چه مدل‌هایی از زمین‌کشی نقطه محايد و روش‌های حفاظتی برای ترانسفورماتورها در شبکه‌های برق وجود دارد
حالت‌های زمین‌گذاری نقطه میانی و حفاظت از ترانسفورماتورها در شبکه‌های برق
برای سیستم‌هایی که از ۱۱۰ کیلوولت تا ۵۰۰ کیلوولت متغیرند، روش زمین‌گذاری مؤثر باید به کار گرفته شود. به طور خاص، تحت تمام شرایط عملیاتی، نسبت واکنش دنباله صفر به واکنش دنباله مثبت X0/X1 سیستم باید مقدار مثبت باشد و از ۳ فراتر نرود. همچنین، نسبت مقاومت دنباله صفر به واکنش دنباله مثبت R0/X1 باید مقدار مثبت باشد و از ۱ فراتر نرود.
در سیستم‌های ۳۳۰ کیلوولت و ۵۰۰ کیلوولت، نقاط میانی ترانسفورماتورها مستقیماً زمین‌گذاری می‌شوند.
در شبکه‌های برق ۱۱۰ کیلوولت و ۲۲۰ کیلوولت، نقاط میانی بیشتر ترانسفورماتورها مستقیماً زمین‌گذاری می‌شوند. برای برخی از ترانسفورماتورها، نقاط میانی آنها از طریق شکاف‌ها، محافظ‌های ضدبلندی یا ترکیب موازی شکاف‌ها و محافظ‌های ضدبلندی زمین‌گذاری می‌شوند.
برای محدود کردن جریان کوتاه‌مداری تک‌فاز در شبکه برق، می‌توان زمین‌گذاری با واکنش پایین را برای نقاط میانی ترانسفورماتورهای ۱۱۰ کیلوولت و بالاتر اعمال کرد.
حفاظت از نقطه میانی ترانسفورماتورهای ۱۱۰ کیلوولت و ۲۲۰ کیلوولت
برای محدود کردن جریان کوتاه‌مداری تک‌فاز، جلوگیری از تداخل ارتباطات و رضایت از نیازهای تنظیم و پیکربندی حفاظت رله‌ای، نقطه میانی یک ترانسفورماتور مستقیماً زمین‌گذاری می‌شود. برای ترانسفورماتورهای باقی‌مانده، نقاط میانی آنها از طریق محافظ‌های ضدبلندی، شکاف‌های محافظتی یا ترکیب موازی محافظ‌های ضدبلندی و شکاف‌های محافظتی زمین‌گذاری می‌شوند.
بیشتر ترانسفورماتورها از طرح حفاظتی که محافظ‌های ضدبلندی را با شکاف‌های تخلیه ترکیب می‌کند استفاده می‌کنند. شکاف تخلیه معمولاً از ساختار میله-میله استفاده می‌کند و بیشتر محافظ‌های ضدبلندی به عنوان محافظ‌های ضدبلندی اکسید روی پیکربندی می‌شوند.
تقسیم‌بندی حفاظت برای شکاف‌های موازی با محافظ‌های ضدبلندی
ولتاژ‌های فرکانس توان و ولتاژ‌های بالایی توسط شکاف‌ها مدیریت می‌شوند، در حالی که ولتاژ‌های بلندی و ولتاژ‌های موقت توسط محافظ‌های ضدبلندی تحمل می‌شوند. همزمان، شکاف‌ها به محدود کردن ولتاژ‌های بالایی فرکانس توان و ولتاژ‌های باقی‌مانده بسیار بالایی که ممکن است در محافظ‌های ضدبلندی رخ دهد، کمک می‌کنند. این رویکرد نه تنها نقطه میانی ترانسفورماتور را حفظ می‌کند، بلکه حفاظت متقابل را نیز به دست می‌آورد.
حفاظت با محافظ‌های ضدبلندی اکسید فلزی
هنگامی که کوتاه‌مداری تک‌فاز و خطای از دست دادن زمین رخ می‌دهد، ولتاژ بالایی ناشی از آن ممکن است محافظ ضدبلندی را آسیب‌بیند یا حتی منفجر کند.
حفاظت با شکاف‌های میله-میله
این نوع حفاظت از نصب تقسیم‌شده استفاده می‌کند. در عمل، تنظیم فاصله معمولاً دقیق نیست و همنهشتی معمولاً ضعیف است. پس از تخلیه، قوس تولید شده الکترودها را فرسوده می‌کند. تحت ضربه بلندی، امواج قطع شده تولید می‌شوند که تهدیدی برای ایمنی عایق تجهیزات هستند. شکاف محافظ نمی‌تواند قوس را خودکار خاموش کند. به جای آن، نیاز به حفاظت رله‌ای برای قطع قوس است که ممکن است منجر به عملکرد غیرطبیعی حفاظت رله‌ای شود.
