- Ochrana transformátorov pre rôzne typy transformátorov
- Bežné typy ochrany transformátorov
- Ochrana proti prehriatiu v transformátoroch
- Nadprúdová ochrana v transformátore
- Diferenciálna ochrana transformátora
- Obmedzená ochrana pred zemnými poruchami
- Relé Buchholz (detekcia plynu)
- Ochrana proti nadmernému toku
Transformátory sú jednou z najkritickejších a najdrahších súčastí každého distribučného systému. Jedná sa o uzavreté statické zariadenie zvyčajne zaliate olejom, a preto sú chyby, ktoré sa pri ňom vyskytujú, obmedzené. Účinok zriedkavej poruchy však môže byť pre transformátor veľmi nebezpečný a dlhá doba na opravu a výmenu transformátorov všetko ešte zhoršuje. Preto sa ochrana výkonových transformátorov stáva veľmi dôležitou.
Poruchy, ktoré sa vyskytujú na transformátore, sa delia hlavne na dva typy, ktorými sú vonkajšie poruchy a vnútorné poruchy, aby sa zabránilo akémukoľvek nebezpečenstvu pre transformátor, vonkajšia porucha sa v najkratšom možnom čase odstráni zložitým reléovým systémom. Vnútorné poruchy sú založené hlavne na senzoroch a meracích systémoch. O týchto procesoch si povieme ďalej v článku. Než sa tam dostaneme, je dôležité si uvedomiť, že existuje veľa typov transformátorov, a v tomto článku si povieme hlavne o výkonových transformátoroch, ktoré sa používajú v distribučných systémoch. Môžete sa tiež dozvedieť viac o práci výkonového transformátora, aby ste porozumeli jeho základom.
Základné ochranné prvky, ako je ochrana pred nadmerným vzrušením a ochrana na základe teploty, dokážu rozpoznať podmienky, ktoré nakoniec vedú k poruchovému stavu, ale pre transformátory v kritických aplikáciách je vhodná úplná ochrana transformátora, ktorú poskytujú relé a transformátory prúdu.
V tomto článku si teda povieme o najbežnejších princípoch používaných na ochranu transformátorov pred katastrofickými poruchami.
Ochrana transformátorov pre rôzne typy transformátorov
Ochranný systém použitý pre výkonový transformátor závisí od kategórií transformátora. Nasledujúca tabuľka ukazuje, že
| Kategória | Hodnotenie transformátora - KVA | |
| 1 Fáza | 3 fázy | |
| Ja | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5 000 |
| III | 1668 - 10 000 | 5001 - 30 000 |
| IV | > 10 000 | > 30 000 |
- Transformátory v rozsahu 500 KVA spadajú pod (kategória I a II), takže sú chránené poistkami, ale na ochranu transformátorov do 1000 kVA (distribučné transformátory pre 11 kV a 33 kV) sa zvyčajne používajú ističe vysokého napätia.
- Pre transformátory 10 MVA a vyššie, ktoré spadajú pod (kategória III a IV), sa na ich ochranu museli použiť diferenciálne relé.
Ďalej sa na ochranu transformátorov často používajú mechanické relé, ako sú Buchholtzove relé a relé náhleho tlaku. Okrem týchto relé sa často implementuje ochrana proti preťaženiu, aby sa predĺžila životnosť transformátora, a nie aby sa zisťovali poruchy.
Bežné typy ochrany transformátorov
- Ochrana proti prehriatiu
- Nadprúdová ochrana
- Diferenciálna ochrana transformátora
- Ochrana pred zemným spojením (obmedzená)
- Relé Buchholz (detekcia plynu)
- Ochrana proti nadmernému toku
Ochrana proti prehriatiu v transformátoroch
Transformátory sa prehrievajú v dôsledku preťaženia a skratových podmienok. Prípustné preťaženie a zodpovedajúce trvanie závisia od typu transformátora a triedy izolácie použitej pre transformátor.
