Transformatora pārsprieguma aizsardzība: kā izvēlēties pārsprieguma slēdzītājus zibens un ieslēgšanas pārspriegumiem

Pirms gada augustā Dienvidluzonas elektroenerģijas uzņēmuma meistars mums nosūtīja fotoattēlu par instalāciju, kas izskatījās pilnīgi normāla tajā dienā, kad tā tika pieņemta: 13,8 kV transformators uz pamatnes, jauns polimēra pārsprieguma slēdzītājs uz tā balsta, svaiga krāsa. Divi fakti neatbilda sākotnējai specifikācijai. Ceturtdaļa pēdas (1,22 m) savītā vadu garums starp pārsprieguma slēdzītāja kontaktligzdu un transformatora korpusu. Un zemēšanas vads, kas novadīts atpakaļ caur montāžas balstu, nevis tieši lejup uz zemēšanas pamatni. Trīs nedēļas vēlāk barošanas līniju skāra zibens. Pārsprieguma slēdzītājs palika neskarts. Primārā tinuma tomēr vairs nebija.

Ko dara pārsprieguma slēdzītājs — un ko tas nespēj darīt

Moderņa transformatora pārsprieguma aizsardzība shēma ir izveidota ap nepārtrauktu metāla oksīda varistoru. Zem tā atsauces sprieguma varistors darbojas kā atvērta ķēde un patērē mikroamperus. Virs tā pretestība krasji samazinās, aizsardzības ierīce novirza pārsprieguma strāvu uz zemi, un tā atgriežas augstas pretestības stāvoklī vēl pirms nākamās pusperioda sākuma. IEEE C62.11-2020 definē pašu ierīci — metāla oksīda aizsardzības ierīces 48–62 Hz elektriskajām ķēdēm virs 1000 V, kas ierobežo zibens un ieslēgšanas pārspriegumus, caurlaizot izlādes strāvu un pēc tam automātiski ierobežojot sistēmas barošanas strāvas plūsmu. Tas ir aktīvs standarts, publicēts 2020. gada septembrī.

Aizsardzības ierīce neuztver pārspriegumu. Tā to ierobežo. Spriegums, ko faktiski piedzīvo tinums, ir aizsardzības ierīces izlādes spriegums. plus spriegums, ko pārspriegums rada vadā, kas ved no aizsardzības ierīces termināļa līdz aizsargājamajam punktam. Abi termini ir reāli. Tikai otrā vērtību iespējams mainīt ar atslēgu pat uzstādīšanas dienā.

Patiesi izvēlēts aizsardzības aparāts joprojām var būt nepareizi uzstādīts. Izvēle un pieslēgšana ir divi atsevišķi uzdevumi, un pircēji parasti uztic tikai vienu no tiem.

 

 

Transformatora pārsprieguma aizsardzība sākas ar MCOV, nevis ar nominālo kV vērtību

Lielākā daļa RFQ, kas nonāk mūsu inženieru darbavietā, norāda aizsardzības aparātu pēc nominālā sprieguma — „10 kV aizsardzības aparāts”, „18 kV aizsardzības aparāts”. Šis skaitlis ir ekspluatācijas režīma vērtība, un pašam par sevi tas gandrīz neko nesaka par to, vai šis ierīces tips piemērots jūsu sistēmai. Skaitlis, kas nosaka pielietojumu, ir MCOV : maksimālais nepārtrauktais ekspluatācijas spriegums — augstākais RMS spriegums, ko aizsardzības aparāts var ilgstoši izturēt savos kontaktos, nepārkarsējoties.

MCOV nosaka sistēmas zemējums, nevis transformators. Efektīvi zemētā sistēmā aizsargierīce normālā darbībā redz līnijas pret zemi spriegumu, tāpēc prasība ir maksimālais līnijas pret zemi spriegums pats par sevi — 7,65 kV 12,47 kV vairākkārt zemētā sistēmā. Nezemētā vai pretestības zemētā sistēmā fāzes pret zemi avārijas gadījumā neatbojātās fāzes spriegums var tuvoties pilnajam fāze pret fāzi spriegumam, tāpēc noteikums kļūst par MCOV, kas ir vienāds ar vai augstāks par 90 procentiem no maksimālā fāze pret fāzi sprieguma. Tas pats transformators, tā pati sprieguma klase, bet divas ļoti atšķirīgas aizsargierīces.

