Transformatorių nuo perkūnijos apsauga: kaip pasirinkti peržengimo ribotuvus nuo žaibų ir jungimo smūgių

Praeitą rugpjūtį Pietų Luzono komunalinės įmonės meistras mums išsiuntė nuotrauką įrenginio, kuris atrodė visiškai normaliai tą dieną, kai buvo patvirtintas: 13,8 kV ant žemės montuojamas transformatorius, naujas polimerinis ribotuvas ant jo laikiklio, šviežia dažyta paviršius. Dvi detalės neatitiko pradinės techninės specifikacijos. Keturių pėdų (apie 1,22 m) ilgio suvyniota laidinė jungtis tarp ribotuvo gnybto ir transformatoriaus korpuso. Taip pat žemės laidininkas buvo nukreiptas atgal per montavimo laikiklį vietoj to, kad būtų tiesiai nukreiptas žemės padėklui. Po trijų savaičių į šaką pateko žaibas. Ribotuvas išliko nepažeistas, net nebuvo matyti jokių žymių. Tačiau pirminė apvija sugenda.

Ką daro peržengimo ribotuvas – ir ko jis negali padaryti

Suaugusi transformatorių nuo perkūnijos apsauga schema pastatyta aplink beperterpęs metalo oksido varistorių. Žemiau jo nuorodos įtampos varistorius veikia kaip atvira grandinė ir praleidžia mikroamperus. Virš jos varistoriaus varža staigiai krinta, apsauginis prietaisas nukreipia perkrūvio srovę į žemę ir grįžta į aukštos varžos būseną gerokai anksčiau nei kitas pusperiodis. IEEE C62.11-2020 apibrėžia patį įrenginį – metalo oksido apsaugos prietaisus 48–62 Hz tinkluose virš 1000 V, kurie riboja žaibo ir jungimo perkrūvius praleisdami išlyginamosios srovės ir po to automatiškai ribodami sistemos darbinės srovės tekėjimą. Tai veikiantis standartas, paskelbtas 2020 m. rugsėjį.

Apsaugos prietaisas neabsorbuoja perkrūvio. Jis jį „prilaiko“. Apvijai iš tikrųjų tenka apsaugos prietaiso išlyginamosios įtampos reikšmė. be to įtampa, kurią perkrūvis sukuria laidu nuo apsaugos prietaiso gnybto iki taško, kuris apsaugomas. Abu šie terminai yra realūs. Tik antrasis iš jų vis dar gali būti pakeistas rankiniu raktuku diegimo dieną.

Netinkamai parinktas apsaugos nuo pernapyties įrenginys vis tiek gali būti netinkamai pritaikytas. Parinkimas ir prijungimas – tai du skirtingi uždaviniai, o pirkėjai paprastai paveda tik vieną iš jų.

 

 

Transformatorių apsauga nuo pernapyties prasideda nuo MCOV, o ne nuo nurodytos kV reikšmės

Dauguma techninių užklausų, kurios pasiekia mūsų inžinerinį skyrių, nurodo apsaugos nuo pernapyties įrenginį pagal nurodytą įtampą – „10 kV apsaugos nuo pernapyties įrenginys“, „18 kV apsaugos nuo pernapyties įrenginys“. Šis skaičius yra naudojimo ciklo klasifikacija, ir vienas jis beveik nieko nesako apie tai, ar šis įrenginys tinka jūsų sistemai. Skaičius, kuris nulemia taikymą, yra MCOV : didžiausia nuolatinė veikimo įtampa (MCOV), t. y. didžiausia RMS įtampa, kurią apsaugos nuo pernapyties įrenginys gali išlaikyti savo galuose neribotą laiką, nepersiliekdamas.

MCOV nustatoma sistemos įžeminimu, o ne transformatoriumi. Veiksmingai įžemintoje sistemoje apsauginis įrenginys normalios veiklos metu patiria įtampą tarp fazės ir žemės, todėl reikalavimas yra maksimali įtampa tarp fazės ir žemės – 7,65 kV 12,47 kV daugkartinio įžeminimo sistemoje. Neįžemintoje arba varža įžemintoje sistemoje fazės–žemės trumpojo jungimo atveju nepažeistos fazės įtampa gali artėti prie visos fazės–fazės įtampos, todėl taisyklė tampa tokia: MCOV turi būti lygus arba didesnis nei 90 procentų maksimalios fazės–fazės įtampos. Tas pats transformatorius, ta pati įtampos klasė, bet du labai skirtingi apsauginiai įrenginiai.

