چه مودهایی از زمین کردن نقطه میانی و روش‌های حفاظت ترانسفورماتورها در شبکه‌های برق وجود دارد؟
حالت‌های زمین‌بندی نقطه میانی و حفاظت ترانسفورماتورها در شبکه‌های برق
برای سیستم‌های از ۱۱۰ کیلوولت تا ۵۰۰ کیلوولت، باید روش زمین‌بندی مؤثری اتخاذ شود. به طور خاص، تحت تمام شرایط عملیاتی، نسبت واکنش دنباله صفر به واکنش دنباله مثبت X0/X1 سیستم باید مقدار مثبت باشد و بیش از ۳ نباشد. همچنین، نسبت مقاومت دنباله صفر به واکنش دنباله مثبت R0/X1 باید مقدار مثبت باشد و بیش از ۱ نباشد.
در سیستم‌های ۳۳۰ کیلوولت و ۵۰۰ کیلوولت، نقاط میانی ترانسفورماتورها مستقیماً زمین‌بندی می‌شوند.
در شبکه‌های برق ۱۱۰ کیلوولت و ۲۲۰ کیلوولت، نقاط میانی اکثر ترانسفورماتورها مستقیماً زمین‌بندی می‌شوند. برای برخی ترانسفورماتورها، نقاط میانی آنها از طریق فاصله‌ها، محافظ‌های برق‌آسا یا ترکیب موازی فاصله‌ها و محافظ‌های برق‌آسا زمین‌بندی می‌شوند.
برای محدود کردن جریان کوتاه‌مدار یک‌فازی در شبکه برق، می‌توان از زمین‌بندی با واکنش پایین برای نقاط میانی ترانسفورماتورهای ۱۱۰ کیلوولت و بالاتر استفاده کرد.
حفاظت نقطه میانی ترانسفورماتورهای ۱۱۰ کیلوولت و ۲۲۰ کیلوولت
برای محدود کردن جریان کوتاه‌مدار یک‌فازی، اجتناب از تداخل ارتباطی و برآورده کردن نیازهای تنظیم و پیکربندی حفاظت رله‌ای، نقطه میانی یک ترانسفورماتور مستقیماً زمین‌بندی می‌شود. برای ترانسفورماتورهای باقی‌مانده، نقاط میانی آنها از طریق محافظ‌های برق‌آسا، فاصله‌ها یا ترکیب موازی محافظ‌های برق‌آسا و فاصله‌ها زمین‌بندی می‌شوند.
اکثر ترانسفورماتورها از طرح حفاظتی که ترکیب محافظ‌های برق‌آسا با فاصله‌های رهاشوندگی استفاده می‌کنند. فاصله رهاشوندگی معمولاً از ساختار میله-میله استفاده می‌کند و بیشتر محافظ‌های برق‌آسا به عنوان محافظ‌های برق‌آسا اکسید روی پیکربندی می‌شوند.
تقسیم‌بندی حفاظت برای فاصله‌های موازی با محافظ‌های برق‌آسا
ولتاژ‌های فرکانس قدرت و ولتاژ‌های تغییر وضعیت توسط فاصله‌ها مدیریت می‌شوند، در حالی که ولتاژ‌های برق‌آذرخشی و ولتاژ‌های گذرا توسط محافظ‌های برق‌آسا تحمل می‌شوند. همزمان، فاصله‌ها به محدود کردن ولتاژ‌های فرکانس قدرت با دامنه بسیار بالا و ولتاژ‌های باقی‌مانده بسیار بالا که ممکن است در محافظ‌های برق‌آسا رخ دهند، کمک می‌کنند. این رویکرد نه تنها نقطه میانی ترانسفورماتور را حفظ می‌کند بلکه حفاظت متقابل را نیز ایجاد می‌کند.
حفاظت با محافظ‌های برق‌آسا اکسید روی
وقتی که یک کوتاه‌مدار یک‌فازی و از دست دادن زمین رخ می‌دهد، ولتاژ‌های بیش از حد ایجاد شده ممکن است محافظ برق‌آسا را آسیب‌بیند یا حتی منفجر کند.
حفاظت با فاصله‌های میله-میله
این نوع حفاظت از نصب جداگانه استفاده می‌کند. در عمل، تنظیم فاصله معمولاً دقیق نیست و همنواختی معمولاً ضعیف است. پس از رهاشوندگی، قوس تولید شده الکترودها را فرسوده می‌کند. تحت ضربه برق‌آذرخشی، موج‌های قطع شده تولید می‌شوند که تهدیدی برای ایمنی عایق دستگاه‌ها هستند. فاصله حفاظتی نمی‌تواند قوس را خودبه‌خود خاموش کند. به جای آن، نیاز به حفاظت رله‌ای برای قطع قوس است که ممکن است به عملکرد غیرصحیح حفاظت رله‌ای منجر شود.
