- Ochrona transformatora dla różnych typów transformatorów
- Powszechne rodzaje ochrony transformatora
- Ochrona przed przegrzaniem transformatorów
- Zabezpieczenie nadprądowe w transformatorze
- Zabezpieczenie różnicowe transformatora
- Ograniczona ochrona ziemnozwarciowa
- Przekaźnik Buchholza (detekcja gazu)
- Ochrona przed przepięciem
Transformatory są jednym z najbardziej krytycznych i kosztownych elementów każdego systemu dystrybucji. Jest to zamknięte urządzenie statyczne, zwykle nasączone olejem, dzięki czemu występujące w nim usterki są ograniczone. Jednak efekt rzadkiej usterki może być bardzo niebezpieczny dla transformatora, a długi czas naprawy i wymiany transformatorów jeszcze bardziej pogarsza sytuację. Dlatego ochrona transformatorów mocy staje się bardzo ważna.
Błędy występujące w transformatorze dzielą się głównie na dwa typy, którymi są zwarcia zewnętrzne i zwarcia wewnętrzne, aby uniknąć jakiegokolwiek zagrożenia dla transformatora, zwarcie zewnętrzne jest usuwane przez złożony układ przekaźników w możliwie najkrótszym czasie. Błędy wewnętrzne są oparte głównie na czujnikach i układach pomiarowych. O tych procesach będziemy mówić w dalszej części artykułu. Zanim tam dotrzemy, ważne jest, aby zrozumieć, że istnieje wiele rodzajów transformatorów, aw tym artykule omówimy głównie transformator mocy stosowany w systemach dystrybucyjnych. Możesz również dowiedzieć się o działaniu transformatora mocy, aby zrozumieć jego podstawy.
Podstawowe funkcje zabezpieczające, takie jak ochrona przed przewzbudzeniem i ochrona oparta na temperaturze, mogą rozpoznać warunki, które ostatecznie prowadzą do stanu awarii, ale pełna ochrona transformatora zapewniana przez przekaźniki i przekładniki prądowe jest odpowiednia dla transformatorów w krytycznych zastosowaniach.
Dlatego w tym artykule omówimy najczęstsze zasady stosowane do ochrony transformatorów przed katastrofalnymi awariami.
Ochrona transformatora dla różnych typów transformatorów
System zabezpieczeń zastosowany w transformatorze mocy zależy od kategorii transformatora. Poniższa tabela pokazuje, że
| Kategoria | Ocena transformatora - KVA | |
| 1 faza | 3-fazowy | |
| ja | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5000 |
| III | 1668-10 000 | 5001 - 30 000 |
| IV | > 10.000 | > 30 000 |
- Transformatory o mocy 500 kVA należą do (Kategoria I i II), więc są zabezpieczone bezpiecznikami, ale do ochrony transformatorów do 1000 kVA (transformatory rozdzielcze dla 11 kV i 33 kV) zwykle stosuje się wyłączniki średniego napięcia.
- W przypadku transformatorów o mocy 10 MVA i większej, które należą do kategorii III i IV, do ich ochrony należało zastosować przekaźniki różnicowe.
Dodatkowo przekaźniki mechaniczne takie jak przekaźniki Buchholtz, i przekaźniki ciśnienia nagłymi są szeroko stosowane do ochrony transformatora. Oprócz tych przekaźników często stosuje się zabezpieczenie przed przeciążeniem termicznym, aby przedłużyć żywotność transformatora, a nie w celu wykrywania usterek.
Powszechne rodzaje ochrony transformatora
- Ochrona przed przegrzaniem
- Zabezpieczenie nadprądowe
- Zabezpieczenie różnicowe transformatora
- Ochrona ziemnozwarciowa (ograniczona)
- Przekaźnik Buchholza (detekcja gazu)
- Ochrona przed przepięciem
Ochrona przed przegrzaniem transformatorów
Transformatory przegrzewają się z powodu przeciążeń i zwarć. Dopuszczalne przeciążenie i odpowiadający mu czas trwania zależą od typu transformatora i klasy izolacji zastosowanej w transformatorze.