Sistemos linijos į liniją įtampa (kV, nominali)	Apsaugos įrenginio MCOV – veiksmingai įžeminta sistema (kV)	Apsaugos įrenginio MCOV – varža įžeminta arba neįžeminta sistema (kV)
4.16	2.55	5.10
12.47	7.65	15.30
13.80	8.40	15.30
24.94	15.30	29.00
34.50	22.00	Nerekomenduojami

Šie skaičiai pateikti Hubbell Power Systems publikuotuose apsaugos įrenginių taikymo duomenyse ir atitinka tai, ką stebime Šiaurės Amerikos skirstomosios sistemose ( Hubbell katalogas 70, smūgio apsaugos įrenginiai ) Praktinė pasekmė verta pabrėžti aiškiai. Jei techninėje specifikacijoje nurodyta „nežeminta sistema“, tačiau faktiškai sistema yra ketur laidų daugkartinės žeminimo sistema, jūs įsigyjate maždaug dvigubai didesnę MCOV reikšmę, nei reikia, – o už tai mokate aukštesniu išlydžio įtampa, kuri kaip tik yra ta reikšmė, kurią bandėte laikyti kuo žemesne.

Dar viena naudinga sąsaja, kai skaitote technines charakteristikas: apsauginio įrenginio nominalioji įtampa paprastai yra apie 1,25 kartų didesnė už jo MCOV. Todėl 10 kV nominaliosios įtampos pasiskirstymo apsauginis įrenginys turi MCOV apytiksliai 8,4 kV, o abi šios reikšmės keičiasi kartu, kai pakeičiate žeminimo prielaidą toje pačioje transformatoriuje.

 

Laidų ilgis, žeminimas ir faktiškai svarbus apsauginis rezervas

Štai dalis, kurią dažniausiai praleidžia dauguma pirkėjų. Kiekvienas atraminio laidininko pėdų ilgio centimetras tarp apsaugos nuo pernapyties įrenginio ir apsaugomo įrenginio padidina izoliacijos įtampą per įtampų viršūnę, nes srovė turi nueiti šį atstumą ir grįžti atgal. IEEE taikymo vadove dėl metalo oksido apsaugos nuo pernapyties įrenginių nurodyta 1,6 kV vienai pėdai esant 10 kA srovei, o FM patvirtinimo standarte DS 5-11, skirtame žaibų ir įtampų viršūnių apsaugai elektros įrenginiams, taip pat naudojama ta pati vertė.

Apsaugos nuo pernapyties įrenginio laidininko ilgis (pėdos)	Pridėta įtampa esant 10 kA (kV)	95 kV BIL vyniojimo dalis
1	1.6	1.7%
2	3.2	3.4%
4	6.4	6.7%
10	16.0	16.8%

 

 

The apsaugos marža yra aritmetika, kuri viską sujungia. Paimkite vyniojimo BIL reikšmę, iš jos atimkite apsaugos nuo pernapyties įrenginio išlydžio įtampą ir laidininko įtampos padidėjimą, tada gautą rezultatą padalinkite iš BIL. 13,8 kV skirstomajame transformatoriuje standartinis pirminės izoliacijos lygis yra 95 kV BIL, o rekomenduojama minimali apsaugos marža yra 20 procentų. 10 pėdų ilgio laidininkas sunaudoja 16 kV iš tų 95 kV — tai beveik visa rekomenduojama marža, dar prieš pradedant skaičiuoti vieną kV apsaugos nuo pernapyties įrenginio išlydžio įtampos.

