Trafo ülepinge nähtused ja kaitsemeetmed

Tehnoloogiate (nt UHV) ja uute energiavõrguühenduste kiire arengu tõttu on trafod{0}}toiteülekande ja pinge muundamise jaoks vajalikud-toitevõrkude töökindluse ja toitevarustuse kvaliteedi seisukohalt üliolulised. Samas seisavad trafod töö ajal sageli silmitsi liigpinge ohuga: kui tööpinge ületab maksimaalset lubatud tööpinget, tekib ülepinge nähtus. See mööduv pingeanomaalia mitte ainult ei kiirenda trafo isolatsiooni vananemist, vaid võib ka otseselt põhjustada isolatsiooni purunemist, mis võib põhjustada seadmete rikke või isegi võrguõnnetusi. Trafode ohutu töö tagamiseks on ülioluline liigpinge tekitamise mehhanismide põhjalik analüüs ja sihipäraste kaitsemeetmete rakendamine.

 

 

 

 

Elektrisüsteemide liigpinged jagunevad kestuse ja põhjuse alusel kolme põhitüüpi:ajutine ülepinge, lülitusliigpingejaatmosfääri ülepinge (äikese ülepinge), millest igaühel on erinevad käivitamisstsenaariumid ja ohuomadused.

 

 

 

 

 

 

(1) Lülituse ülepinge: elektromagnetilise energia mööduv võnkumine

Võttes näiteks astmelise-allatrafo-kõige tavalisema stsenaariumi elektrivõrkudes-tühi-lülituse, mõjutab sekundaarne-mahtuvus primaarpoolt teisendamisel minimaalselt, seega võib selle tähelepanuta jätta. Primaarmähisline{0}}to-maa mahtuvus ()jalülitusmahtuvus ()saada peamisteks parameetriteks. Alatesjõutrafodes saab pöördemahtuvuse mõju kvalitatiivseks analüüsiks veelgi lihtsustada.

Kui tühi-trafo on välja lülitatud ja kui tühi-koormusvool ei ole-null, salvestatakse primaarinduktiivsusse salvestatud magnetvälja energia () ja sisse salvestatud elektrivälja energia () võnkuma paralleelahelas, mille moodustabja. See võnkumine, mille sagedus on mitusada kuni mitu tuhat Hz ja kestab vaid mõne võimsus-sagedustsükli, muudab magnetvälja energia täielikult elektrivälja energiaks, kui vool jõuab nulli, tõstab kondensaatori pinge maksimumini ja käivitab lülitusliigpinge. Mähise kõrgem induktiivsus ja madalam liini ---mahtuvus suurendavad liigpinge amplituudi, selgitades, miks lülitusliigpinged ei ületa tavaliselt nimipinget 4,5 korda.

 

(2) Atmosfääri ülepinge: välklainete järsk sissetung

Välklainetel on järsud lainefrondid (1–4 μs) ja kõrged sagedused (üle 100 kHz), lainefrondi järsus kuni 500 kV/μs. See kiiresti muutuv pinge tekitab mähistes märkimisväärse nihkevoolu. Kui välklained levivad trafo klemmideni, toimivad nad kõrgsageduslike ja kõrgepingeliste{6}}signaalidena. Kõrgetel sagedustel mähise induktiivne reaktantssuureneb oluliselt, samas kui mahtuvuslik reaktiivsusväheneb järsult, nii et vool voolab peamiselt läbi pöörde ja liini{0}}maas{1}}mahtuvuse.

Kuna madalpinge{0}}mähis on südamikule lähedal, on selle suur liinide---mahtuvus ligilähedane lühisele, muutes selle tõhusalt maandatud. Välklainete pingejaotus piki mähist määratakse suhtegajuurde: sissetuleva terminali lähedal olevad pöördemahtuvused kannavad manööverdamise tõttu rohkem voolu, tekitades äärmuslikke pingegradiente, kus esimestel pööretel võib pinge olla sadu kordi nimiväärtusest suurem. See ebaühtlane pingejaotus on isolatsiooni katkemise peamine põhjus.