Vyššie zaťaženie je možné udržiavať veľmi krátku dobu, ak je to veľmi dlho, môže to poškodiť izoláciu v dôsledku zvýšenia teploty nad predpokladanú maximálnu teplotu. Teplota v olejom chladenom transformátore sa považuje za maximálnu, keď je jeho 95 ° C, po prekročení ktorého sa zníži životnosť transformátora a má to nepriaznivý vplyv na izoláciu drôtu. Preto je ochrana pred prehriatím nevyhnutná.
Veľké transformátory majú zariadenia na detekciu teploty oleja alebo vinutia, ktoré merajú teplotu oleja alebo vinutia, zvyčajne existujú dva spôsoby merania, jeden sa označuje ako meranie hot-spot a druhý sa označuje ako meranie špičkového oleja, nasledujúci obrázok zobrazuje typický teplomer s boxom na reguláciu teploty od firmy reinhausen používaný na meranie teploty konzervatívneho typu transformátora izolovaného od kvapaliny.
Skrinka má číselníkový doraz, ktorý udáva teplotu transformátora (čo je čierna ihla) a červená ihla označuje nastavenú hodnotu alarmu. Ak čierna ihla prekoná červenú, zariadenie aktivuje alarm.
Ak sa pozrieme dole, môžeme vidieť štyri šípky, cez ktoré môžeme nakonfigurovať zariadenie tak, aby fungovalo ako alarm alebo vypnutie, alebo sa nimi dá spustiť alebo zastaviť čerpadlá alebo chladiace ventilátory.
Ako vidíte na obrázku, teplomer je namontovaný na hornej časti transformátorovej nádrže nad jadrom a vinutím, je to tak urobené, pretože najvyššia teplota bude kvôli jadru a vinutiam v strede nádrže.. Táto teplota sa nazýva najvyššia teplota oleja. Táto teplota nám dáva odhad teploty horúceho bodu jadra transformátora. Dnešné káble z optických vlákien sa používajú v nízkonapäťových vinutiach na presné meranie teploty transformátora. Takto je implementovaná ochrana proti prehriatiu.
Nadprúdová ochrana v transformátore
Systém nadprúdovej ochrany je jedným z najskôr vyvinutých ochranných systémov, odstupňovaný nadprúdový systém bol vyvinutý na ochranu proti nadprúdovým podmienkam. rozvádzače energie využívajú túto metódu na zisťovanie porúch pomocou relé IDMT. to znamená relé, ktoré majú:
- Inverzná charakteristika a
- Minimálna doba prevádzky.
Schopnosti relé IDMT sú obmedzené. Tieto druhy relé musia byť nastavené na 150% až 200% maximálneho menovitého prúdu, inak budú relé fungovať v prípade stavu núdzového preťaženia. Preto tieto relé poskytujú malú ochranu proti poruchám vo vnútri transformátorovej nádrže.
Diferenciálna ochrana transformátora
Percentuálna predpätá diferenciálna ochrana prúdu sa používa na ochranu výkonových transformátorov a je to jedna z najbežnejších schém ochrany transformátorov, ktorá poskytuje najlepšiu celkovú ochranu. Tieto typy ochrany sa používajú pre transformátory s výkonom presahujúcim 2 MVA.
Transformátor je na jednej strane zapojený do hviezdy a na druhej strane je zapojený do trojuholníka. CT na strane hviezdy sú zapojené do trojuholníka a tie na strane zapojenej do trojuholníka sú zapojené do hviezdy. Neutrál oboch transformátorov je uzemnený.
Transformátor má dve cievky, jedna je prevádzková a druhá zadržiavacia. Ako je zrejmé z názvu, zadržiavacia cievka sa používa na výrobu obmedzovacej sily a prevádzková cievka sa používa na výrobu ovládacej sily. Zadržiavacia cievka je spojená so sekundárnym vinutím prúdových transformátorov a prevádzková cievka je zapojená medzi ekvipotenciálny bod CT.