Większe obciążenia mogą być utrzymywane przez bardzo krótki czas, jeśli trwa to bardzo długo, może to uszkodzić izolację z powodu wzrostu temperatury powyżej zakładanej temperatury maksymalnej. Temperatura w transformatorze chłodzonym olejem jest uważana za maksymalną, gdy wynosi 95 * C, po przekroczeniu której zmniejsza się oczekiwana żywotność transformatora i ma szkodliwy wpływ na izolację przewodu. Dlatego ochrona przed przegrzaniem staje się niezbędna.
Duże transformatory mają urządzenia do wykrywania temperatury oleju lub uzwojenia, które mierzą temperaturę oleju lub uzwojenia, zwykle są dwa sposoby pomiaru, jeden odnosi się do pomiaru gorącego punktu, a drugi jest określany jako pomiar górnego oleju, poniższy obraz przedstawia typowy termometr z regulatorem temperatury firmy reinhausen służący do pomiaru temperatury konserwatywnego transformatora typu izolowanego cieczą.
Skrzynka posiada czujnik zegarowy, który wskazuje temperaturę transformatora (czyli czarną wskazówkę), a czerwona wskazówka wskazuje nastawę alarmu. Jeśli czarna igła przewyższy czerwoną igłę, urządzenie uruchomi alarm.
Jeśli spojrzymy w dół, zobaczymy cztery strzałki, za pomocą których możemy skonfigurować urządzenie tak, aby działało jako alarm lub wyzwolenie lub można je wykorzystać do uruchamiania lub zatrzymywania pomp lub wentylatorów chłodzących.
Jak widać na zdjęciu termometr jest zamontowany na górze kadzi transformatora nad rdzeniem i uzwojeniem, tak się stało, ponieważ najwyższa temperatura będzie w środku zbiornika ze względu na rdzeń i uzwojenia. Ta temperatura jest nazywana najwyższą temperaturą oleju. Ta temperatura daje nam oszacowanie temperatury najgorętszego punktu rdzenia transformatora. Współczesne kable światłowodowe są używane w uzwojeniu niskiego napięcia do dokładnego pomiaru temperatury transformatora. W ten sposób realizowana jest ochrona przed przegrzaniem.
Zabezpieczenie nadprądowe w transformatorze
System zabezpieczenia nadprądowego jest jednym z najwcześniej opracowanych systemów zabezpieczeń, a stopniowany system nadprądowy został opracowany w celu ochrony przed warunkami nadprądowymi. rozdzielacze mocy wykorzystują tę metodę do wykrywania usterek za pomocą przekaźników IDMT. to znaczy przekaźniki posiadające:
- Odwrotna charakterystyka i
- Minimalny czas pracy.
Możliwości przekaźnika IDMT są ograniczone. Tego rodzaju przekaźniki muszą być ustawione na 150% do 200% maksymalnego prądu znamionowego, w przeciwnym razie przekaźniki będą działać w warunkach awaryjnego przeciążenia. Dlatego te przekaźniki zapewniają niewielką ochronę przed usterkami wewnątrz kadzi transformatora.
Zabezpieczenie różnicowe transformatora
Procentowe polaryzowane zabezpieczenie różnicowe prądu jest używane do ochrony transformatorów mocy i jest to jeden z najpopularniejszych schematów ochrony transformatora, który zapewnia najlepszą ogólną ochronę. Tego typu zabezpieczenia są stosowane dla transformatorów o mocy przekraczającej 2 MVA.
Transformator jest połączony w gwiazdę z jednej strony i połączony w trójkąt z drugiej strony. Przekładniki prądowe po stronie gwiazdy są połączone w trójkąt, a te po stronie połączonej w trójkąt są połączone w gwiazdę. Przewód neutralny obu transformatorów jest uziemiony.
Transformator ma dwie cewki, jedna to cewka robocza, a druga to cewka ograniczająca. Jak sama nazwa wskazuje, cewka ograniczająca służy do wytwarzania siły ograniczającej, a cewka robocza jest używana do wytwarzania siły roboczej. Cewka ograniczająca jest połączona z uzwojeniem wtórnym przekładników prądowych, a cewka robocza jest podłączona między punktem ekwipotencjalnym przekładnika prądowego.
