변압기 과전압 현상 및 보호 조치

UHV 및 신에너지 그리드 연결과 같은 기술의 급속한 발전으로 인해 변압기-송전 및 전압 변환을 위한 핵심 장비-는 전력망의 신뢰성과 전원 공급 장치의 품질에 매우 중요합니다. 그러나 변압기는 작동 중 과전압 위험에 자주 직면합니다. 작동 전압이 최대 허용 작동 전압을 초과하면 과전압 현상이 발생합니다. 이러한 과도 전압 이상 현상은 변압기 절연의 노화를 가속화할 뿐만 아니라 절연 파괴를 직접적으로 유발하여 장비 고장이나 심지어 그리드 사고까지 초래할 수 있습니다. 과전압 발생 메커니즘에 대한 철저한 분석과 목표 보호 조치의 구현은 변압기의 안전한 작동을 보장하는 데 필수적입니다.

 

 

 

 

전력 시스템의 과전압은 기간과 원인에 따라 세 가지 주요 유형으로 분류됩니다.일시적인 과전압, 스위칭 과전압, 그리고대기 과전압 (번개 과전압), 각각은 뚜렷한 유발 시나리오와 위험 특성을 가지고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

(1) 스위칭 과전압: 전자기 에너지의 과도 진동

전력망에서 가장 일반적인 시나리오인-스텝-다운 변압기-의 무부하 스위칭을 예로 들면-2차측-커패시턴스는 변환 시 1차측에 최소한의 영향을 미치므로 무시할 수 있습니다. 1차 권선의라인-대-접지 용량()그리고인터턴 커패시턴스 ()핵심 매개변수가 됩니다. 부터전력 변압기에서 턴간 커패시턴스의 효과는 정성 분석을 위해 더욱 단순화될 수 있습니다.

무{0}}부하 변압기가 꺼졌을 때 무{1}}전류가 0이 아닌 경우-1차 인덕턴스에 저장된 자기장 에너지 () 및 저장된 전기장 에너지 ()는 다음과 같이 형성된 병렬 회로에서 진동합니다.그리고. 수백에서 수천Hz의 주파수를 가지며 몇 번의 전력-주파수 주기만 지속되는 이 진동은 전류가 0에 도달할 때 자기장 에너지를 전계 에너지로 완전히 변환하여 커패시터 전압을 최대로 높이고 스위칭 과전압을 유발합니다. 더 높은 권선 인덕턴스와 더 낮은 라인-대-접지 정전 용량은 과전압 진폭을 증가시키며, 이는 스위칭 과전압이 일반적으로 정격 전압의 4.5배를 초과하지 않는 이유를 설명합니다.

 

(2) 대기 과전압: 번개파의 급격한 침입

번개파는 가파른 파면(1~4μs)과 고주파수(100kHz 이상)를 가지며, 파면 가파른 정도는 최대 500kV/μs입니다. 이렇게 빠르게 변하는 전압은 권선에 상당한 변위 전류를 생성합니다. 번개파가 변압기 단자에 전파되면 고주파-주파수, 고{7}}전압 신호로 작용합니다. 고주파수에서 권선 유도 리액턴스용량 성 리액턴스가 크게 증가하는 동안급격하게 감소하므로 전류는 주로 인터턴과 라인-대-접지 용량을 통해 흐릅니다.

저전압 권선이 코어에 가깝기 때문에-큰 라인의 -접지 용량은 단락 회로에 가까워 효과적으로 접지됩니다. 권선을 따라 번개 파의 전압 분포는 다음 비율에 의해 결정됩니다.에게: 들어오는 단자 근처의 턴 간 커패시턴스는 션팅으로 인해 더 많은 전류를 전달하여 처음 몇 턴에서 정격 값의 수백 배에 달하는 전압을 경험할 수 있는 극단적인 전압 구배를 생성합니다. 이러한 불균등한 전압 분포는 인터턴 절연 파괴의 주요 원인입니다.

 

(3) 일시적인 과전압: 꾸준한-상태 교란 하에서 에너지 축적 및 진동

일시적인 과전압은 정상 상태-전력망 교란으로 인해 발생하며 다음과 같은 세 가지 일반적인 시나리오가 있습니다.

