- Захист трансформатора для різних типів трансформаторів
- Загальні типи захисту трансформаторів
- Захист від перегріву в трансформаторах
- Захист від перевантаження по струму в трансформаторі
- Диференціальний захист трансформатора
- Обмежений захист від земної несправності
- Реле Бухгольца (виявлення газу)
- Захист від надмірного розтікання
Трансформатори є однією з найбільш важливих і дорогих складових будь-якої системи розподілу. Це закритий статичний пристрій, зазвичай залитий маслом, і, отже, що виникають у ньому несправності обмежені. Але ефект рідкісної несправності може бути дуже небезпечним для трансформатора, і тривалий час на ремонт і заміну трансформаторів ще більше погіршує ситуацію. Отже, захист силових трансформаторів стає дуже важливим.
Несправності, що виникають на трансформаторі, в основному поділяються на два типи, а саме: зовнішні несправності та внутрішні несправності, щоб уникнути будь-якої небезпеки для трансформатора; зовнішня несправність усувається складною релейною системою в найкоротші терміни. Внутрішні несправності в основному базуються на датчиках та вимірювальних системах. Про ці процеси ми поговоримо далі в статті. Перш ніж потрапити туди, важливо зрозуміти, що існує багато типів трансформаторів, і в цій статті ми обговоримо переважно силовий трансформатор, який використовується в розподільчих системах. Ви також можете дізнатися про роботу силового трансформатора, щоб зрозуміти його основи.
Основні функції захисту, такі як захист від перезбудження та захист на основі температури, можуть розпізнавати умови, які в кінцевому підсумку призводять до стану несправності, але повний захист трансформатора, що забезпечується реле та трансформаторами струму, підходить для трансформаторів у критичних випадках.
Тож у цій статті ми поговоримо про найпоширеніші принципи, що застосовуються для захисту трансформаторів від катастрофічних поломок.
Захист трансформатора для різних типів трансформаторів
Система захисту, що використовується для силового трансформатора, залежить від категорій трансформатора. З таблиці нижче видно, що,
| Категорія | Рейтинг трансформатора - КВА | |
| 1 фаза | 3 фаза | |
| Я | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5000 |
| III | 1668 - 10 000 | 5001 - 30000 |
| IV | > 10 000 | > 30000 |
- Трансформатори в діапазоні 500 кВА підпадають під (Категорії I та II), тому вони захищені за допомогою запобіжників, але для захисту трансформаторів до 1000 кВА (розподільні трансформатори для 11кВ та 33кВ) зазвичай застосовуються автоматичні вимикачі середньої напруги.
- Для трансформаторів 10 МВА і вище, що підпадає під (категорії III та IV), для їх захисту потрібно було використовувати диференціальні реле.
Крім того, механічні реле, такі як реле Бухгольца, і реле раптового тиску широко застосовуються для захисту трансформатора. На додаток до цих реле, часто застосовується захист від теплового перевантаження для продовження терміну служби трансформатора, а не для виявлення несправностей.
Загальні типи захисту трансформаторів
- Захист від перегріву
- Захист від перевантаження по струму
- Диференціальний захист трансформатора
- Захист від земної несправності (обмежений)
- Реле Бухгольца (виявлення газу)
- Захист від надмірного розтікання
Захист від перегріву в трансформаторах
Трансформатори перегріваються через перевантаження та умови короткого замикання. Допустимі перевантаження та відповідна тривалість залежать від типу трансформатора та класу ізоляції, що використовується для трансформатора.
Більш високі навантаження можна підтримувати дуже короткий проміжок часу, якщо це дуже довго, це може пошкодити ізоляцію через підвищення температури вище передбачуваної максимальної температури. Температура в трансформаторі з масляним охолодженням вважається максимальною, коли її 95 * C, після якої тривалість життя трансформатора зменшується, і це має шкідливий вплив на ізоляцію дроту. Ось чому захист від перегріву стає важливим.
Великі трансформатори мають пристрої для виявлення температури масла або обмоток, які вимірюють температуру масла або обмотки, як правило, є два способи вимірювання, один називається вимірюванням у гарячих точках, а другий - вимірюванням верхнього мастила, нижнє зображення показує типовий термометр з коробкою регулювання температури від Рейнхаузена, що використовується для вимірювання температури рідкоізольованого консервативного типу трансформатора.
Коробка має датчик циферблата, який вказує температуру трансформатора (це чорна стрілка), а червона стрілка вказує задану точку сигналізації. Якщо чорна голка перевершує червону, пристрій активує будильник.