Działanie zabezpieczenia różnicowego transformatora:
Zwykle cewka robocza nie przenosi prądu, ponieważ prąd jest dopasowany po obu stronach transformatorów mocy, gdy wystąpi błąd wewnętrzny w uzwojeniach, równowaga zostaje zmieniona, a cewki robocze przekaźnika różnicowego zaczynają wytwarzać prąd różnicowy między obiema stronami transformatora. W ten sposób przekaźnik wyzwala wyłączniki i chroni główny transformator.
Ograniczona ochrona ziemnozwarciowa
Bardzo wysoki prąd zwarciowy może płynąć, gdy awaria wystąpi na przepustie transformatora. W takim przypadku usterkę należy jak najszybciej usunąć. Zasięg danego zabezpieczenia powinien być ograniczony tylko do strefy transformatora, co oznacza, że jeśli jakiekolwiek zwarcie doziemne wystąpi w innym miejscu, przekaźnik przydzielony do tej strefy powinien zostać wyzwolony, a pozostałe przekaźniki powinny pozostać takie same. Dlatego właśnie przekaźnik nosi nazwę Ograniczony przekaźnik ochrony ziemnozwarciowej.
Na powyższym obrazku Urządzenie Ochronne znajduje się po chronionej stronie transformatora. Załóżmy, że jest to strona pierwotna i załóżmy również, że po stronie wtórnej transformatora występuje zwarcie doziemne. Teraz, jeśli wystąpi zwarcie po stronie uziemienia, z powodu zwarcia doziemnego, będzie tam składnik sekwencji zerowej, który będzie krążył tylko po stronie wtórnej. I nie zostanie to odzwierciedlone po pierwotnej stronie transformatora.
Ten przekaźnik ma trzy fazy, jeśli wystąpi błąd, będą miały trzy składniki, składowe kolejności zgodnej, składowe kolejności przeciwnej i składowe kolejności zerowej. Ponieważ składowe cekinów dodatnich są przesunięte o 120 *, więc w każdej chwili suma wszystkich prądów przepłynie przez przekaźnik zabezpieczeniowy. Zatem suma ich prądów będzie równa zeru, ponieważ są przesunięte o 120 *. Podobnie jest w przypadku składowych przeciwnych sekwencji.
Załóżmy teraz, że wystąpił stan błędu. To uszkodzenie zostanie wykryte przez przekładniki prądowe, ponieważ ma składową zerową i prąd zacznie przepływać przez przekaźnik zabezpieczeniowy, kiedy to nastąpi, przekaźnik wyłączy się i ochroni transformator.
Przekaźnik Buchholza (detekcja gazu)
Powyższe zdjęcie przedstawia przekaźnik Buchholza. Przekaźnik Buchholtz jest wyposażona w między jednostką główną transformatora a zbiornikiem konserwatora gdy wystąpi usterka w transformatorze, to wykrywa gaz rozwiązane za pomocą przełącznika pływakowego.
Jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz strzałkę, gaz wypływa ze zbiornika głównego do zbiornika konserwatora, zwykle w samym transformatorze nie powinno być gazu. Większość gazu jest określana jako gaz rozpuszczony i można wytwarzać dziewięć różnych rodzajów gazów w zależności od stanu usterki. Na górze tego przekaźnika znajdują się dwa zawory, które służą do zmniejszania gromadzenia się gazu, a także służą do pobierania próbki gazu.
Kiedy pojawia się usterka, mamy iskry między uzwojeniami lub między uzwojeniami a rdzeniem. Te małe wyładowania elektryczne w uzwojeniach podgrzeją olej izolacyjny, a olej ulegnie rozpadowi, wytwarzając w ten sposób gazy, ciężkość awarii wykrywa, które szkła są utworzone.
Duże wyładowanie energetyczne spowoduje produkcję acetylenu, a jak być może wiesz, wytworzenie acetylenu wymaga dużej ilości energii. I zawsze należy pamiętać, że każdy rodzaj usterki powoduje wytwarzanie gazów, analizując ilość gazu, możemy określić powagę usterki.
Jak działa przekaźnik Buchholza (detekcja gazu)?