Sistēmas līnijas pret līniju spriegums (kV, nominālais)	Aizsargierīces MCOV — efektīvi zemētai sistēmai (kV)	Aizsargierīces MCOV — pretestības zemētai vai nezemētai sistēmai (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	Nav ieteicamas

Šos skaitļus sniedz Hubbell Power Systems publicētie aizsargierīču lietošanas dati, un tie sakrīt ar to, ko mēs redzam Ziemeļamerikas sadalīšanas sistēmās ( Hubbell katalogs 70, pārsprieguma aizsargierīces praktiskā sekas ir vērts izteikt skaidri. Ja specifikācijā norādīts „nezemēta sistēma”, bet patiesībā sistēma ir četrvasu daudzzemēta, jūs iegādājaties aptuveni divreiz lielāku maksimālo nepārtrauktās darba sprieguma vērtību (MCOV), nekā nepieciešams — un par to jums jāmaksā ar augstāku izlādes spriegumu, kas tieši ir tā skaitliskā vērtība, kuru jūs centāties turēt zemu.

Vēl viena noderīga attiecība, lasot datu lapu: aizsargiekārtas nominālais spriegums parasti ir aptuveni 1,25 reizes lielāks par tās maksimālo nepārtrauktās darba sprieguma vērtību (MCOV). Tāpēc 10 kV nominālā sadalīšanas aizsargiekārta nodrošina MCOV aptuveni 8,4 kV, un tāpēc abas vērtības mainās kopā, kad vienā un tajā pašā transformatorā mainās zemēšanas pieņēmums.

 

Vadu garums, zemēšana un faktiski būtiskais aizsardzības rezerves lielums

Šeit ir tā daļa, kuru lielākā daļa pircēju izlaiž. Katrs vada pēda starp slāpētāju un aizsargājamo iekārtu pieaugina izolācijas spriegumu pārsprieguma laikā, jo strāvai jāiziet šis attālums un jāatgriežas atpakaļ. IEEE pielietojuma pamācība par metāla-oksīda slāpētājiem izmanto 1,6 kV uz pēdu pie 10 kA, un FM apstiprināšanas standarts DS 5-11 par elektrisko iekārtu aizsardzību pret zibens un pārspriegumiem izmanto to pašu skaitli.

Slāpētāja vada garums (pēdas)	Pievienotais spriegums pie 10 kA (kV)	95 kV BIL tinuma daļa
1	1.6	1.7%
2	3.2	3.4%
4	6.4	6.7%
10	16.0	16.8%

 

 

The aizsardzības rezerve ir aritmētiskā operācija, kas visu šo saista kopā. Ņem tinuma BIL, atņem slāpētāja izlādes spriegumu un vada ieguldījumu, tad dala ar BIL. 13,8 kV sadalīšanas transformatoram standarta primārā izolācijas līmenis ir 95 kV BIL, un ieteicamā minimālā aizsardzības rezerve ir 20 procenti. 10 pēdu vads patērē 16 kV no šiem 95 kV — gandrīz visu ieteicamo rezervi, pirms pat viens kV slāpētāja izlādes sprieguma tiek atskaitīts pret to.

Zemējums neizdodas tikpat klusi. Zemējuma vadu jānovieto īsu, taisnu un atsevišķi no montāžas kronšteina, un tas jāpievieno speciālam uzpildītam gultnij, kas ir savienots ar tvertni un stacijas zemējuma tīklu. Zemējuma ceļa novietošana caur skrūvētām kronšteina detaļām ievieš savienojumu, kas korodē, atlaižas un palielina pretestību tieši tajā brīdī, kad notiek pārspriegums. NFPA 780 , Standarts par zibens aizsardzības sistēmu uzstādīšanu, ir pašreizējā 2026. gada izdevums un ir references dokuments, ko lielākā daļa Ziemeļamerikas inspektoru izmanto darbā. Izlasiet to pirms apstiprināt izvietojumu, nevis pēc kļūdas.

