Това е един от онези въпроси, при които общият отговор често е твърде опростен - а понякога просто грешен. Имах клиенти да приемат, че заземителният трансформатор е като гръмоотвод, нещо, което привлича ударите и ги изпраща безопасно към земята. Не става така. Нека изясним какво всъщност прави заземителният трансформатор, когато удари мълния, и какво не прави.
Първо, какво всъщност прави светкавицата на системата
Когато мълния удари електропровод или близо до подстанция, тя инжектира огромен токов импулс в електрическата система. Този ток нараства за микросекунди и може да достигне десетки хиляди ампера. Напрежението в точката на удара се опитва да се повиши до нивото, което е необходимо, за да прокара този ток някъде.
Вредата идва от това напрежение. Изолацията се разпада. Дъгите възникват през хлабините, които трябваше да са безопасни. Свързаното оборудване изпитва напрежения, с които никога не е било проектирано да се справя.
Решението не е да спрете мълнията - не можете. Това е да се контролира къде отива енергията и да се ограничи напрежението, което се получава.
Какво всъщност представлява заземителният трансформатор
Заземителен трансформатор- понякога наричан заземяващ трансформатор - не е устройство за мълниезащита по начина, по който е разрядникът. Неговата задача е да създаде неутрална точка в система, която естествено няма такава, обикновено свързана с триъгълник система или незаземена звезда.
Тази неутрална точка се свързва със земята или директно, или чрез импеданс. Това, което прави, е да осигури определен път за токове с нулева последователност - от вида, който протича, когато имате заземяване.
Без заземителен трансформатор, повреда фаза-земя на триъгълна система няма обратен път с нисък импеданс. Токът на повреда е ограничен от капацитета на системата, което означава, че е малък, но напрежението на фазите без повреда се повишава до нива от линия до линия или по-високи. Това е лошо за изолацията и затруднява откриването на грешки.
Със заземителен трансформатор, заземяването се превръща в събитие с нисък импеданс със значителен ток. Защитните релета го виждат, прекъсвачите се отварят и повредата се изчиства, преди повредата да се разпространи.
Където светкавицата влиза в картината
Ето къде идва връзката с мълнията и откъде обикновено започва недоразумението.
Когато мълния удари фазов проводник, тя създава огромен токов удар. Този ток трябва да отиде някъде. Ако системата има ефективен път за заземяване - през заземителен трансформатор - пренапрежението може да премине към земята по контролиран начин. Трансформаторът осигурява път с нисък импеданс за компонента с нулева последователност на тока на мълнията.
Но - и това е критично - заземителният трансформатор не прави това сам. Работи съвместно с ограничители на пренапрежение.
Разрядниците захващат напрежението на безопасно ниво чрез провеждане, когато напрежението надвиши прага. След това токът протича през разрядниците, в заземената система и през заземителния трансформатор към заземителната мрежа на станцията. Импедансът на трансформатора, комбиниран със съпротивлението на земната мрежа, определя колко напрежение остава по време на пренапрежението.
Какво всъщност допринася заземителният трансформатор
Определен път.Без неутрален еталон, токът на мълния трябва да намери своя собствен път към земята през изолацията, през кабелните обвивки, през всеки път, който предлага най-малко съпротивление. Тези пътища не са предназначени за това. Резултати от щети. Заземителният трансформатор осигурява проектиран път.
Стабилизация на напрежението.След преминаване на първоначалния скок системното напрежение се опитва да се възстанови. Връзката на заземяващия трансформатор със земята помага за повторното установяване на стабилна неутрална референция, намалявайки риска от последващи повреди или повторни задействания.
Координация на защитата.Защитните релета се нуждаят от ток на повреда, за да работят. Прекъсване, предизвикано от мълния, което се превръща в повреда, свързана с захранване, ще бъде изчистено по-бързо, ако заземителният трансформатор осигури подходяща величина на тока на повреда. По-бързото изчистване означава по-малко енергия, освободена в оборудването.
Какво не прави
Заземителният трансформатор не привлича мълния. Той не абсорбира енергията на мълнията по някакъв значителен начин. Не замества ограничителите на пренапрежение.