Jak widać na obrazku, mamy dwa pływaki: górny pływak i dolny pływak, mamy też przegrodę, która dociska dolny pływak.
Kiedy wystąpi duża usterka elektryczna, wytwarza dużo gazu, niż gaz przepływa przez rurę, co przesuwa płytę odbojową i zmusza dolny pływak do dołu, teraz mamy kombinację, górny pływak jest uniesiony, a dolny pływak jest w dół i pochylona płyta dopalająca. Ta kombinacja wskazuje, że wystąpił poważny błąd. który wyłącza transformator, a także generuje alarm. Poniższy obraz dokładnie to pokazuje,
Ale to nie jedyny scenariusz, w którym ten przekaźnik może się przydać, wyobraź sobie sytuację, w której wewnątrz transformatora ma miejsce drobne iskrzenie, te arki wytwarzają niewielką ilość gazu, ten gaz wytwarza ciśnienie wewnątrz przekaźnika i pływak górny opada wypierając olej w jego wnętrzu, teraz przekaźnik generuje alarm w tej sytuacji pływak górny jest opuszczony, pływak dolny pozostaje niezmieniony i płyta dopalająca pozostaje niezmieniona jeśli taka konfiguracja zostanie wykryta, możemy być pewni, że mamy powolne gromadzenie się gazu. Poniższy obraz dokładnie to pokazuje,
Teraz wiemy, że mamy usterkę i odpowiemy część gazu za pomocą zaworu nad przekaźnikiem i przeanalizujemy gaz, aby znaleźć dokładną przyczynę nagromadzenia się gazu.
Przekaźnik ten może również wykrywać stany, w których poziom oleju izolacyjnego spada z powodu nieszczelności w obudowie transformatora, w tym stanie górny pływak spada, dolny pływak spada, a płyta przegrody pozostaje w tym samym położeniu. W tym stanie otrzymujemy inny alarm. Poniższy obrazek przedstawia działanie.
Za pomocą tych trzech metod przekaźnik Buchholza wykrywa usterki.
Ochrona przed przepięciem
Transformator jest zaprojektowany do pracy przy stałym poziomie strumienia przekraczającym ten poziom strumienia i rdzeń ulega nasyceniu, nasycenie rdzenia powoduje nagrzewanie się rdzenia, które szybko następuje przez inne części transformatora, co prowadzi do przegrzania komponentów, a tym samym do ochrona strumienia staje się konieczna, ponieważ chroni rdzeń transformatora. Sytuacje związane z nadmiernym strumieniem mogą wystąpić z powodu przepięcia lub zmniejszenia częstotliwości systemu.
Aby zabezpieczyć transformator przed nadmiernym przepływem, stosowany jest przekaźnik nadmiarowy. Przekaźnik nadmiarowy mierzy stosunek napięcia do częstotliwości w celu obliczenia gęstości strumienia w rdzeniu. Gwałtowny wzrost napięcia z powodu stanów nieustalonych w systemie zasilania może powodować nadmierne przepływy, ale stany nieustalone szybko zanikają, dlatego natychmiastowe wyzwolenie transformatora jest niepożądane.
Gęstość strumienia jest wprost proporcjonalna do stosunku napięcia do częstotliwości (V / f), a przyrząd powinien wykryć stosunek, jeśli wartość tego stosunku stanie się większa niż jedność, odbywa się to za pomocą przekaźnika mikrokontrolera, który mierzy napięcie i częstotliwość w czasie rzeczywistym, następnie oblicza stawkę i porównuje ją z wartościami obliczonymi wcześniej. Przekaźnik jest zaprogramowany na odwrotnie określony czas minimalny (charakterystyka IDMT). Ale ustawienie można wykonać ręcznie, jeśli jest to wymagane. W ten sposób cel zostanie osiągnięty bez narażania zabezpieczeń przed przepięciem. Teraz widzimy, jak ważne jest zapobieganie wyzwalaniu się transformatora przed nadmiernym przepływem.
Mam nadzieję, że podobał Ci się artykuł i dowiedziałeś się czegoś przydatnego. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy lub skorzystaj z naszych forów w celu uzyskania innych pytań technicznych.