• 전력-주파수 과전압: 단상 지락, 부하 거부 또는 회선 충전으로 인해 발생합니다.- 효과적으로 접지된 시스템에서는 단상 오류가 발생하는 동안 정상적인 위상 전압이 라인 전압 수준으로 상승합니다. 갑작스런 부하 거부는 발전기 속도와 조정되지 않은 여자 전류를 증가시켜 버스 전압을 몇 초 동안 정격 값의 1.5~1.8배까지 높입니다.
• 공진 과전압: 결함이나 작동으로 인해 인덕턴스와 커패시턴스가 공진 회로를 형성하여 전기-자기 에너지 변환을 트리거할 때 발생합니다. 비선형 변압기 인덕턴스에 의해 구동되는 강자성 공진은 정격 값의 최대 2~3배에 달하는 주파수 드리프트와 전압 진폭을 유발합니다.
• 아크 접지 과전압: 접지되지 않은 시스템에서 단상 오류가 발생하는 동안 간헐적인 아크 소멸/재점화로 인해 발생하며 전자기 진동을 유발합니다.- 아크 소멸은 용량성 에너지를 인덕턴스로 방출하는 반면 재점화는 에너지 축적을 증폭시켜 정격 전압의 2.5~3배에 달하는 과전압을 발생시킵니다.

 

 

 

 

 

변압기 안전을 보장하기 위해 외부 직접 낙뢰 보호, 내부 권선 보호 및 특수 보완 조치를 결합하여 과전압 위험 및 메커니즘을 해결하기 위해 성숙한 보호 시스템이 개발되었습니다.

 

(2) 어레스터 보호: 코어 보호 수단

그리드 어레스터는 주로틈새가 없는 금속 산화물 피뢰기(MOA)그리고갭 밸브-형 어레스터, 공유 선택 원칙에 따라 피뢰기 정격 전압은 설치 현장의 임시 과전압보다 낮아서는 안 되며, 중성점 피뢰기 정격 전압은 변압기의 최대 상 전압보다 낮아서는 안 됩니다.

• 정격 전압이 너무 낮은 경우: 갭 피뢰기는 단상 오류 중에 아크를 소멸하지 못하여-폭발을 일으킬 수 있습니다. MOA는 과도한 에너지 흡수로 인해 저하됩니다.
• 정격전압이 너무 높을 경우 : 임펄스 방전전압 및 잔류전압이 증가하여 보호효과가 저하됩니다.

갭 밸브-형 어레스터는 큰 낙뢰 전류에서 높은 전도성(낮은 잔류 전압 유지)을 나타내고 정상 전압(전력-주파수 추종 전류 제한)에서 낮은 전도성을 나타내는 비선형 밸브 디스크를 사용합니다. 산화아연 밸브 디스크를 활용하는 갭리스 MOA는 갭 없이 속류를 억제하여 빠른 응답, 낮은 잔류 전압 및 높은 전류 용량을 제공하므로-변압기 보호를 위한 주류 선택입니다.

GB311.1-1997에 따르면고전압 전송 및 배전 장비에 대한 절연 조정, 6kV 변압기는 낙뢰 충격 내전압이 60kV이고, 10kV 변압기는 75kV입니다. 6kV 시스템의 경우 YH5WS-10/30 MOA의 잔류 전압은 30kV 이하이며 절연 조정 계수를 제공합니다.. 10kV 시스템의 경우 YH5WS-17/50 MOA는 다음을 산출합니다., 안전 중복 요구 사항을 충족합니다.절연 유형, 과전압 분포 및 환경 노화를 고려하여 일반적으로 낙뢰 임펄스의 경우 1.4 이상, 스위칭 임펄스의 경우 1.15 이상입니다.

 

 

 

 

(3) 강화된 절연성: 보충적 보호

중소형 변압기(35kV 이하)의 경우 절연 강화는 주요 보완 조치입니다. 즉, 고전압 권선 절연을 두껍게 하고 전압 구배를 견딜 수 있도록 입력/단자 회전에서 회전 간 절연을 강화하는 것입니다. 그러나 절연체가 두꺼워지면 열 발산이 저해되고 턴 간 정전용량이 감소하여 잠재적으로 전압 구배가 증가하므로-저전압, 비용-민감한 시나리오에만 적합합니다.