Виждал съм спецификации, изискващи заземителен трансформатор за "защита от мълния", сякаш това е самостоятелно решение. Не става така. Разрядниците ограничават напрежението. Заземителният трансформатор осигурява еталон и път. И двете са необходими.
Видове заземяващи трансформатори и тяхната роля в ефективността на пренапрежението
Зигзагообразни трансформаториса най-често срещаните за приложения за заземяване. Те предлагат нисък импеданс към токове с нулева последователност - точно това, което искате за ток на повреда и дренаж от мълния - като същевременно представят висок импеданс към токове с положителна и отрицателна последователност.
Wye-delta трансформаториможе да служи и катозаземителни трансформатори. Триъгълната намотка осигурява път за циркулация на токове с нулева последователност, като ефективно създава неутрална референция. При светкавични събития делта намотката може да помогне за разпределянето на енергията от пренапрежение между фазите, намалявайки напрежението във всяка отделна точка.
Изборът между тях зависи от системното напрежение, наличния ток на повреда и философията на защитата. За производителност при мълния и двете могат да работят, ако са правилно координирани с разрядниците.
Инсталирането е от значение - Заземяването на мрежата
Един заземяващ трансформатор е толкова добър, колкото и връзката му със земята. Неутралната точка трябва да се свърже към заземителна мрежа с ниско съпротивление. Ако съпротивлението на заземителната мрежа е високо, токът на мълния, протичащ през нея, създава повишаване на напрежението, което проваля целта.
Тук виждам проблеми в областта. Клиент инсталира заземителен трансформатор, заземява го към един прът и очаква мълниезащита. След това се случва стачка, напрежението в неутралата на трансформатора се повишава до киловолта и оборудването се поврежда. Трансформаторът свърши работата си; заземителната система не го направи.
Нулевата връзка на заземяващия трансформатор трябва да върви към заземителната мрежа на станцията, с множество пръти, заровени проводници и ниско общо съпротивление. Това не подлежи на обсъждане.
Съображения за поддръжка
Заземяващ трансформатор, който не работи през по-голямата част от времето, носейки само небалансиран ток и случаен ток на повреда, е лесно да се пренебрегне. За да работи мълниезащитата, когато е необходимо, трансформаторът трябва да е в добро състояние.
Тестовете за съпротивление на изолацията потвърждават, че намотките не са се влошили. Тестовете за съпротивление на заземителната мрежа потвърждават, че връзката със земята не се е влошила. Инспекциите на връзките улавят разхлабените клеми, преди да станат точки с висок импеданс.
Предоставяме насоки за поддръжка с всеки заземителен трансформатор, съобразени с очакваното натоварване и среда. За райони, предразположени към мълнии, по-чести проверки са оправдани.
Какво казвам на клиентите за мълниезащитата
Ако се притеснявате от мълния, ето какво ви трябва:
Първо, ограничители на пренапрежение във всяка входна точка на линията, правилно оразмерени и координирани.
Второ, система за заземяване с нисък импеданс - решетка, пръти и връзки, проектирани за наличния ток на повреда и условията на почвата.
Трето, заземителен трансформатор, ако вашата система се нуждае от неутрална референция, за да накара първите две да работят ефективно.
Заземителният трансформаторе активаторът. Той позволява на разрядниците да си вършат работата и осигурява път на тока на мълнията, който не унищожава оборудването. Но това е част от система, а не самостоятелно решение.
Ако проектирате система за мълниезащита и се чудите дали заземителен трансформатор е подходящ, ще се радвам да ви обясня подробностите. Правилният отговор зависи от конфигурацията на вашата система, почвените условия и приемливото ниво на риск.
Референции
- IEEE Std 80, Ръководство на IEEE за безопасност при заземяване на променливотокови подстанции.
- IEEE Std C62.22, IEEE Ръководство за прилагане на металооксидни ограничители на пренапрежение за системи с променлив ток.
- IEC 60076-6, Силови трансформатори – Част 6: Реактори (включва заземителни трансформатори).
