Dönüştürücü Ani Gerilim Koruması: Yıldırım ve Açma-Kapama Ani Gerilimleri İçin Sürjü Emicilerin Seçimi

Geçen Ağustos ayında Güney Luzon'da bir işletme şefi bize, teslim tarihinde tamamen normal görünen bir tesisatın fotoğrafını e-posta ile gönderdi: 13,8 kV’luk bir yeraltı trafo istasyonu, montaj braketi üzerinde yeni bir polimer aşırı gerilim koruma cihazı ve taze boyayla kaplı yüzey. Orijinal spesifikasyonda olmayan iki ayrıntı vardı: Aşırı gerilim koruma cihazının terminali ile trafo kabini arasında sarılı olarak dört ayak uzunluğunda kurşunlu kablo ve topraklama iletkeninin doğrudan topraklama tablasına değil, montaj braketinden tekrar geçerek yönlendirilmesi. Üç hafta sonra besleme hattına yıldırım çarptı. Aşırı gerilim koruma cihazı hiçbir iz bırakmadan sağ salim kaldı. Ancak primer sargı zarar gördü.

Bir Aşırı Gerilim Koruma Cihazının Görevi — ve Görevi Dışı Kalanlar

Sadece bir ekran değil—ruhsal katılım, bağlantı ve iletişim aracıdır. Öncü bir trafo aşırı gerilim koruması bu sistem, boşluksuz metal oksit varistör üzerine kurulmuştur. Referans geriliminin altında varistör açık devre gibi davranır ve mikroamper düzeyinde akım çeker. Bu gerilimin üzerinde direnci aniden düşer; aşırı gerilim koruma cihazı aşırı akımı toprağa yönlendirir ve bir sonraki yarım periyottan çok önce yüksek empedanslı durumuna geri döner. IEEE C62.11-2020 cihazı kendisini tanımlar; 1.000 V üzeri, 48 ila 62 Hz aralığındaki devreler için kullanılan, yıldırım ve anahtarlama aşırı gerilimlerini deşarj akımını ileterek ve ardından sistem güç akımının akışını otomatik olarak sınırlayarak sınırlandıran metal-oksit paratonerleriyle ilgilidir. Bu, Eylül 2020’de yayımlanan geçerli bir standarttır.

Paratoner bir aşırı gerilimi emmez. Onu sınırlar. Sargıların aslında yaşadığı şey, paratonerin deşarj gerilimidir. artı paratoner terminalinden korunacak noktaya kadar uzanan bağlantı kablosu üzerinde oluşan aşırı gerilimin oluşturduğu gerilimdir. Her iki terim de gerçek anlamdadır. Ancak ikinci terim, montaj gününe kadar bir anahtarla değiştirilebilir.

Mükemmel seçilmiş bir paratoner bile yanlış uygulanmış bir paratoner olabilir. Seçim ve bağlantı iki ayrı işlemdir ve alıcılar genellikle bunlardan yalnızca birini yetkilendirir.

 

 

Trafo Aşırı Gerilim Koruması, Anma kV ile değil, MCOV ile başlar

Mühendislik masamıza ulaşan RFQ’ların çoğu, bir aşırı gerilim koruyucuyu anma gerilimiyle belirtir — “10 kV’lik bir aşırı gerilim koruyucu”, “18 kV’lik bir aşırı gerilim koruyucu”. Bu sayı, bir çalışma döngüsü derecelendirmesidir ve yalnız başına, cihazın sisteminizde yer alıp almayacağı hakkında neredeyse hiçbir şey söylemez. Uygulamayı belirleyen sayı Mcov : sürekli işletme maksimum gerilimidir; yani aşırı gerilim koruyucusunun ısınmadan uçları arasında sonsuza kadar dayanabileceği en yüksek RMS gerilimdir.