Pracovná diferenciálna ochrana transformátora:
Prevádzková cievka za normálnych okolností neprenáša žiadny prúd, pretože prúd je prispôsobený na oboch stranách výkonových transformátorov. Ak dôjde k vnútornej poruche vo vinutí, rovnováha sa zmení a prevádzkové cievky diferenciálneho relé začnú produkovať rozdielový prúd medzi oboma stranami. transformátora. Relé teda vypína ističe a chráni hlavný transformátor.
Obmedzená ochrana pred zemnými poruchami
Ak dôjde k poruche na priechodke transformátora, môže tiecť veľmi vysoký poruchový prúd. V takom prípade je potrebné poruchu čo najskôr odstrániť. Dosah konkrétneho ochranného zariadenia by mal byť obmedzený iba na zónu transformátora, čo znamená, že ak dôjde k akejkoľvek zemnej poruche na inom mieste, malo by sa spustiť relé pridelené pre túto zónu a ostatné relé by mali zostať rovnaké. Preto je relé pomenované Ochranné relé obmedzenej zemnej poruchy.
Na vyššie uvedenom obrázku je ochranné zariadenie na chránenej strane transformátora. Predpokladajme, že toto je primárna strana, a predpokladajme tiež, že na sekundárnej strane transformátora je zemné spojenie. Teraz, ak dôjde k poruche na zemi, z dôvodu poruchy na zemi bude komponent nulovej sekvencie, ktorý bude cirkulovať iba na sekundárnej strane. A nebude sa to odrážať na primárnej strane transformátora.
Toto relé má tri fázy. Ak dôjde k poruche, bude mať tri komponenty, komponenty pozitívnej sekvencie, komponenty negatívnej sekvencie a komponenty nulovej sekvencie. Pretože komponenty pozitívnych flitrov sú posunuté o 120 *, takže v každom okamihu bude súčtom všetkých prúdov pretekať ochranné relé. Súčet ich prúdov sa teda bude rovnať nule, pretože sú posunuté o 120 *. Podobný prípad je v prípade zložiek negatívnej sekvencie.
Teraz predpokladajme, že nastane poruchový stav. Túto poruchu zistia CT, pretože má zložku s nulovou sekvenciou a prúd začne prúdiť cez ochranné relé, keď k tomu dôjde, relé vypne a ochráni transformátor.
Relé Buchholz (detekcia plynu)
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje relé Buchholz. Buchholtz relé je namontovaný medzi hlavným transformátora jednotke a konzervátora nádrže, keď dôjde k poruche v transformátore, zistí vyriešený plynu pomocou plavákového spínača.
Ak sa pozriete pozorne, uvidíte šípku, plyn vyteká z hlavnej nádrže do nádrže konzervátora, normálne by nemal byť žiadny plyn v samotnom transformátore. Väčšina plynu sa označuje ako rozpustený plyn a v závislosti od poruchového stavu sa môže produkovať deväť rôznych druhov plynov. V hornej časti tohto relé sú dva ventily, ktoré sa používajú na zníženie tvorby plynu a tiež na odobratie vzorky plynu.
Keď dôjde k poruchovému stavu, máme iskry medzi vinutiami alebo medzi vinutiami a jadrom. Tieto malé elektrické výboje vo vinutích zahrejú izolačný olej a olej sa rozpadne, takže produkuje plyny a závažnosť poruchy detekuje, ktoré sklá sú vytvorené.
Veľký výboj energie bude mať za následok produkciu acetylénu a ako viete, výroba acetylénu vyžaduje veľa energie. A vždy by ste si mali uvedomiť, že akýkoľvek typ poruchy bude produkovať plyny. Analýzou množstva plynu zistíme závažnosť poruchy.
Ako funguje relé Buchholz (detekcia plynu)?