 

Pareizās aizsardzības ierīces klases izvēle transformatoram, ko jūs iegādājaties

Aizsardzības ierīces ir klasificētas pēc pārsprieguma enerģijas un avārijas strāvas, kuru tās spēj izturēt, un klasei jāatbilst tam, kas atrodas aiz tās — nevis iegādes pasūtījuma lielumam.

Aizsardzības ierīces klase	Tipiska lietojuma	Atlasīšanas piezīmes
Izplatīšana	12,47–34,5 kV sadalības transformatori, uz pamatnes uzstādīti vienības, pacēluma stabi	10 kA nominālā izlādes strāva. Parastā izpildījuma versija piemērota viegli slodzītiem lauku barošanas vadiem; smagā izpildījuma versija — gadījumos, kad ierīce ir atklātā vietā vai barošanas vadu garums ir liels.
Vidēja līmeņa	Mazas apakšstacijas, vidsprieguma slēdžu iekārtas, transformatori ar jaudu virs 5 MVA	Augstāka enerģijas jauda nekā sadalības klases ierīcēm. To izmanto tur, kur aizsargājamās iekārtas ir dārgas un ekspluatācijas apstākļi ir grūti.
Staciju	Pārvades klases transformatori un būtiskas apakšstacijas	Augstākā enerģijas jauda un noturība pret avārijas strāvām. Spiediena izlaižu darbības raksturs un pakāpju noteikumi ir skaidri norādīti IEEE C62.11 standartā.

Ziemeļamerikā uz pamatnes montētajos transformatoros uznemējs parasti tiek pieskrūvēts pie tvertnes, izmantojot īpašu balstu un pārsegu, bet zemēšanas vadu novieto uz tvertnes sienā savārītās pamatnes. Tas nav dekoratīvs elements. Tas ir īsākais praktiskais ceļš no uznemēja pamatnes līdz zemētajam tēraudam, un tas ir vienīgais ceļš, kas nodrošina, ka vada ietekme paliek ietvaros, kuros mūsu inženieri veic aprēķinus piedāvājuma sagatavošanas stadijā.

 

Trīs uznemēju problēmas, kuras mēs laukā redzam atkārtoti

Mēs lūdzam fotografijas par esošo uzstādījumu, pirms sniedzam piedāvājumu aizvietošanas vienībai, un vieni un tie paši trīs paraugi atgriežas atkārtoti.

• Sakļauta vai lokāma vadu vadītāja vada daļa. Komanda, kas tur 6 pēdas garu vadu vadītāja vada daļu un kam nepieciešamas 18 collas no tās, rūpīgi sakļaus atlikušo daļu gar tvertni. Katrs pagrieziens pievieno induktivitāti un spriegumu. Saīsiniet vadu vadītāja vada daļu; nekārtotiet to.
• Zemēšanas ceļš caur montāžas kronšteinu. Tas ir ātri, bet nepareizi. Kronšteina skrūves nav zemēšanas vadītājs uzstādīšanas dienā, un tās arī pēc diviem ziemām piejūras teritorijā nekļūs par zemēšanas vadītāju.
• Uzliesmojumizlīdzinātāja izmērs noteikts pēc transformatora kVA, nevis sistēmas zemēšanas. Vienības kVA reitings nav saistīts ar MCOV. Zemēšanas konfigurācija ir, un tā ir vienrindu atbilde uz zīmējuma.

Vēl viena kļūme slēpjas pirmajā. Sadalīšanas aizsargierīce ar ārēju atslēdzēju nolaidīs savu vadu, ja aizsargierīce īssavienosies — tieši to jūs vēlaties, taču atslēdzējam nepieciešams gaisa sprauga, kas paliek tīra. Mēs esam atvēruši skapjus, kur viena vada dzīsla vai viena sezona ilgāks kukaiņu ligzdas veidojums bija pārmijuši šo spraugu. Aizsargierīce joprojām bija tur, taču tā neaizsargāja neko.