 

(4) 인터턴 커패시턴스 증가: 최적화된 전압 분배

더 높은 턴간 용량전압 분포 균일성을 향상시킵니다.상대적인전압 변화도와 과전압 위험을 줄입니다. 인터리브 권선 및 커패시터 스크린과 같은 기술은 특히 산간 변전소나 풍력 발전소 승압 발전소와 같이 낙뢰가 발생하기 쉬운-지역에서 사용됩니다.-

 

(5) 중성-점 과전압 보호

단일 전원을 사용하는 낙뢰 위험 지역에 있는 변전소의 경우-3상 낙뢰 파 침입이 일반적이므로 집중적인 중성점 보호가-필요합니다. 기본 솔루션은중립-포인트 MOA, 빠른 응답, 낮은 잔류 전압 및 높은 전류 용량으로 낙뢰 및 스위칭 과전압으로부터 보호합니다. 광둥, 광시 등 낙뢰가 발생하기 쉬운 지역에서는-중립{2}}MOA 설치율이 90%를 넘습니다. 높은 정격 전압으로 설계되어 작은 중성점- 이동 중에도 안정적인 상태를 유지하고 단상- 오류가 발생하는 동안 1x 전력-주파수 위상 전압을 견딜 수 있습니다.

극단적인 중성점-점 이동(전력-주파수 위상 전압의 2배 이상인 과전압)의 경우 병렬 "어레스터 + 수평 로드 갭" 방식이 사용됩니다. 어레스터는 낙뢰/스위칭 과전압을 처리하는 반면 갭은 어레스터의 고주파 전력-주파수 과전압을 제한하여 상호 보호 메커니즘을 생성합니다.

 

(6) 다권선 변압기에 대한 특수 보호-

세 가지{0}}권선 변압기(고전압, 중전압, 저전압)는 특히 저전압 권선이 열려 있는 경우 정전기 유도 과전압 위험에 직면합니다.- 고{3}}전압 측의 낙뢰 파동은 정전기 결합 및 전자기 유도를 통해 저전압 권선으로 전달되며, 접지에 대한 낮은 정전 용량은 정전기 전압을 높여 절연을 위협합니다. 저전압 권선 콘센트의 피뢰기는 침입하는 과전압을 직접적으로 억제합니다.

또한 비대칭 오류 또는 차단기 오작동으로 인한 제로-시퀀스 전압은 용량성 결합을 통해 저전압 권선으로 전환됩니다. 이를 완화하기 위해 높은-동기 차단기를 사용하고 3개의 Y-연결 커패시터를 저전압 버스 브리지에 설치하여 접지에 대한 커패시턴스를 높이고 과전압 에너지를 흡수하며 진폭/경사를 줄입니다.

 

(7) 저-전압 시스템 조정 보호

긴 저-전압 급전선은 낙뢰에 취약합니다. 부딪히면 번개 전류가 유도됩니다.역변환 과전압고{0}}전압 권선(정격 전압의 2~3배)에서는 전자기 유도를 통해 절연이 위협됩니다. 낮은-전압 측 MOA는 낮은-전압 권선에서 임펄스 자속을 억제하여 과전압 전송을 차단합니다. Y/Zn11 연결 그룹이 있는 변압기는 본질적으로 역변환 과전압을 억제하여 저-전압 어레스터와 함께 사용할 때 향상된 보호 기능을 제공합니다.

 

(8) 기타 전문적인 보호조치

특정 과전압 시나리오의 경우 보충 조치에는 다음이 포함됩니다.

1. 아크 억제 코일: 아크 접지 과전압 억제

비접지 또는 아크 억제 코일-접지 배전 시스템에서 아크 억제 코일은 단상 오류 중 용량성 전류를 보상하여- 오류 전류를 최소화하고 간헐적인 아크 재점화를 방지합니다. 자동-튜닝 코일은 실시간-시간 용량성 전류 변화를 추적하여 아크 접지 과전압을 정격 전압의 2배 이하로 제한합니다.