Ako je zrejmé z obrázku, máme dva plaváky: horný plavák a dolný plavák. Tiež máme usmerňovaciu dosku, ktorá tlačí dolný plavák.
Keď sa vyskytne veľká elektrická porucha, produkuje veľa plynu, než ten, ktorý preteká potrubím, čo posúva usmerňovaciu dosku a to núti spodnú plávať dole, teraz máme kombináciu, horný plavák je hore a dolný plavák dole a doska ozvučnice sa naklonila. Táto kombinácia naznačuje, že došlo k rozsiahlej poruche. ktorý vypne transformátor a tiež generuje alarm. Obrázok nižšie ukazuje presne to,
Ale toto nie je jediný scenár, kde môže byť toto relé užitočné, predstavte si situáciu, keď sa vo vnútri transformátora vyskytuje menšie jiskrenie, ktoré vytvára malé množstvo plynu, tento plyn vytvára tlak vo vnútri relé a horný plavák klesá dole a vytláča olej v ňom, teraz relé v tejto situácii generuje alarm, horný plavák je dole, dolný plavák je nezmenený a prepážka sa nemení, ak je zistená táto konfigurácia, môžeme si byť istí, že máme pomalé hromadenie plynu. Obrázok nižšie ukazuje presne to,
Teraz vieme, že máme poruchu, a pomocou ventilu nad relé vypustíme časť plynu a analyzujeme plyn, aby sme zistili presný dôvod tohto hromadenia plynu.
Toto relé môže tiež detekovať podmienky, pri ktorých hladina izolačného oleja klesá v dôsledku netesností v šasi transformátora. V takom prípade horný plavák klesá, dolný plavák klesá a usmerňovacia doska zostáva v rovnakej polohe. V tomto stave dostaneme iný alarm. Na nasledujúcom obrázku je znázornené fungovanie.
Pomocou týchto troch metód Buchholzovo relé detekuje poruchy.
Ochrana proti nadmernému toku
Transformátor je navrhnutý tak, aby pracoval pri ustálenej hladine toku, ktorá prekračuje túto hladinu toku a jadro sa nasýti. Nasýtenie jadra spôsobí zahriatie v jadre, ktoré rýchlo nasleduje cez ďalšie časti transformátora, čo vedie k prehriatiu komponentov, teda k prehriatiu. ochrana toku je nevyhnutná, pretože chráni jadro transformátora. Môžu nastať situácie s nadmerným tokom z dôvodu prepätia alebo zníženia frekvencie systému.
Na ochranu transformátora pred nadmerným prúdením sa používa relé proti nadmernému toku. Relé nadmerného toku meria pomer napätia / frekvencie na výpočet hustoty toku v jadre. Rýchle zvýšenie napätia v dôsledku prechodných javov v energetickom systéme môže spôsobiť nadmerné tavenie, ale prechodné súčasti rýchlo utíchajú, preto je okamžité vypnutie transformátora nežiaduce.
Hustota toku je priamo úmerná pomeru napätia k frekvencii (V / f) a prístroj by mal detegovať pomer, ak je hodnota tohto pomeru väčšia ako jednota, čo je dosiahnuté relé založeným na mikrokontroléri, ktoré meria napätie a frekvenciu v reálnom čase, potom vypočítava rýchlosť a porovnáva ju s vopred vypočítanými hodnotami. Relé je programované na inverzný určitý minimálny čas (charakteristiky IDMT). Ak je to však požiadavka, nastavenie je možné vykonať manuálne. Týmto spôsobom bude účel slúžiť bez toho, aby bola ohrozená ochrana proti nadmernému toku. Teraz vidíme, aké dôležité je zabrániť vypnutiu transformátora v nadmernom toku.
Dúfam, že sa vám článok páčil a dozvedeli ste sa niečo užitočné. Ak máte akékoľvek otázky, nechajte ich v sekcii komentárov alebo použite naše fóra na ďalšie technické otázky.