Защита трансформатора от перенапряжений
2 месяца назад
3 мин.
0
Защита трансформатора от перенапряжений: виды, устройства и схема применения
Защита силового трансформатора от перенапряжений предотвращает пробой изоляции обмоток и вводов при грозовых и коммутационных воздействиях. В статье рассмотрены виды перенапряжений, выбор и установка ограничителей перенапряжений, координация изоляции и типовые ошибки, из-за которых трансформаторы повреждаются даже при наличии защиты.
Что такое перенапряжение и чем оно опасно для трансформатора
Перенапряжение — это превышение рабочего напряжения сети выше допустимого уровня по амплитуде и/или длительности. Для трансформатора это критично, потому что изоляция обмоток и вводов рассчитана на определённые импульсные и длительные напряжения. При превышении предельных уровней возникают:
- частичные разряды в изоляции;
- пробой межобмоточной или межвитковой изоляции;
- пробой вводов;
- термическое и электрическое разрушение изоляционной системы с развитием внутренней аварии.
Основные виды перенапряжений в сетях трансформатора
Грозовые перенапряжения
Возникают при ударе молнии в линию или рядом с ней. Характеристика — очень крутой фронт импульса и высокая амплитуда. Основная зона риска: вводы трансформатора и первые витки обмоток со стороны линии.
Коммутационные перенапряжения
Возникают при переключениях выключателей, отключении и включении линий, трансформаторов, реакторов, батарей конденсаторов. Отличие от грозовых — обычно меньшая крутизна фронта, но возможна значительная энергия и повторяемость.
Длительные перенапряжения
Связаны с режимами сети: однофазное замыкание на землю в определённых схемах заземления нейтрали, резонансные явления, неправильные режимы компенсации реактивной мощности. Они опасны тем, что нагружают ограничители перенапряжений по теплу и могут вызвать их перегрев.
Какие устройства применяют для защиты трансформатора от перенапряжений
Ограничитель перенапряжений на основе металлооксидных варисторов
Основное устройство защиты трансформатора в современных сетях. Ограничитель перенапряжений устанавливается параллельно защищаемому оборудованию и при превышении напряжения резко снижает сопротивление, отводя импульсный ток в землю и ограничивая уровень напряжения на вводах трансформатора.
Ключевые преимущества:
- высокая скорость срабатывания;
- способность ограничивать как грозовые, так и коммутационные перенапряжения;
- отсутствие искровых промежутков в конструкции (для большинства применений).
Разрядники искрового типа
Используются в отдельных схемах и на некоторых объектах, но в большинстве случаев вытеснены ограничителями перенапряжений на варисторах. Их применение требует более тщательной координации и обслуживания, поскольку искровые элементы имеют особенности по пробою и восстановлению.
Где устанавливают ограничители перенапряжений на трансформаторе
Из правил эксплуатационной практики: ограничитель должен быть установлен максимально близко к вводам трансформатора, чтобы минимизировать остаточное перенапряжение на обмотках из-за индуктивности соединительных проводников.
Основные точки установки:
- на стороне высокого напряжения у вводов трансформатора;
- на стороне среднего напряжения (для трёхобмоточных схем);
- на стороне низшего напряжения — при необходимости защиты оборудования низковольтной сети и если анализ перенапряжений это подтверждает.
Критический момент: длинные соединения между ограничителем и вводом уменьшают эффективность защиты из-за дополнительных индуктивных падений напряжения на импульсном токе.
Координация изоляции и выбор параметров защиты
Защита от перенапряжений подбирается не «по номинальному напряжению», а по совокупности критериев:
- соответствие длительно допустимому рабочему напряжению сети;
- способность выдерживать ожидаемые импульсные токи;
- уровень ограничиваемого напряжения должен быть ниже выдерживаемой импульсной прочности вводов и обмоток;
- соответствие категории перенапряжений и схеме заземления нейтрали.
Смысл координации изоляции: ограничитель перенапряжений должен «срезать» импульс на уровне, который безопасен для наиболее уязвимых элементов — вводов и первых витков обмоток.
Защита от перенапряжений и заземление: критическая связь
Эффективность ограничителя перенапряжений определяется качеством пути тока в землю. Поэтому для защиты трансформатора обязательно:
- низкое сопротивление заземляющего устройства подстанции;
- короткие и прямые заземляющие соединения ограничителей;
- исключение петель и длинных проводников, создающих индуктивность.
Плохое заземление часто приводит к тому, что ограничитель формально установлен, но фактически не снижает перенапряжение до безопасного уровня.
Типовые ошибки при защите трансформатора от перенапряжений
- установка ограничителя перенапряжений далеко от вводов;
- неправильный выбор по параметрам длительного напряжения и энергоёмкости;
- отсутствие контроля состояния ограничителя и его отключающих устройств;
- недостаточное качество заземления;
- отсутствие координации с защитой линии и коммутационными режимами.
Проверка и диагностика защиты от перенапряжений
В эксплуатации обычно применяют:
- визуальный контроль состояния корпуса и выводов ограничителя;
- контроль токов утечки и признаков деградации (в зависимости от типа оборудования);
- проверку заземляющих соединений и контактных сопротивлений;
- анализ аварийных отключений после грозовых воздействий и коммутаций.
Итог: как правильно организовать защиту трансформатора от перенапряжений
Технически корректная защита трансформатора от перенапряжений включает:
- установку ограничителей перенапряжений у вводов трансформатора;
- правильный выбор параметров по рабочему напряжению, импульсным токам и уровню ограничения;
- качественное заземление и минимальную длину соединений;
- контроль состояния ограничителей в эксплуатации.