155874. lajstromszámú szabadalom • Védőelrendezés villamos tekercselt berendezés - különösen transzformátor - menetszigeteléseinek túlfeszültség elleni védelmére
3 155874 4 Ezek a módszerek azonban csak bizonyos hálózati adottságok mellett alkalmazhatók, továbbá gazdaságos alkalmazásuk gyakran védetlen szakaszokat eredményez, tehát úgynevezett „katasztrófa zóna" keletkezik és ha ezen belül történik a villámcsapás, a sérülés valószínű. A külső védelmi elrendezések, — még koncentrált elemek esetében is — külön-külön főszigetelést — földhöz képesti szigetélést — tesznek szükségessé. A több helyen szükséges főszigetelés újabb hibaforrás és jelentős költséget, valamint járulékos helyigényt jelent. A találmány tárgyát képező megoldás a menetszígetelések védelméről olyan, a tekercselt villamos berendezésen belüli eszközökkel gondoskodik, amelyek a berendezés tekercselési és szigetelési módjától függetlenül alkalmazhatók, már meglevő berendezéshez is illeszthetők, emellett ugyanakkor elválaszthatatlan egységet képeznek a védett berendezéssel, így külön szabadtéri szigetelést nem igényelnek. " A találmány szerinti megoldás a következő meggondoláson alapul. Szükséges, hogy az üzemi feszültség gyakorlatilag teljes értékében jelentkezzék a védendő berendezés kapcsain, ugyanakkor ki kell küszöbölni a túlfeszültségnek, a menetszigetelésekre gyakorolt káros hatását. A menetszigetelések túlfeszültség igénybevétele csökkenthető azáltal, hogy a védendő berendezés tekercselését egy feszültségosztó kisebb feszültségű kapcsaira csatlakoztatjuk. Ehhez azonban olyan speciális feszültségosztó szükséges, amely a menetszigetelést veszélyeztető feszültségeket nagymértékben leosztja, alsó tagján viszont az üzemi feszültség gyakorlatilag teljes értékével megjelenik. Az ilyen feszültségosztó megvalósítására módot ad az a tény, hogy a melletszigetelésekre a túlfeszültségeknek az üzemi frekvenciánál nagyságrendekkel nagyobb frekvenciájú összetevői a veszélyesek. Ha tehát olyan, erősen frekvenciafüggő, , kapacitív és induktív tagokból álló feszültségosztót képezünk ki, amely a menetszigetelésekre veszélyes nagyfrekvenciás összetevőkre nézve nagy osztási arányú osztóként, az üzemi periódusú feszültségekre nézve pedig közel 1:1 osztási arányú osztóként viselkedik, akkor az alsó taghoz kapcsolt, vagy esetleg annak részét képező tekercselés menetszigetelésének védelmét megoldottuk anélkül, hogy ez a védelem a berendezés üzemi viselkedését károsan befolyásolná. Á, feszültségosztó elvi kapcsolása az 1. ábrán látható. Az osztó felső tagját az Lx induktivitású tekercs induktivitása és a műszaki kényszerűségből szükségképpen velejáró d soros kapacitás, az alsó tagot pedig C% kapacitás képezi. A hatásosság érdekében a feszültségosztó tagjait úgy kejl kivitelezni, hogy Ci kapacitás minél kisebb legyen, valamint,.hogy a menetszigetelésekre veszélyes frekvenciasávban a kapott Üm : U2 vagyis (üi + U2 ) : U2 feszültség osztási arány U2 feszültség nagyságát a kellő értékre csökkentse, továbbá, hogy az üzemi frekvenciatartományban az osztót terhelő, a védendő tekercselést jelképező Z2 impedancia figyelembe vétele mellett is Ux feszültség értéke az U 2 feszültséghez viszonyítva gyakorlatilag elhanyagolható legyen. Gyakorlati szempontok figyelembevételével végzett számítások és mérések szerint, Ci kapacitás gyakorlatilag megvalósítható minimális értéke mellett az I^ induktivitás és C2 kapacitás (kondenzátor) minimálisan szükséges értékei olyan méretekkel valósíthatók meg, hogy az osztó tagjai a találmány értelmében a berendezés külső méreteinek növelése nélkül, a berendezés csatlakozó kapcsain belül elhelyezhetők. Az ilyen elhelyezés azzal az előnnyel jár, hogy a védendő berendezés főszigetelése egyúttal — legalább részben — sz osztó tagjainak főszigeteléseként szolgálhat. A találmány szerinti megoldásnál teljesen elmarad a védetlen szakasz, tehát még szikraköz jellegű túlfeszültséglevezetők alkalmazásakor sincs katasztrófazóna. A gyakorlati kivitelezésnél az áramút figyelembevételével célszerű az osztó felső tagját képező hí induktivitású tekercset a. védendő berendezés bevezető szigetelőinek belsejében a C2 kapacitású kondenzátort, illetve kondenzátorokat pedig ugyanezen szigetelőtest alsó részében vagy az alsó része körül elhelyezni. Annak, érdekében, hogy a szükséges 1^ induktivitás értéket kellő szigetelés mellett minimális ohmos ellenállással és méretekkel érhessük él, előnyös a tekercs induktivitását nagyfrekvencián is hatásos vasmaggal {pl. ferrittel) növelni. A túlfeszültségvédelmi szempontból szükséges kapacitás értékek hagyományos olaj-papír dielektrikummal is megoldhatók. Nagy dielektromos állandójú dielektromos {pl. keramikus) anyag alkalmazásával a C2 kapacitású kondenzátor helyigénye csökkenthető. A feszültségosztó kapacitív tagja — amellett, hogy a túlfeszültségvédelmet hatékonyabbá teszi — a tekercselt villamos berendezések üzem közbeni mágnesező teljesítményét legalább részben, de előnyösen teljesen kompenzálhajta és ezzel a hálózat meddő teljesítmény igénye, és következésként a hálózati veszteség csökken. A védelemhez szükséges kapacitás és induktivitás értekének meghatározásánál a tekercselt villamosberendezés földhöz képest levő szigetelésére a megengedett legnagyobb Usz lökésfeszültségből (szigetelési szintből), a védelmi eszköz feszültség-idő jelleggörbéjéből (V-sec karakterisztikából) és a légköri eredetű túlfeszültség hullám várható homlokmeredekségéből kell kiindulni. Ezen kiindulási adatok birtokában, a C2 kapacitás és -L^ induktivitás szükséges legkisebb értéke modellméréssel vagy számítással meghatározható, - ,, ••, .•••.-,. Példaként a számítás • • egyik egyszerűsített módját mutatjuk be, ahol a védőeszköz helyén 10 IC 10 25 SO 35 40 45 50 55 60 2