 

(3) Ajutine ülepinge: energia kogunemine ja võnkumine püsivate-olekuhäirete korral

Ajutised liigpinged tulenevad püsioleku{0}}võrguhäiretest kolme tüüpilise stsenaariumiga:

• Toite-sageduse ülepinge: Põhjustatud ühefaasilistest-maandusriketest, koormuse tagasilükkamisest või liini laadimisest. Tõhusalt maandatud süsteemides tõusevad terve faasi pinged ühefaasiliste rikete korral liinipinge tasemele; äkiline koormuse tagasilükkamine suurendab generaatori kiirust ja reguleerimata ergutusvoolu, tõstes siini pinged mitmeks sekundiks nimiväärtusest 1,5–1,8 korda suuremaks.
• Resonantsi liigpinge: tekib siis, kui induktiivsus ja mahtuvus moodustavad rikete või toimingute tõttu resonantsahelaid, käivitades elektrilise-magnetenergia muundamise. Mittelineaarse trafo induktiivsuse poolt juhitav ferromagnetresonants põhjustab sageduse triivi ja pinge amplituudid, mis on kuni 2–3 korda suuremad kui nimiväärtus.
• Kaarmaanduse ülepinge: indutseeritud katkendliku kaare kustumisest/taassüttimisest ühefaasiliste rikete ajal maandamata süsteemides, põhjustades elektromagnetilisi võnkumisi. Kaare väljasuremine vabastab mahtuvusliku energia induktiivsuseni, samas kui taassüttimine võimendab energia kogunemist, põhjustades nimipingest 2,5–3 korda suuremaid liigpingeid.

 

 

 

 

 

Ülepinge ohtude ja mehhanismide lahendamiseks on välja töötatud küps kaitsesüsteem, mis ühendab välise otsese piksekaitse, sisemise mähisekaitse ja spetsiaalsed lisameetmed trafo ohutuse tagamiseks.

 

(2) Piiriku kaitse: südamiku kaitsevahendid

Võrgupiirikud on peamiseltlünkadeta metalloksiidpiirikud (MOA)japiluga klapi{0}}tüüpi piirikud, millel on ühine valikupõhimõte: piiriku nimipinge ei tohi olla madalam kui ajutine liigpinge paigalduskohas ja nullpunkti{0}}piiriku nimipinge ei tohi olla madalam kui trafo maksimaalne faasipinge.

• Kui nimipinge on liiga madal: lõhestatud piirikud ei pruugi ühefaasiliste rikete ajal kaare kustutada, põhjustades plahvatusi; MOA-d lagunevad liigse energia neeldumise tõttu.
• Kui nimipinge on liiga kõrge: impulsslahenduspinge ja jääkpinge suurenevad, vähendades kaitse tõhusust.

Ventiili -tüüpi piirikutes kasutatakse mittelineaarseid klapikettaid, millel on suur juhtivus suurte välguvoolude korral (säilitades madala jääkpinge) ja madal juhtivus tavaliste pingete korral (piirav võimsus{1}}jälgvoolu sagedus). Tsinkoksiidi klapikettaid võimendavad tühikuteta MOA-d summutavad järelvoolu ilma lünkadeta, pakkudes kiiret reageerimist, madalat jääkpinget ja suurt vooluvõimsust, -mis muudab need trafode kaitseks peamiseks valikuks.

Vastavalt GB311.1-1997Kõrgepinge{0}}ülekande- ja jaotusseadmete isolatsiooni koordineerimine, 6kV trafodel on pikseimpulssitaluvuspinge 60kV ja 10kV trafodel 75kV. 6kV süsteemide puhul on YH5WS-10/30 MOA jääkpinge 30 kV või väiksem, mis annab isolatsiooni koordinatsiooniteguri. 10 kV süsteemide puhul annab YH5WS-17/50 MOA saagikuse, mis vastab ohutuse koondamise nõuetele.on tavaliselt suurem või võrdne 1,4 välguimpulsside puhul ja suurem või võrdne 1,15 lülitusimpulsside puhul, võttes arvesse isolatsiooni tüüpi, liigpinge jaotust ja keskkonna vananemist.

 

 

 

 

(3) Täiustatud isolatsioon: täiendav kaitse

Keskmiste ja väikeste trafode (vähem kui 35 kV või sellega võrdne) puhul on tõhustatud isolatsioon võtmetähtsusega lisameede: kõrge-pingemähiste isolatsiooni paksendamine ja pöördeisolatsiooni tugevdamine sissetulevate/klemmide keerdude juures, et taluda pingegradiente. Kuid paksem isolatsioon halvendab soojuse hajumist ja vähendab vahemahtuvust, suurendades potentsiaalselt pingegradiente, -mis muudab selle sobivaks ainult madala-pinge ja kulu{5}}tundlike stsenaariumide jaoks.

