Milyen a tranzformátorok neutrális pontjának kötődési módjai és védelmi módszerei az áramhálózatokban?

Hozzáfűzési módok és a transzformátorok védelme az elektromos hálózatokban

A 110 kV-tól 500 kV-ig terjedő rendszerek esetén hatékony függőleges kapcsolódást kell alkalmazni. Kifejezetten minden működési állapotban a rendszer nulladrendű reaktancia és elsőrendű reaktancia X₀/X₁ aránya pozitív értéknél kell maradnia, és nem haladhatja meg a 3-at. Ugyanakkor a nulladrendű ellenállás és elsőrendű reaktancia R₀/X₁ aránya is pozitív értéknél kell maradnia, és nem haladhatja meg az 1-et.

A 330 kV és 500 kV rendszerekben a transzformátorok neutrális pontjai közvetlenül kapcsolódnak a földre.

A 110 kV és 220 kV hálózatokban a legtöbb transzformátor neutrális pontja közvetlenül kapcsolódik a földre. Néhány transzformátor neutrális pontja szakadékokon, villámvédelmi elemeken, vagy ezek párhuzamos kombinációján keresztül kapcsolódik a földre.

Az egyfázisú rövidzárlat áramerősség korlátozása érdekében a 110 kV-nál magasabb feszültségű transzformátorok neutrális pontjain alacsony reaktanciával történő kapcsolódást lehet alkalmazni.

A 110 kV és 220 kV transzformátorok neutrális pontjának védelme

Az egyfázisú földkapcsolási rövidzárlat áramerősségének korlátozása, a kommunikáció zavarainak elkerülése, valamint a relévédelem beállítási és konfigurációs követelményeinek teljesítése érdekében egy transzformátor neutrális pontja közvetlenül kapcsolódik a földre. A többi transzformátor neutrális pontja villámvédelmi elemeken, védelmi szakadékon, vagy ezek párhuzamos kombinációján keresztül kapcsolódik a földre.

A legtöbb transzformátor villámvédelmi elemekkel és szakadék vegyes védelmi rendszert alkalmaz. A szakadék tipikusan bot-bot szerkezetű, a villámvédelmi elemek pedig nagy részükben cink-oxid alapú villámvédelmi elemek.

A párhuzamosan használt szakadékok és villámvédelmi elemek védelmi felosztása

A hengerfrekvenciás és kapcsoló túlfeszültségeket a szakadékok kezelik, míg a villám- és tranzient túlfeszültségeket a villámvédelmi elemek viselik. Ugyanakkor a szakadékok korlátozzák a túl magas amplitúdójú hengerfrekvenciás túlfeszültségeket és a villámvédelmi elemeken lehetséges túl magas reziduális feszültségeket. Ez a megközelítés nem csak a transzformátor neutrális pontját védheti, de egymást is.

Cink-oxid alapú villámvédelmi elemekkel nyújtott védelem

Egyfázisú földkapcsolási és földvesztési hiba esetén a keletkező túlfeszültség károsíthatja, sőt felrobbantathatja a villámvédelmi elemet.

Bot-bot szakadékkal nyújtott védelem

Ez a típusú védelem szétválasztott telepítést igényel. Gyakorlatban a távolságbeállítás gyakran pontatlan, és a koncentricitás gyenge. A szakadék utáni ív eróziót okozhat az elektrodákra. Villámimpulzus esetén vágott hullámok keletkeznek, amelyek fenyegetik a berendezések izolációs biztonságát. A védelmi szakadék nem képes önmagában kitörölni az ívet, helyette relévédelemre van szükség az ív megszakításához, ami a relévédelem tévedős működéséhez vezethet.

Párhuzamosan használt villámvédelmi elemek és szakadékokkal nyújtott védelem

A villámvédelmi elem védelmi szintje, a bot-szakadék működési jellemzői, valamint a transzformátor neutrális pontjának izolációs szintje közötti koordinációs követelmények rendkívül szigorúak, és gyakorlatilag nehéz elérni őket.

Kompozit szakadékkal nyújtott védelem

A kompozit izolátorokat mechanikai támogatásra használják. A magas- és alacsony-feszültségű elektrodák rögzítve vannak az izolátor mindkét végén, a szakadék elektrodái tehenkarajú formában vannak. A kiütési elektrodák és az ívindító elektrodák elkülönültek. Rendelkezik előnyökkel, mint például a jó koncentricitás, a pontos távolságbeállítás, a kényelmes telepítés és beüzemelés, a nagy erózió-ellenállás, és a stabil kiütési feszültség. Megoldja a szétválasztottan telepített bot-szakadékok belső hátrányait, és inkább alkalmas a transzformátorok neutrális pontjának védelmére.

Védelmi elvek

• Villámoverfeszültség hatására a szakadék töréspontot kellene kapnia, hogy megvédje a transzformátor neutrális pontjának izolációját. A villámimpulzusos kiütési feszültsége koordinálva kellene lennie a transzformátor neutrális pontjának villámimpulzusos ellenállási szintjével.

• Amennyiben az egyfázisú földkapcsolási hiba bekövetkezik a rendszerben, a neutrális pont izolációja képesnek kell lennie a hiba által generált túlfeszültségen túlélve, és a szakadék nem törhet át, hogy elkerülje a relévédelem tévedős működését. Amennyiben az egyfázisú földkapcsolási hiba fordul elő a rendszerben, a neutrális pont földvesztésével együtt, vagy a rendszer nem teljes fázissal működik, rezonanciahibák esetén, stb., ami hengerfrekvenciás túlfeszültséget okoz adott amplitúdón, a szakadék át kellene törnie, hogy befogassa a rendszer neutrális pontját, és korlátozza a transzformátor neutrális pontjának túlfeszültségét.

Irányítható szakadékkal nyújtott védelem

Egy irányítható szakadék főként rögzített szakadék, irányító szakadék, és kondenzátoros feszültségkiegyenlítő áramkört tartalmaz. A tehenkarajú szakadék a rögzített szakadék funkcióját látja el, és vakuumkapcsoló segítségével irányítjuk az irányítható szakadék automatikus áttörését.

Az irányítható szakadék párhuzamosan használható a villámvédelmi elemmel. Villám- és tranzient túlfeszültség esetén a villámvédelmi elem korlátozza a túlfeszültséget, míg az irányítható szakadék inaktív marad. Amennyiben az egyfázisú földkapcsolási hiba bekövetkezik a rendszerben, ez a túlfeszültség nem fenyegeti a neutrális pont izolációját, tehát az irányítható szakadék nem működik.

Amikor hengerfrekvenciás túlfeszültség lép fel (pl. egyfázisú földkapcsolás és földvesztés egy izolált, nemszemközti rendszerben, vagy nem teljes fázissal működő rendszerben), az irányítható szakadék aktiválódik a transzformátor neutrális pontjának izolációjának és a villámvédelmi elem védelmére.

Az irányítható szakadék hatékonyan megoldja a szakadékok, a villámvédelmi elemek, valamint a bot-szakadék és a villámvédelmi elem párhuzamos védelmének problémáit. Az irányítható szakadék és a villámvédelmi elem párhuzamos használata hatékonyan védheti a transzformátor neutrális pontját.