MCOV, sistem topraklamasına göre ayarlanır; transformatöre göre değil. Etkin bir şekilde topraklanmış bir sistemde, paratoner normal işletimde faz-toprak gerilimini görür; bu nedenle gereken değer, maksimum faz-toprak gerilimidir — 12,47 kV’lik çoklu topraklanmış bir sistemde bu değer 7,65 kV’tur. Topraklanmamış veya empedansla topraklanmış bir sistemde ise faz-toprak arızası durumunda arızalı olmayan fazlar tam faz-faz gerilimine yaklaşabilir; bu nedenle kural, maksimum faz-faz geriliminin %90’ı veya üzeri düzeyde bir MCOV değeridir. Aynı transformatör, aynı gerilim sınıfı; ancak iki oldukça farklı paratoner.

Sistem faz-faz gerilimi (kV, nominal)	Paratoner MCOV — etkin olarak topraklanmış sistemler için (kV)	Paratoner MCOV — empedansla topraklanmış veya topraklanmamış sistemler için (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	Tavsiye edilmez

Bu değerler, Hubbell Power Systems tarafından yayımlanan paratoner uygulama verilerinden alınmıştır ve Kuzey Amerika dağıtım sistemlerinde gözlemlediklerimizle uyumludur ( Hubbell Kataloğu 70, Yıldırım Paratonerleri ) Pratik sonuç açıkça belirtilmeye değerdir. Bir spesifikasyon "topraklanmamış sistem" derken sistem aslında dört telli çoklu topraklamalıysa, ihtiyacınızdan yaklaşık iki kat fazla MCOV alırsınız — ve bunun bedelini daha yüksek bir deşarj gerilimiyle ödersiniz; bu da tam olarak düşük tutmaya çalıştığınız değerdir.

Veri sayfası okurken yararlanabileceğiniz bir başka ilişki de şudur: Bir paratoner cihazının nominal gerilimi genellikle MCOV’sinin yaklaşık 1,25 katıdır. Bu nedenle 10 kV’lik bir dağıtım paratoneri yaklaşık 8,4 kV’lik bir MCOV değerine sahiptir ve aynı transformatörde topraklama varsayımını değiştirdiğinizde her iki değer de birlikte değişir.

 

Kablo Uzunluğu, Topraklama ve Gerçekten Sayılan Koruma Payı

İşte çoğu alıcının gözden kaçırdığı kısım. Şimşek arrester’ı ile koruduğu ekipman arasındaki her ayak (foot) bağlantı kablosu, aşırı gerilim anında yalıtım üzerine ek gerilim oluşturur; çünkü akım bu mesafeyi kat etmeli ve geri dönmelidir. Metal oksit şimşek arrester’ları için IEEE uygulama kılavuzu, 10 kA’lik akımda ayak başına 1,6 kV değerini kullanır; aynı şekilde elektrik ekipmanlarının yıldırım ve aşırı gerilim koruması için FM Onay Standardı DS 5-11 de bu değeri benimser.

Arrester bağlantı kablosu uzunluğu (ayak)	10 kA’de eklenen gerilim (kV)	95 kV BIL sargısı payı
1	1.6	1.7%
2	3.2	3.4%
4	6.4	6.7%
10	16.0	16.8%

 

 

The koruma marjı bütün bunları bir araya getiren temel hesaplama budur. Sargı BIL değerinden arrester’in boşalma gerilimini ve bağlantı kablosu katkısını çıkarın, sonra sonucu BIL değerine bölün. 13,8 kV dağıtım transformatöründe standart birincil yalıtım seviyesi 95 kV BIL’dir ve önerilen asgari koruma marjı %20’dir. 10 ayaklık bir bağlantı kablosu bu 95 kV’lik değerden 16 kV tüketir — bu, arrester boşalma geriliminin tek bir kV’sinin bile henüz hesaba katılmadığı durumda, önerilen marjın neredeyse tamamına karşılık gelir.

