Оптимизация установки распределительных разрядников

Во всем мире эксплуатируется от 200 до 300 миллионов распределительных трансформаторов.Из этого населения несколько сотен тысяч, вероятно, защищены способом, подобным тому, что показано ниже, взятому из однофазной линии распределения в Северной Африке.В этой конфигурации разрядник достаточно хорошо защищает два изолятора наверху опоры, но практически не обеспечивает защиты распределительного трансформатора, расположенного примерно на 5 м ниже.

Как поясняет в этой отредактированной статье для INMR эксперт по разрядникам Джонатан Вудворт, это вызывает сожаление, поскольку этот разрядник, вероятно, был установлен специально для защиты трансформатора, являющегося наиболее ценным элементом опоры.Когда дело доходит до защиты от перенапряжения, длинные провода разрядника являются «врагами» просто из-за присущей им индуктивности.В некоторых случаях, как здесь, они могут даже сделать разрядник почти бесполезным.

Рис. 1: Разрядник, установленный в системе распределения, показывает большую длину провода.

Определение соответствующей длины провода разрядника не всегда очевидно, и лучше заранее понять некоторые общие принципы.Соответствующая длина провода — это часть, по которой импульсный ток поступает в разрядник и выходит из него и проходит параллельно защищаемой изоляции.В примере конфигурации башни, показанной на рис. 1, провод разрядника идет от точек A к B, а провод заземления — от точек C к D. Эти два провода будут отводить импульсный ток в разрядник и выводить из него. электрически параллельно трансформатору.Выводы к трансформатору и от него не имеют значения, так как они не проводят импульсный ток.

Причина, по которой длина выводов так важна, заключается в том, что индуктивность почти полностью зависит от нее и ни от чего больше.Напряжение на проводе (а затем и на трансформаторе) рассчитывается как E = L x di/dt, т. е. произведение индуктивности и скорости изменения тока.Поэтому при быстро нарастающих выбросах напряжение на выводе будет выше, чем при более медленно нарастающих токах.Что касается грозовых перенапряжений, время до пика первого удара обычно составляет от 5 до 10 мкс, а время второго и последующих нарастаний составляет от 0,1 до 2 мкс.

Чтобы продемонстрировать негативное влияние длинных проводов, была разработана модель ATP с использованием конфигурации на фотографии, и было запущено моделирование (T1), показывающее два удара молнии по этой линии — первый в 0 мкс, а второй последовал сразу после в 20 мкс. .Более того, в рамках моделирования для первого импульса тока использовался импульс тока 30 кА, 10 мкс, а для второго — 15 кА, 1 мкс.Это помогает продемонстрировать эффект крутизны помпажа.

Судя по фото, около 5 м кабеля оценивается выше и аналогично около 5 м кабеля ниже разрядника, т.е. проводящего импульсный ток и в то же время параллельно трансформатору.Затем была смоделирована и смоделирована вторая конфигурация (T2) с разрядником, установленным на трансформаторе, но на этот раз с проводом всего 0,3 м выше и ниже разрядника.В обоих случаях был выбран типичный разрядник Uc на 7,2 кВ.На рис. 2 показаны результаты графика напряжения на изоляции трансформатора для обеих конфигураций.

Как видно, красная кривая (длинные выводы T1 и медленный выброс) приводит к пиковому напряжению 50 кВ при 7,5 мкс, в то время как быстрый выброс в конфигурации с длинным выводом развивает пиковое напряжение 281 кВ на трансформаторе через 21 мкс.Во втором моделировании, основанном на коротких проводах разрядника (показан зеленой кривой, T2), можно увидеть, что максимальное напряжение напряжения на трансформаторе во время быстрого перенапряжения составляет всего 38 кВ.Это означает, что существует разница в электрическом напряжении трансформатора примерно на 245 кВ только из-за проводов разрядника.

Рис. 2: Результаты моделирования ATP двухударного грозового перенапряжения на два трансформатора, один из которых защищен разрядниками с длинными проводами, а другой — с короткими проводами.

Этот пример демонстрирует, почему в защите трансформаторов существует четкая тенденция размещать разрядник непосредственно на баке.Единственная проблема в таком монтажном устройстве по сравнению с траверсой башни - это номинал предохранителя в вырезе.Чтобы гарантировать, что разряд молнии не приведет к перегоранию предохранителя в конфигурации, установленной на резервуаре, большинство коммунальных предприятий приняли практику либо увеличения номинала предохранителя на несколько ампер, либо использования плавкого предохранителя с более медленным срабатыванием.При первом решении перегорание мешающего предохранителя больше не будет проблемой в схеме разрядника, установленного на баке.

Как более короткие провода экономят деньги и борются с изменением климата?

Используя простое и недорогое решение, описанное выше, коммунальные службы могут эффективно устанавливать разрядники ближе к трансформатору для достижения максимальной защиты.Основная функция разрядников защиты от перенапряжения — отказ от замены трансформатора, но использование длинных проводов в цепи существенно снижает ценность разрядника.Замена трансформатора, дополнительное время простоя, увеличение производства трансформаторов — все это может быть сведено к минимуму с очевидной экономией, а также с уменьшением выбросов CO2 в тоннах.

Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.