حفاظت موازی با محافظ‌های ضدبلندی و شکاف‌ها
نیازهای هماهنگی بین سطح حفاظت محافظ ضدبلندی، ویژگی‌های عملیاتی شکاف میله‌ای و سطح عایق نقطه میانی ترانسفورماتور بسیار سختگیرانه است و در عمل دستیابی به آن دشوار است.
حفاظت با شکاف‌های مرکب
عایق‌های مرکب برای پشتیبانی مکانیکی استفاده می‌شوند. الکترودهای فشار بالا و فشار پایین در دو سر عایق ثابت شده‌اند و الکترودهای شکاف به شکل شاخ گوسفندی هستند. الکترودهای تخلیه و الکترودهای روشن‌کننده قوس از هم جدا هستند. این حفاظت مزایایی مانند همنهشتی خوب، تعیین دقیق فاصله، نصب و تنظیم آسان، مقاومت قوی در برابر فرسودگی و ولتاژ تخلیه پایدار را دارد. این حفاظت از نقص‌های ذاتی شکاف‌های میله‌ای نصب شده به صورت تقسیم‌شده غلبه می‌کند و برای حفاظت از نقطه میانی ترانسفورماتور مناسب‌تر است.
اصول حفاظت
تحت تأثیر ولتاژ بالایی بلندی، شکاف باید شکسته شود تا عایق نقطه میانی ترانسفورماتور را محافظت کند. ولتاژ تخلیه ضربه بلندی آن باید با سطح تحمل ضربه بلندی نقطه میانی ترانسفورماتور هماهنگ باشد.
هنگامی که خطای کوتاه‌مداری تک‌فاز در سیستم رخ می‌دهد، عایق نقطه میانی باید بتواند ولتاژ بالایی ناشی از خطا را تحمل کند و شکاف نباید شکسته شود تا از عملکرد غیرطبیعی حفاظت رله‌ای جلوگیری شود. هنگامی که کوتاه‌مداری تک‌فاز در سیستم همراه با از دست دادن زمین نقطه میانی یا هنگامی که سیستم با عملکرد غیرتمام فاز، خطاهای هم‌رنگی و غیره مواجه می‌شود که منجر به ولتاژ بالایی فرکانس توان بیش از حد مشخصی می‌شود، شکاف باید شکسته شود تا نقطه میانی سیستم را کنترل کند و ولتاژ بالایی نقطه میانی ترانسفورماتور را محدود کند.
حفاظت با شکاف‌های قابل کنترل
یک شکاف قابل کنترل عمدتاً شامل شکاف ثابت، شکاف کنترل و مدار هموارسازی ولتاژ با ظرفیت است. شکاف شاخ گوسفندی به عنوان شکاف ثابت عمل می‌کند و یک کلید خلاء برای کنترل شکست خودکار شکاف قابل کنترل استفاده می‌شود.
شکاف قابل کنترل با محافظ ضدبلندی به صورت موازی استفاده می‌شود. تحت ولتاژ‌های بلندی و موقت، محافظ ضدبلندی عمل می‌کند تا ولتاژ بالایی را محدود کند و شکاف قابل کنترل غیرفعال می‌ماند. هنگامی که خطای کوتاه‌مداری تک‌فاز در سیستم رخ می‌دهد، این ولتاژ بالایی تهدیدی برای عایق نقطه میانی نیست، بنابراین شکاف قابل کنترل عمل نمی‌کند.
هنگامی که ولتاژ بالایی فرکانس توان (مانند کوتاه‌مداری تک‌فاز و از دست دادن زمین در یک سیستم جدا شده بدون زمین یا عملکرد غیرتمام فاز) رخ می‌دهد، شکاف قابل کنترل فعال می‌شود تا عایق نقطه میانی ترانسفورماتور و محافظ ضدبلندی را محافظت کند.
شکاف قابل کنترل به طور موثر مشکلات موجود در شکاف‌ها، محافظ‌های ضدبلندی و حفاظت موازی شکاف‌های میله‌ای و محافظ‌های ضدبلندی را حل می‌کند. اتصال موازی شکاف قابل کنترل و محافظ ضدبلندی می‌تواند به طور موثر نقطه میانی ترانسفورماتور را محافظت کند.