2. 리액터: 스위칭 및 전력-주파수 과전압 제한

직렬 반응기: 회로 인덕턴스를 높여 전류 변화율을 줄여 변압기 돌입 전류와 스위칭 과전압을 억제합니다. 예를 들어, 대형 변압기의 저-전압 측에 있는 직렬 리액터는 돌입 전류를 정격 전류의 2~3배로 제한합니다.

션트 리액터: 긴 고전압 전송 라인에서 용량성 무효 전력을 흡수하여 라인 충전 효과로 인한 전력-주파수 과전압을 줄입니다. 500kV 라인에서 션트 리액터는 과전압을 정격 전압의 1.3배 이하로 제한하여 간접적으로 변압기를 보호합니다.

3. 접지 시스템 최적화: 접지 전위 상승 감소

최적화된 접지 그리드(예: 구리- 피복 강철 전극, 추가 접지 극)는 변전소 접지 저항을 0.5Ω 이하로 줄여 낙뢰 시 접지 전위 상승을 최소화하고 역습을 방지합니다. 번개-가 발생하기 쉬운 지역에서는 "독립 접지 + 등전위 본딩"을 통해 접지 전위차를 더욱 줄일 수 있습니다.

4. 배리스터 및 서지 보호기(SPD): 저-전압 종단 보호

저전압 급전 콘센트의 배리스터(MOV) 또는 SPD는 유도 낙뢰 및 스위칭 과전압을 억제하여 역변환 과전압을 방지합니다. 이 장치는 나노초 응답과 낮은 잔류 전압을 제공하므로 저-전압 배전 시스템 종단 보호에 이상적입니다.

 

 

 

 

 

 

이 목록은 핵심 논리에 따라 전압 레벨과 시나리오 전반에 걸쳐 과전압 보호 요구 사항을 다룹니다.직접 낙뢰 보호 + 코어 전압 제한 + 특수 억제 + 시스템 조정. 이는 SCOTECH 변압기 설계 기능과 일치하며 프로젝트 설계, 고객 기술 참여 및 제품 선택에 직접 사용할 수 있도록 보호 조치와 맞춤형 솔루션을 일치시킵니다.

 