 

(4) Suurenenud vahemahtuvus: optimeeritud pingejaotus

Kõrgem pöördemahtuvusparandab pingejaotuse ühtlust: a suuremsuhtesvähendab pingegradiente ja ülepingeriski. Kasutatakse selliseid tehnikaid nagu põimitud mähised ja kondensaatoriekraanid, eriti äikese{1}}altites piirkondades, nagu mägialajaamad või tuulepargi astmelised{2}}jaamad.

 

(5) Neutraalse{1}}punkti ülepingekaitse

Ühe toiteallikaga{0}}alajaamade puhul, mis asuvad välguohtlikes piirkondades, on levinud kolmefaasiline välklaine sissetung, mis nõuab fokuseeritud neutraalpunkti{2}}kaitset. Esmane lahendus onneutraalse -punkti MOA-d, mis kaitsevad nii äikese kui ka lülitusliigpinge eest kiire reageerimise, madala jääkpinge ja suure voolutugevusega. Välk{1}}provintsides, nagu Guangdong ja Guangxi, ületab neutraalse-punkti MOA paigaldusmäär 90%. Kõrgete nimipingetega konstrueeritud, püsivad need töökindlad ka väiksemate nullpunktide{5}}nihete korral ja taluvad ühefaasiliste rikete korral 1x sagedusega -faasipinget.

Äärmuslike neutraalsete -punktide nihkete jaoks (ülepinge, mis on suurem või võrdne 2x võimsuse-sageduse faasipingega) kasutatakse paralleelset skeemi "piirik + horisontaalvarraste vahe": piirikud käsitlevad välk-/lülitusliigpingeid, samas kui lüngad piiravad kõrget-sageduslikku võimsust{5}}, luues kaitsemehhanismi kaitsesageduse üle{5}}.

 

(6) Spetsiaalne kaitse mitme-mähisega transformaatoritele

Kolm-mähisega trafot (kõrge-, kesk-, madalpinge) kujutavad endast elektrostaatilise induktsiooni ülepinge ohtu, eriti kui madalpinge{1}}mähised on avatud. Kõrgepingepoolel olevad välklained kanduvad elektrostaatilise sidestuse ja elektromagnetilise induktsiooni kaudu madalpinge-mähistele ning madal mahtuvus maapinnale tõstab elektrostaatilist pinget, ohustades isolatsiooni. Madalpinge{6}}mähiste väljalaskeavade piirikud summutavad otseselt sissetungivad liigpinged.

Lisaks kandub asümmeetrilistest riketest või kaitselülitite tõrgetest tulenev null-pinge mahtuvusliku sidestuse kaudu madalpinge{1}}mähistele. Selle leevendamiseks kasutatakse kõrge-sünkroonsusega kaitselüliteid ja 3 Y-ühendatud kondensaatorit paigaldatakse madalpinge-siinide sildadele, et suurendada maanduse mahtuvust, neelates ülepingeenergiat ja vähendades amplituudi/järsust.

 

(7) Madalpinge{1}}süsteemi koordineeritud kaitse

Pikad madalpinge{0}}toiteliinid on välgulöögi suhtes haavatavad. Löögi korral indutseerivad välguvooludpöördtransformatsiooni liigpingekõrgepinge{0}}mähistes (2–3-kordne nimipinge) elektromagnetilise induktsiooni kaudu, mis ohustab isolatsiooni. Madal-pingepoolsed MOA-d summutavad impulsivoo madalpinge{5}}mähistes, blokeerides liigpinge ülekande. Y/Zn11 ühendusrühmadega trafod pärsivad oma olemuselt pöördtransformatsiooni liigpinget, pakkudes paremat kaitset, kui need on ühendatud madalpingepiirikutega.

 

(8) Muud erikaitsemeetmed

Konkreetsete ülepinge stsenaariumide puhul hõlmavad täiendavad meetmed:

1. Kaare summutamise poolid: kaare maandusliigpinge summutamine

Maandamata või kaare summutusmähises{0}}maandatud jaotussüsteemides kompenseerivad kaare summutusmähised ühefaasiliste rikete ajal mahtuvuslikku voolu, minimeerides rikkevoolu ja vältides katkendliku kaare uuesti süttimist. Auto-häälestusmähised jälgivad reaalajas mahtuvusliku

2. Reaktorid: piirav lülitus ja võimsus-sageduslik ülepinge

Seeriareaktorid: piirake trafo sisselülitusvoolu ja lülitusliigpinget, suurendades vooluahela induktiivsust, et vähendada voolu muutumise kiirust. Näiteks piiravad suurte trafode madalpinge{1}}külgedel olevad jadareaktorid sisselülitusvoolu 2–3-kordsele nimivoolule.