Topraklama, aynı sessiz şekilde başarısız olur. Topraklama kablosu kısa, düz ve montaj braketinden ayrı olarak, tanka ve istasyon topraklama ağına bağlanan özel bir yastığa ulaşmalıdır. Topraklama yolunu cıvatalı braket donanımı üzerinden yönlendirmek, yıldırım darbesi anında paslanan, gevşeyen ve empedans artışı yaratan bir eklem oluşturur. NFPA 780 , Yıldırımdan Korunma Sistemlerinin Kurulumu Standardı, geçerli 2026 baskısıdır ve çoğu Kuzey Amerikalı denetçi tarafından başvurulan referanstır. Bir yerleşim planını onaylamadan önce okuyun, arızadan sonra değil.

 

Satın Aldığınız Trafo İçin Doğru Paratoner Sınıfını Seçme

Paratonerler, dayanmaları beklenen dalga enerjisi ve arıza akımı temelinde sınıflandırılır; sınıf seçimi, arkasındaki ekipmanın kritikliğine göre yapılmalıdır — satın alma siparişinin büyüklüğüne göre değil.

Paratoner sınıfı	Tipik uygulama	Seçim Notları
Dağıtım	12,47–34,5 kV dağıtım transformatörleri, yerde monte edilen üniteler, yükselen direkler	10 kA nominal deşarj akımı. Normal sınıf, hafif yük altındaki kırsal besleme hatları için uygundur; ağır sınıf, cihazın açıkta olduğu veya besleme hattının uzun olduğu durumlarda kullanılır.
Orta	Küçük trafo merkezleri, orta gerilim anahtarlama donanımları, 5 MVA üzeri transformatörler	Dağıtım sınıfına göre daha yüksek enerji kapasitesine sahiptir. Korunan ekipmanın pahalı olduğu ve maruziyetin yüksek olduğu yerlerde kullanılır.
Istasyon	İletim sınıfı transformatörler ve kritik trafo merkezleri	En yüksek enerji ve kısa devre akımı dayanımı. Basınç tahliye davranışı ve seviyeleme gereksinimleri IEEE C62.11 standardında açıkça belirtilmiştir.

Kuzey Amerika’da yere monte edilen transformatörlerde, paratoner genellikle özel bir bağlantı parçası ve kapakla tanka vidalanır; topraklama kablosu ise tank duvarına kaynaklanan bir platforma bağlanır. Bu, süs değildir. Paratonerin tabanından topraklanmış çelik yüzeye ulaşan en kısa pratik yoldur ve bu yol, mühendislerimizin teklif aşamasında hesapladığı değer aralığını koruyan tek yoldur.

 

Alan Çalışmalarında Sıkça Karşılaştığımız Üç Paratoner Sorunu

Yerine konacak ünitenin fiyat teklifini vermeden önce mevcut tesisatın fotoğraflarını istiyoruz; aynı üç desen sürekli tekrar ediyor.

• Sarmal veya halka şeklinde sarılmış bağlantı kablosu. 6 feet (ft) bağlantı kablosu tutan bir ekip, 18 inç (in.)’lik kısmı kullanmak için kalan kısmı tank boyunca düzgünce sarar. Her dönüş, endüktansı ve gerilimi artırır. Bağlantı kablosunu kısaltın; düzenlemeyin.
• Montaj braketi üzerinden topraklama yolu. Hızlıdır ama yanlıştır. Montaj braketinin cıvataları kurulum günü itibarıyla bir topraklama iletkeni değildir ve sahil bölgelerinde iki kış geçtikten sonra da öyle olmaz.
• Sistem topraklaması yerine transformatörün kVA değerine göre seçilen aşırı gerilim koruyucu. Ünitenin kVA değeri MCOV ile hiçbir ilgisi yoktur. Bununla ilgili olan topraklama yapılandırmasıdır ve bu, çizimde tek satırlık bir cevap olarak belirtilir.