Žeminimas nepavyksta taip pat tyliai. Žeminimo laidą reikia nutiesti trumpai, tiesiai ir atskirai nuo montavimo skliaustų, o jo galą prijungti prie specialios plokštės, kuri yra sujungta su talpa ir su stoties žeminimo tinklu. Jei žeminimo kelias nukreipiamas per varžtų skliaustų įrangą, susidaro jungtis, kuri koroduoja, atlaisvėja ir padidina varžą būtent tuo metu, kai pasirodo perkrovos impulsas. NFPA 780 , „Perkrovos apsaugos sistemų montavimo standartas“, yra dabartinė 2026 m. leidimo versija ir dažniausiai naudojamas šiaurės amerikiečių inspektorių nuorodos dokumentas. Perskaitykite jį prieš patvirtindami planą, o ne po gedimo.

 

Pasirinkite tinkamą apsaugos nuo perkrovų įrenginio klasę pirktiniam transformatoriui

Apsaugos nuo perkrovų įrenginiai klasifikuojami pagal jų gebėjimą išlaikyti perkrovos energiją ir avarinę srovę; klasė turėtų atitikti kritiškumą to, kas yra už jų – o ne pirkimo užsakymo dydį.

Apsaugos nuo perkrovų įrenginio klasė	Tipiškas Taikymas	Pasirinkimo pastabos
Skirstymas	12,47–34,5 kV skirstomųjų transformatorių, ant žemės montuojamų vienetų, pakilimo stulbų	10 kA nominalus išmetimo srovės dydis. Įprastinė naudojimo sąlyga tinka lengvai apkrautoms kaimo elektros tiekimo linijoms; sunkioji naudojimo sąlyga – kai įrenginys yra atvirai išdėstytas arba tiekimo linija yra ilga.
Vidutinis	Mažosios transformatorinės pastotės, vidutinės įtampos jungiklinė įranga, transformatoriai virš 5 MVA	Didesnė energijos talpa nei pasiskirstymo klasės įrenginiai. Naudojami ten, kur apsaugoma įranga yra brangi ir jos veikimą gali sutrikdyti stiprūs išoriniai poveikiai.
Stotis	Perduodamosios klasės transformatoriai ir kritinės transformatorinės pastotės	Didžiausia energijos talpa ir trumpojo jungimo srovės atlaikymo gebėjimas. Spaudimo nuleidimo elgsena ir gradavimo reikalavimai aiškiai nurodyti IEEE C62.11 standarte.

Šiaurės Amerikoje ant žemėje montuojamų transformatorių peržengimo įrenginys paprastai pritvirtinamas prie baklo naudojant specialų laikiklį ir dangtelį, o įžeminimo laidą prijungiamas prie baklo sienelėje suvirinto pagrindo. Tai nėra dekoratyvinis elementas. Tai trumpiausias praktiškai įmanomas kelias nuo peržengimo įrenginio pagrindo iki įžemintos plieninės konstrukcijos, ir tai vienintelis kelias, kuris užtikrina, kad laidų įtaka lieka ribose, kurias mūsų inžinieriai apskaičiuoja pateikdami pasiūlymą.

 

Trys peržengimo įrenginių problemos, kurias lauke dažnai pastebime

Mes prašome nuotraukų apie esamą įrenginį prieš pateikdami pasiūlymą dėl pakeitimo vieneto, ir vis tiek grįžta tie patys trys modeliai.

• Sukleistos arba ratuku suvyniotos laidų gyslos. Komanda, laikanti 6 pėdų ilgio laidą ir reikalinga tik 18 colio, tvarkingai suvynios likusią dalį palei rezervuarą. Kiekvienas vyniojimo ratukas prideda induktyvumo ir įtampos. Trumpinkite laidą; nebandykite jo sutvarkyti.
• Žemėjimo kelias per montavimo skliaustą. Tai greita, bet neteisinga. Skliausto varžtai nėra žemėjimo laidininkas įrengimo dieną, ir jie ne taps juo po dviejų žiemų pakrantės teritorijoje.
• Peržengiklis parinktas remiantis transformatoriaus kVA, o ne sistemos žemėjimu. Vieneto kVA reitingas neturi įtakos MCOV. Įtakos turi žemėjimo konfigūracija, o ji brėžinyje nurodoma viena eilute.