Šuntreaktorid: neelavad mahtuvuslikku reaktiivvõimsust pikkades kõrgepinge{0}}ülekandeliinides, vähendades liini laadimisefektidest tulenevat võimsus-sageduse ülepinget. 500 kV liinides piiravad šuntreaktorid ülepinget 1,3-kordsest nimipingest või sellega võrdsest, kaitstes trafosid kaudselt.

3. Maandussüsteemi optimeerimine: maapinna potentsiaali tõusu vähendamine

Optimeeritud maandusvõrgud (nt vask-plekitud terasest elektroodid, täiendavad maanduspostid) vähendavad alajaama maandustakistust 0,5 Ω või alla selle, minimeerides maanduspotentsiaali tõusu pikselöögi ajal ja vältides vasturünnakuid. Pikse{5}}aldis aladel vähendab "sõltumatu maandus + potentsiaaliühtlustus" maanduspotentsiaali erinevusi veelgi.

4. Varistorid ja liigpingekaitsed (SPD): madal{1}}pingeotsa kaitse

Varistorid (MOV) või SPD-d madala-pinge toiteväljunditel summutavad indutseeritud äikese ja lülitusliigpingeid, hoides ära pöördtransformatsiooni liigpinge. Need seadmed pakuvad nanosekundilist reaktsiooni ja madalat jääkpinget, mis on ideaalne madalpinge jaotussüsteemi otste kaitseks.

 

 

 

 

 

 

See loend käsitleb ülepingekaitse vajadusi pingetasemete ja stsenaariumide lõikes, järgides põhiloogikatotsene piksekaitse + südamiku pinge piiramine + spetsiaalne summutus + süsteemi koordineerimine. See ühtib SCOTECHi trafo disainifunktsioonidega, sobivate kaitsemeetmete ja kohandatud lahendustega, mis on mõeldud otseseks kasutamiseks projekti kavandamisel, klientide tehnilisel kaasamisel ja tootevalikul.

 

