların ayrı ayrı topraklanmasıdır. Bu yapılandırmada, yüksek gerilimli dalga geçirgen bağımsız olarak topraklanır, düşük gerilimli tarafta herhangi bir dalga geçirgen monte edilmez ve düşük gerilimli nötr nokta ile transformatör kabuğu birleştirilip, yüksek gerilimli topraklama sistemi ile ayrı ayrı topraklanır.

Bu yöntem, yıldırım dalgalarının toprak etkisiyle zayıflatılmasını sağlar ve ters dönüşüm aşırı gerilimini temelde ortadan kaldırır. İleri dönüşüm aşırı gerilimi konusunda hesaplamalar, düşük gerilimli toprak direncini 10 Ω'dan 2.5 Ω'a düşürerek yüksek gerilimli ileri dönüşüm aşırı gerilimini yaklaşık %40 oranında azaltabileceğini göstermiştir. Düşük gerilimli toprak elektrotun uygun şekilde işlenmesiyle, ileri dönüşüm aşırı gerilimi tamamen ortadan kaldırılabilir.

Bu koruma şeması basit ve ekonomik olsa da, düşük voltajlı yerleştirmeye yönelik direnç üzerinde daha yüksek gereksinimler getirir, bu nedenle daha geniş uygulamalar için belirli bir pratik değere sahiptir.

Yukarıdaki yöntemlerin yanı sıra, dağıtım transformatörleri için diğer yıldırım koruma önlemleri arasında transformatör çekirdeğine dengeleyici bir sarım eklenerek ileri ve geri dönüşüm aşırı gerilimlerinin bastırılması veya metal oksit dolgulu sertleşmiş frenlerin doğrudan transformatörün içine yerleştirilmesi sayılabilir.