Dar vienas papildomas gedimas slepiasi pirmajame. Skirstymo apsaugos įrenginys su išoriniu atjungikliu nukris, jei įrenginys sugenda trumpuoju jungimu – tai būtent to ir norime, tačiau atjungiklis reikalauja oro tarpelio, kuris turi likti nepertraukiamas. Atvėrėme skyrimo skydelius, kuriuose viena laidinė gija arba per sezoną susikūrusi vabzdžių lizdo struktūra užpildė šį tarpelį. Apsaugos įrenginys vis dar buvo vietoje, tačiau jis nieko neapsaugojo.

 

Kaip mes integruojame smūgio įtampų apsaugą į kiekvieną transformatorių užsakymą

Ryan Electric gamina transformatorius nuo 2007 m., o nuo 2023 m. veikia kaip Eaton bendroji įmonė. Danyange esančioje gamykloje – 120 000 kvadratinių metrų ploto, daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių, 37 patentai – dielektrinio bandymo salė vykdo tiek įprastuosius bandymus, kuriuos nurodo projektinė specifikacija, tiek impulsinius bandymus tiems dizainams, kuriems jie reikalingi, o pavadinimo lentelėje nurodyta BIL reikšmė yra lygis, kuriuo buvo patvirtintas atitinkamas dizainas.

Kai kuriame užsakymą, įtraukiant pernapytuvus, mes parenkame MCOV reikšmę remdamiesi jūsų nurodyta sistemos įžeminimo schema, sąraše pateikiame montavimo laikiklį ir dangtelį kaip medžiagų sąrašo elementus ir suviriname įžeminimo padėklą, kad montuotojas turėtų tiesioginį prijungimo tašką, o ne patogų varžtą. UL ir CSA programose laikiklis, įžeminimo padėklas ir rezervuaro sujungimas su įžeminimu vertinami kaip montažo dalis, o ne laikomi lauko papildomais įrenginiais.

 

Ką įtraukti į savo paklausimą dėl transformatorių nuo perkrovos apsaugos

Keturi eilutės paklausime vėliau išvengs pakeitimų, o kiekvieną iš jų galima rasti brėžiniuose per mažiau nei minutę.

• Sistemos įžeminimas: veiksmingai įžeminta, varža įžeminta, neįžeminta arba delta – taip pat maksimali sistemos įtampa, o ne tik nominali.
• Reikalaujama MCOV reikšmė jei ją jau turite, taip pat nurodykite planuojamą naudoti pernapytuvo klasę.
• Montavimo būdas: rezervuarui skirtas laikiklis, skersinė atrama, viduje spintos arba jungiklių įrenginio skyriuje.
• Galima laidų ilgio riba realioje išdėstymo schemoje ir kur bus įrengtas įžeminimo padėklas.

Pateikite vienos linijos schemą ir vietos planą su šiais keturiais atsakymais, o mes grąžinsime peržengimo srovės apribojimo įrenginio parinkimą, jo išlydžio įtampą, laidų įtakos dydį ir galutinę apsaugos marža kainos pasiūlyme – taip diskusija vyksta popieriuje, jūsų darbo stale, o ne po audros elektros skirstomajame įrenginyje. Susisiekite su taikomosios inžinerijos komanda el. paštu [email protected] arba atidarykite produktų puslapius alyva pripildyti transformatoriai ir pad-Mounted Transformatoriai kad paprašytumėte projektui skirtos parinkties parametrų palaikymo.

 

Apie autorių

Šį straipsnį parengė taikomosios inžinerijos komanda „Ryan Electric“ (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), transformatorių gamintoja, kuri dirba su skirstomųjų, galios ir atsinaujinančios energijos projektų užsakovais visame pasaulyje – tiek komunalinėms įmonėms, duomenų centrų, pramonės, tiek infrastruktūros klientams. Mūsų inžinieriai nurodo peržengimo srovės apribojimo įrenginių parinkimą, izoliacijos koordinavimą ir įžeminimo technines sąlygas tose pačiose konstrukcijose, kurios bandomos mūsų Danyang bandymų salėje. Jei turite klausimų dėl MCOV parinkimo ar apsauginio maržos konkrečiam projektui, rašykite el. paštu [email protected].