응용 시나리오	핵심 작동 조건	핵심 보호 ​​조치	SCOTECH 맞춤형 적응
실외 변전소/풍력 발전소 스텝업 스테이션- (35kV 이상, 번개가 치기 쉬운-지역/산간 지역)	직접적인 낙뢰 위험이 높습니다. 낙뢰/스위칭 과전압 결합; 중립-점 잠재적 변동 위험	1. 외부 직격뢰 보호 2. 고-전압 측 갭리스 MOA 3. 중립-점 MOA + 로드 갭 평행 보호 4. 권선 용량 분포 최적화	1. 관습인터리브 권선/축전기 스크린전압 분배를 최적화하기 위해 변압기 입력 단자에서; 2. SCOTECH-맞춤형 중성-점 MOA는 변압기 최대 위상 전압과 일치합니다. 3. 전기적 거리로 인한 잔류 전압 상승을 줄이기 위한 제로 거리 피뢰기 설치 인터페이스; 4. 완전한 직접 번개 적용 범위를 위해 피뢰침/와이어와 결합된 접지 그리드 최적화 권장 사항
도시 배전 변전소 (10/6kV, 도시 핵심지역, 빈번한 부하전환)	빈번한 전환 작업; 반복되는 스위칭 과전압; 직접적인 번개는 없으나 유도된 번개 위험; 낮은 공명 위험	1. 고-전압 측 갭 밸브-형/MOA 어레스터 2. 돌입 전류 제한을 위한 직렬 리액터 3. 저-전압 측 서지 보호기(SPD) 4. 유입 단자 절연 강화	1. 두꺼운 층간/지반 단열재스위칭 과전압 피로를 방지하기 위해 고전압 권선 입력 단자에서{0}} 2. 맞춤형 저전압 보호 구성요소를 지원하는 저전압 리액터/SPD용 사전-통합 인터페이스- 3. 빈번한 스위칭에서 공진 확률을 줄이기 위해 최적화된 변압기 여자 인덕턴스
농촌 배전 변압기 (10/6kV, 원격 낙뢰-취약 지역, 빈번한 단상 오류-)	높은 직접/유도 낙뢰 위험; 상당한 아크 접지 과전압; 긴 시골선, 높은 역변환 과전압 위험	1. 극-장착 어레스터 + 저-전압 측 MOA 2. 아크 억제 코일을 통한 중성-점 접지 3. 저-전압측 SPD 서지 보호 4. 역변환 과전압 억제	1. 홍보Y/Zn11 연결 그룹 변압기역변환 과전압을 본질적으로 억제하고; 2. 표준 저-전압 MOA 인터페이스, 저전압 SPD와 직접 호환 가능- 3. 자동-조정 아크 억제 코일을 지원하기 위해 최적화된 중성-점 절연; 4. 극-장착 변압기용 제로-거리 피뢰기 장착 브래킷
산업 플랜트 전용 변압기 (10/35kV, 다-권선, 높은 부하 변동)	다권선 정전기 유도 과전압- 부하 스위칭으로 인한 과전압 스위칭; 제로-시퀀스 전압 커플링 위험; 저-전압 역변환 과전압	1. 각 권선에 대한 독립 어레스터 2. 과전압 흡수를 위한 저-전압 측 션트 커패시터 3. 돌입/과전압 제한을 위한 직렬 리액터 4. 적층형 단열보강	1. 독립보강절연각 권선에 대해: 고-전압 측에서 최적화된 정전용량 분포, 저전압 측에서 두꺼운 접지 절연- 2. 제로-시퀀스 과전압을 흡수하기 위해 저-전압 버스 브리지에 3개의 Y-연결 커패시터용 사전 설치된 인터페이스; 3. 부하 변동-으로 인한 돌입 전류에 맞춰 맞춤 제작된 맞춤형 시리즈 리액터; 4. 다중-권선 전압 레벨에 대한 피뢰기 선택 매칭 테이블
장거리-거리 전송 변압기 (110kV 이상, 송전선 50km 이상)	라인 충전으로 인한 전력{0}}주파수 과전압; 라인 스위칭으로 인한 상당한 스위칭 과전압; 가파른 번개파 전파	1. 고전압 측의 고용량-MOA- 2. 용량성 무효 전력 흡수를 위한 라인-측 션트 리액터 3. 번개파 경사도 억제 4. 변압기 절연등급 강화	1. 관습높은 번개 충격 저항 변압기장거리-번개파 경사도에 맞춰 조정되었습니다. 2. 라인 리액터와의 공진을 줄이기 위해 변압기 여자 특성을 최적화했습니다. 3. 고-전압 측의 고전류-용량 MOA, 전력-주파수/스위칭 과전압 문제 해결 4. 파도의 가파름을 줄이기 위해 수신 터미널의 번개 파 완충 구성 요소
소형 변전소/조립식 변전소 (10/6kV, 도시/공원 지역, 공간-제약)	독립적인 직접 번개 보호가 없습니다. 높은 장비 통합, 작은 전기 거리; 유도 낙뢰 + 내부 스위칭 과전압	1. 캐비닛 내부 통합 MOA 2. 배리스터(MOV) 보완보호 3. 들어오는 라인 서지 억제 4. 등전위 본딩 보호	1. 통합 어레스터 장착 위치제로-변압기-어레스터 통합용 2. 내부 스위칭 과전압을 억제하기 위해 -저전압 측 배리스터가 내장되어 있습니다. 3. 캐비닛 내부의 등전위 본딩 설계로 접지 가능성이 있는 반격 위험을 줄입니다. 4. 컴팩트한 공간에 최적화된 권선 출구 구조로 전압 구배 불균일 최소화

 

보충 노트

• 모든 솔루션 지원SCOTECH 변압기와 보호 부품의 통합 매칭, 고객의 2차 선택 및 설치 비용을 절감합니다.
• 극한 조건(예: 심한 뇌우 지역, 높은 고도, 심각한 오염)의 경우 다음과 같은 향상된 옵션이 있습니다.오염 방지 절연 코팅, -고전류 보호 장치, 독립 접지 단자사용할 수 있습니다.