İlk arıza içinde bir başka arıza daha gizlidir. Dış ayırıcıya sahip bir dağıtım paratoneri, arıza durumunda kısa devre yaparsa bağlantı kablosunu düşürür; bu da tam olarak istediğiniz şeydir — ancak ayırıcının açık tutulması gereken bir hava aralığına ihtiyacı vardır. Tek bir tel ucu ya da mevsim boyu inşa edilen bir böcek yuvası bu aralığı köprülemiş durumda olduğu için açtığımız dolaplarda böyle durumlarla karşılaştık. Paratoner hâlâ yerindeydi. Ancak hiçbir şeyi korumuyordu.

 

Her Trafo Siparişimizde Güçlendirilmiş Dalga Koruması Nasıl Entegre Ediyoruz

Ryan Electric, 2007 yılından beri transformatör üretmektedir ve 2023 yılından itibaren Eaton ile ortak girişim ortağı olarak faaliyet göstermektedir. Danyang tesisinde — 120.000 metrekare alan, 180’den fazla üretim ve test ekipmanı seti, 37 patent — dielektrik test atölyesi, proje spesifikasyonunun gerektirdiği rutin testleri yanı sıra ilgili tasarımlar için gerekli olan darbe testlerini de gerçekleştirir; adı üzerindeki BIL değeri, tasarımın onaylandığı seviyeyi gösterir.

Bir siparişte paratonerler bulunuyorsa, MCOV değerini bize verdiğiniz sistem topraklamasına göre belirleriz; montaj braketi ve kapağı malzeme listesine ekleriz; kurulumcunun uygun bir cıvata yerine doğrudan bağlantı noktası olarak kullanabileceği şekilde bir topraklama pedi kaynaklarız. UL ve CSA programlarında braket, topraklama pedi ve tank bağlantısı, saha aksesuarları olarak değil, montajın bir parçası olarak değerlendirilir.

 

Trafo Güçlendirme Koruması İçin Teklif Talep Formunuza Neler Eklemelisiniz

Teklif talep formunuzda dört satır, daha sonra yapılacak bir revizyonu önler ve bunların hiçbiri çizimlerden bulunması bir dakikadan fazla sürmez.

• Sistem topraklaması: etkin şekilde topraklanmış, empedansla topraklanmış, topraklanmamış veya delta — ayrıca yalnızca nominal değil, maksimum sistem gerilimi.
• Gerekli MCOV zaten sahipseniz ve belirtmeyi düşündüğünüz paratoner sınıfı.
• Montaj Yöntemi: tank braketi, çapraz kol, kabin içi veya anahtarlama panosu bölmesi.
• Gerçek yerleşimde elde edilebilir bağlantı uzunluğu gerçek yerleşimde ve topraklama pedinin nereye yerleştirileceği.

Bu dört cevabı içeren tek hat şemasını ve saha planını gönderin; biz de sizin için aşırı gerilim koruyucusu seçimini, deşarj gerilimini, bağlantı hattı katkısını ve sonuçta elde edilen koruma marjı teklif içinde — böylece tartışma, bir fırtınadan sonra bir trafo merkezinde değil, kağıt üzerinde, masanızda gerçekleşir. Uygulama mühendisliği ekibimize [email protected] adresinden ulaşabilir veya yağlı Dönüşümçüler ve tabanlı Monte Edilmiş Transformatörler belirli bir projeye yönelik boyutlandırma desteği talep etmek için ürün sayfalarını açabilirsiniz.

 

Yazar hakkında

Bu makale, dağıtım, güç ve yenilenebilir enerji projeleri üzerine çalışan, faydalı kuruluşlar, veri merkezleri, endüstriyel tesisler ve altyapı müşterileri için dünya çapında hizmet veren bir transformatör üreticisi olan Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) uygulama mühendisliği ekibi tarafından hazırlanmıştır. Mühendislerimiz, Danyang test laboratuvarımızdan geçen aynı tasarımlarda aşırı gerilim koruyucusu seçimi, yalıtım koordinasyonu ve topraklama detaylarını belirtir. Belirli bir projede MCOV seçimi veya koruma payı ile ilgili sorularınız varsa [email protected] adresine yazınız.