Rakenduse stsenaarium	Põhilised kasutustingimused	Põhilised kaitsemeetmed	SCOTECHi kohandatud kohandus
Välialajaamad/tuulepark{0}}Jaamadest ülespoole (Suurem kui 35 kV või võrdne sellega, pikse{1}}aldis/mägised alad)	suur otsene välguoht; kombineeritud välgu/lülitusliigpinge; neutraalne-punkt potentsiaalse nihke risk	1. Väline otsene piksekaitse 2. Kõrge-pingepoolse lünka MOA-d 3. Neutraalne-punkt MOA + vardavahe paralleelkaitse 4. Optimeeritud mähise mahtuvuse jaotus	1. Kohandatudvahelduvad mähised/kondensaatoriekraanidtrafo sissetulevate klemmide juures pingejaotuse optimeerimiseks; 2. SCOTECH-kohandatud nullpunkti-MOA-d, mis vastavad trafo maksimaalsele faasipingele; 3. Null-kauguspiiriku paigaldusliidesed, et vähendada jääkpinge tõusu elektrilisest kaugusest; 4. Maandusvõrgu optimeerimise soovitused, mis on ühendatud piksevardade/juhtmetega täieliku otsese pikse katmiseks
Linnajaotusalajaamad (10/6kV, linna tuumapiirkonnad, sagedane koormuse ümberlülitamine)	Sagedased ümberlülitustoimingud; korduv lülitusliigpinge; otsene välklamp puudub, kuid äikeseoht; madal resonantsrisk	1. Kõrge-pingepoolse lõhega klapi-tüüpi/MOA piirikud 2. Seeriareaktorid sisselülitusvoolu piiramiseks 3. Madal-pinge külgpingekaitsed (SPD) 4. Täiustatud sissetuleva terminali isolatsioon	1. Paksendatud vahe/maa isolatsioonkõrgepinge{0}}mähise sissetulevatel klemmidel, et vältida lülitusliigpinge väsimust; 2. Eel-integreeritud liidesed madalpinge-reaktorite/SPD-de jaoks, mis toetavad kohandatud madalpinge-kaitsekomponente; 3. Optimeeritud trafo ergastusinduktiivsus, et vähendada resonantsi tõenäosust sagedase ümberlülitamise korral
Maapiirkondade jaotusmuundurid (10/6 kV, välgu{2}}aldised alad, sagedased ühefaasilised tõrked)	suur otsene/indutseeritud välgurisk; märkimisväärne kaaremaanduse ülepinge; pikad maaliinid, kõrge pöördtransformatsiooni liigpinge risk	1. Poolusele-paigaldatud piirikud + madalpinge-poolsed MOA-d 2. Neutraalse{1}}punkti maandus kaare summutusmähiste kaudu 3. Madal-pingepoolne SPD liigpingekaitse 4. Pöördtransformatsiooni liigpinge summutamine	1. ReklaamigeY/Zn11 ühendusgrupi trafodoma olemuselt pärssida pöördtransformatsiooni liigpinget; 2. Standardsed madalpinge -MOA liidesed, mis ühilduvad otseselt madalpinge SPD-dega; 3. Optimeeritud neutraal-punkti isolatsioon, et toetada automaatse-häälestuse kaare summutamise pooli; 4. Null-kauguspiiriku kinnitusklambrid post-kinnitatud trafodele
Tööstustehasele mõeldud trafod (10/35 kV, mitu-mähist, suur koormuse kõikumine)	mitme{0}}mähise elektrostaatilise induktsiooni ülepinge; koormuse lülitamisest tulenev lülitusliigpinge; null-jada pinge sidumise oht; madal-pinge pöördtransformatsiooni liigpinge	1. Iga mähise jaoks sõltumatud piirikud 2. Madalpinge-suntkondensaatorid liigpinge neelamiseks 3. Seeriareaktorid sisselülitus-/liigpinge piiramiseks 4. Kihiline isolatsiooni tugevdus	1. Sõltumatu tugevdatud isolatsiooniga mähise jaoks: optimeeritud mahtuvuse jaotus kõrge{0}}pinge külgedel, paksendatud maanduse isolatsioon madalpinge külgedel; 2. Eelinstallitud liidesed 3 Y-ühendatud kondensaatorile madalpinge-siinide sildadele, et neelata nulljada-liigpinget; 3. Kohandatud seeria reaktorid, mis on kohandatud koormuse kõikumisest{1}}indutseeritud sisselülitusvoolule; 4. Piiriku valiku sobitustabelid mitme-mähise pingetasemete jaoks
Pikamaa{0}}transformaatorid (Suurem või võrdne 110 kV, ülekandeliinid 50 km või rohkem)	toite-sageduse ülepinge liinilaadimisest; märkimisväärne lülitusliigpinge liinilülitusest; järsk välklainete levik	1. Suure-võimsusega MOA-d kõrge-pinge külgedel 2. Line-külgmised šuntreaktorid mahtuvusliku reaktiivvõimsuse neeldumiseks 3. Välklaine järsu summutamine 4. Tõhustatud trafo isolatsiooniklass	1. Kohandatudkõrge pikseimpulssitaluvusega trafodkohandatud kaug{0}}välklaine järsusele; 2. Optimeeritud trafo ergastusomadused, et vähendada resonantsi liinireaktoritega; 3. Kõrge-voolu-võimsusega MOA-d kõrge-pinge külgedel, adresseerivad võimsus-sagedust/lülitusliigpinget; 4. Välklainepuhvri komponendid sissetulevatel klemmidel, et vähendada laine järsust
Kompaktalajaamad / kokkupandavad trafojaamad (10/6 kV, linna-/pargialad, -ruum piiratud)	Iseseisev otsene piksekaitse puudub; kõrge seadmete integreeritus, väikesed elektrilised vahemaad; indutseeritud välk + sisemine lülitusliigpinge	1. Kapi sees integreeritud MOA-d 2. Varistori (MOV) lisakaitse 3. Sissetuleva liini liigpinge summutamine 4. Potentsiaaliühtlustuskaitse	1. Integreeritud piiriku paigaldusasendidnull-kaugustrafo-piiriku integreerimiseks; 2. Sisseehitatud-madalpinge-varistorid sisemise lülitusliigpinge summutamiseks; 3. Kappide sisemuse potentsiaaliühtlustus, et vähendada maapinna potentsiaalset vasturünnaku ohtu; 4. Optimeeritud mähise väljalaskekonstruktsioon kompaktsete ruumide jaoks, minimeerides pinge gradiendi ebaühtlust

 

Täiendavad märkused

• Kõik lahendused toetavadSCOTECHi trafode ja kaitsekomponentide integreeritud sobitamine, vähendades kliendi teisese valiku ja paigalduskulusid.
• Äärmuslike tingimuste jaoks (nt tugevad äikesepiirkonnad, suur kõrgus merepinnast, tugev saaste) kasutage täiustatud valikuid, nagusaastevastased isolatsioonikatted,-kõrgevoolupiirikud ja sõltumatud maandusklemmidon saadaval.