حفاظت موازی با محافظ‌های برق‌آسا و فاصله‌ها
نیازمندی‌های هماهنگی بین سطح حفاظت محافظ برق‌آسا، مشخصات عملیاتی فاصله میله و سطح عایق‌بندی نقطه میانی ترانسفورماتور بسیار سختگیرانه هستند و در عمل دشوار است به آنها برسد.
حفاظت با فاصله‌های مرکب
عایق‌های مرکب برای پشتیبانی مکانیکی استفاده می‌شوند. الکترودهای ولتاژ بالا و ولتاژ پایین در دو سر عایق ثابت شده‌اند و الکترودهای فاصله شکل قرنچوله دارند. الکترودهای رهاشوندگی و الکترودهای القای قوس از هم جدا هستند. این نوع حفاظت مزایایی مانند همنواختی خوب، تعیین دقیق فاصله، نصب و تنظیم آسان، مقاومت قوی در برابر فرسودگی و ولتاژ رهاشوندگی پایدار دارد. این نوع حفاظت معایب ذاتی فاصله‌های میله‌ای جداگانه را غلبه می‌کند و برای حفاظت از نقطه میانی ترانسفورماتور مناسب‌تر است.
اصول حفاظت
تحت تأثیر ولتاژ بیش از حد برق‌آذرخشی، فاصله باید رها شود تا عایق‌بندی نقطه میانی ترانسفورماتور را محافظت کند. ولتاژ رهاشوندگی ضربه برق‌آذرخشی آن باید با سطح تحمل ضربه برق‌آذرخشی نقطه میانی ترانسفورماتور هماهنگ باشد.
وقتی که یک خطا یک‌فازی در سیستم رخ می‌دهد، عایق‌بندی نقطه میانی باید بتواند ولتاژ بیش از حد تولید شده توسط خطا را تحمل کند و فاصله نباید رها شود تا از عملکرد غیرصحیح حفاظت رله‌ای جلوگیری شود. وقتی که یک خطا یک‌فازی در سیستم همراه با از دست دادن زمین نقطه میانی رخ می‌دهد یا وقتی که سیستم تحت عملیات غیرتمام‌فازی، خطاهای هم‌ریزی و غیره قرار می‌گیرد که منجر به ولتاژ فرکانس قدرت بیش از حد با دامنه مشخص می‌شود، فاصله باید رها شود تا سیستم را در نقطه میانی محدود کند و ولتاژ بیش از حد در نقطه میانی ترانسفورماتور را محدود کند.
حفاظت با فاصله‌های قابل کنترل
یک فاصله قابل کنترل عمدتاً شامل یک فاصله ثابت، یک فاصله کنترل و یک مدار تقسیم‌کننده ولتاژ با ظرفیت برابر است. فاصله قرنچوله به عنوان فاصله ثابت عمل می‌کند و یک قطعک خلاء برای کنترل رهاشوندگی خودکار فاصله قابل کنترل استفاده می‌شود.
فاصله قابل کنترل با محافظ برق‌آسا موازی است. تحت ولتاژ‌های برق‌آذرخشی و گذرا، محافظ برق‌آسا عمل می‌کند تا ولتاژ بیش از حد را محدود کند و فاصله قابل کنترل غیرفعال می‌ماند. وقتی که یک خطا یک‌فازی در سیستم رخ می‌دهد، این ولتاژ بیش از حد تهدیدی برای عایق‌بندی نقطه میانی نیست، بنابراین فاصله قابل کنترل عمل نمی‌کند.
وقتی که ولتاژ بیش از حد فرکانس قدرت (مانند خطا یک‌فازی و از دست دادن زمین در یک سیستم جداشده بدون زمین یا عملیات غیرتمام‌فازی) رخ می‌دهد، فاصله قابل کنترل برای محافظت از عایق‌بندی نقطه میانی ترانسفورماتور و محافظ برق‌آسا فعال می‌شود.
فاصله قابل کنترل به طور موثر مشکلات موجود در فاصله‌ها، محافظ‌های برق‌آسا و حفاظت موازی فاصله‌های میله‌ای و محافظ‌های برق‌آسا را حل می‌کند. اتصال موازی فاصله قابل کنترل و محافظ برق‌آسا می‌تواند به طور موثر نقطه میانی ترانسفورماتور را محافظت کند.