 

Kā mēs iebūvējam strāvas pārsprieguma aizsardzību katrā transformatora pasūtījumā

Ryan Electric ražo transformatorus kopš 2007. gada, un kopš 2023. gada darbojas kā Eaton kopuzņēmuma partneris. Danyang rūpnīcā — 120 000 kvadrātmetru lielā platībā, vairāk nekā 180 ražošanas un testēšanas iekārtu komplekti, 37 patenti — dielektriskās izmēģinājumu zālē tiek veikti visi parastie pārbaudījumi, ko projektā norādītais specifikācijas dokuments prasa, kā arī impulsu izmēģinājumi tiem dizainiem, kam tie ir nepieciešami, un uz plāksnītes norādītais BIL līmenis ir tas līmenis, kuru dizains ir apstiprinājis.

Kad pasūtījumā ietilpst pārsprieguma slāpētāji, mēs izvēlamies MCOV vērtību, pamatojoties uz jums norādīto sistēmas zemējumu, materiālu sarakstā norādām montāžas stiprinājumu un vāku, kā arī metinām zemēšanas platiņu, lai uzstādītājam būtu tieša pieslēguma vieta, nevis ērta skrūve. UL un CSA programmu ietvaros stiprinājums, zemēšanas platiņa un tvertnes savienošana tiek pārbaudīta kā daļa no komplekta, nevis tiek uzskatīta par lauka pievienojumu.

 

Ko iekļaut savā pieprasījumā piedāvājumam par transformatora pārsprieguma aizsardzību

Četras rindas pieprasījumā piedāvājumam novērsīs vēlāku rediģēšanu, un neviena no tām nepieprasa vairāk kā minūti, lai atrastu rasējumos.

• Sistēmas zemējums: efektīvi zemēts, pretestības zemējums, nezemēts vai delta — kā arī maksimālā sistēmas sprieguma vērtība, ne tikai nominālā.
• Prasītā MCOV vērtība ja jau to esat noteikuši, kā arī pārsprieguma slāpētāja klase, ko plānojat norādīt.
• Uzstādīšanas metode: tvertnes stiprinājums, šķērsskavas, iekšpusē kastē vai slēdžu ierīču kamerā.
• Sasniedzamais vadu garums faktiskajā izkārtojumā un kur tiks novietota zemēšanas platiņa.

Nosūtiet vienas līnijas diagrammu un vietnes plānu kopā ar šiem četriem atbildes punktiem, un mēs jums atgriezīsim aizsardzības pretestības izvēli, tās izlādes spriegumu, vada ieguldījumu un rezultējošo aizsardzības rezerve citātā — tādējādi diskusija notiek uz papīra, jūsu rakstāmgalda vietā, nevis pēc viesuļvētras elektrostacijā. Sazinieties ar lietojumprogrammu inženieru komandu pa e-pastu [email protected] vai atveriet produktu lapas eļļā iemērkti transformatori un zemes transformatori lai pieprasītu izmēru atbalstu konkrētam projektam.

 

Par autoru

Šo rakstu sagatavoja lietojumprogrammu inženieru komanda Ryan Electric (Dzjanšu Ryan Electric Co., Ltd.), transformatoru ražotājs, kurš strādā ar sadali, enerģiju un atjaunojamās enerģijas projektiem komunālo pakalpojumu, datu centru, rūpniecības un infrastruktūras klientiem visā pasaulē. Mūsu inženieri norāda aizsardzības pretestību izvēli, izolācijas koordināciju un zemēšanas detaļas tajos pašos projektos, kas tiek testēti mūsu Danyang testa halē. Ja jums ir jautājumi par maksimālo nepārtraukto darba spriegumu (MCOV) izvēli vai aizsardzības rezervi konkrētā projektā, rakstiet uz e-pasta adresi [email protected].