Якщо ми подивимося вниз, ми побачимо чотири стрілки, за допомогою яких ми можемо налаштувати пристрій на сигнал тривоги або спрацювання, або їх можна використовувати для запуску або зупинки насосів або вентиляторів охолодження.
Як ви можете бачити на малюнку, термометр встановлений у верхній частині резервуара трансформатора над сердечником і обмоткою, це зроблено тому, що найвища температура буде в центрі резервуара через сердечник і обмотки. Ця температура відома як найвища температура масла. Ця температура дає нам оцінку температури гарячих точок сердечника трансформатора. Сучасні волоконно-оптичні кабелі використовуються в обмотці низької напруги для точного вимірювання температури трансформатора. Саме так реалізується захист від перегріву.
Захист від перевантаження по струму в трансформаторі
Система захисту від перевантаження по струму є однією з найбільш ранніх розроблених систем захисту, градуйована система перевантаження по струму була розроблена для захисту від перенапруг. розподільники живлення використовують цей метод для виявлення несправностей за допомогою реле IDMT. тобто реле, що мають:
- Зворотна характеристика, і
- Мінімальний час роботи.
Можливості реле IDMT обмежені. Для цих типів реле потрібно встановлювати від 150% до 200% від максимального номінального струму, інакше реле будуть працювати в умовах аварійного перевантаження. Тому ці реле забезпечують незначний захист від несправностей всередині бака трансформатора.
Диференціальний захист трансформатора
Процентно-зміщений диференціальний захист струму використовується для захисту силових трансформаторів, і це одна з найпоширеніших схем захисту трансформаторів, яка забезпечує найкращий загальний захист. Ці типи захисту застосовуються для трансформаторів потужністю понад 2 МВА.
Трансформатор зіркований з одного боку, а трикутник - з іншого. КТ на зірковій стороні пов’язані з трикутником, а на стороні, пов’язаною з трикутником, пов’язані із зіркою. Нейтраль обох трансформаторів заземлена.
Трансформатор має дві котушки, одна - робоча котушка, а інша - обмежувальна котушка. Як випливає з назви, стримувальна котушка використовується для створення обмежувальної сили, а робоча котушка - для створення робочої сили. Утримуюча котушка з'єднана з вторинною обмоткою трансформаторів струму, а робоча котушка - між точкою еквіпотенціалу КТ.
Робота диференціального захисту трансформатора:
Зазвичай робоча котушка не несе струму, оскільки струм відповідає обом сторонам силових трансформаторів, коли в обмотках виникає внутрішня несправність, баланс змінюється, і робочі котушки диференціального реле починають виробляти диференціальний струм між двома сторонами трансформатора. Таким чином, реле спрацьовує на вимикачах і захищає основний трансформатор.
Обмежений захист від земної несправності
При виникненні несправності на втулці трансформатора може протікати дуже високий струм несправності. У такому випадку несправність потрібно усунути якомога швидше. Діапазон певного пристрою захисту повинен бути обмежений лише зоною трансформатора, це означає, що якщо будь-яка замикання на землю трапляється в іншому місці, реле, призначене для цієї зони, має спрацьовувати, а інші реле повинні залишатися незмінними. Таким чином, саме тому реле називається обмеженою реле захисту від замикань на землю.
На наведеному малюнку Захисне обладнання знаходиться на захищеній стороні трансформатора. Припустимо, що це основна сторона, і також припустимо, що на вторинній стороні трансформатора є замикання на землю. Тепер, якщо є несправність на заземленні, через замикання на землю буде знаходитись компонент нульової послідовності, який циркулюватиме лише на вторинній стороні. І це не буде відображено на первинній стороні трансформатора.
Це реле має три фази, якщо виникає несправність, вони матимуть три компоненти, компоненти позитивної послідовності, компоненти негативної послідовності та компоненти нульової послідовності. Оскільки позитивні компоненти блискіток зміщуються на 120 *, тож у будь-який момент сума всіх струмів буде протікати через реле захисту. Отже, сума їх струмів буде дорівнює нулю, оскільки вони зміщуються на 120 *. Подібний випадок і з компонентами негативної послідовності.
Тепер припустимо, що виникає стан несправності. Цю несправність виявлять КТ, оскільки вона має компонент нульової послідовності, і струм починає протікати через реле захисту, коли це станеться, реле спрацює і захистить трансформатор.
Реле Бухгольца (виявлення газу)
На малюнку вище показано реле Бухгольца. Реле Бухгольца встановлюється між основним блоком трансформатора і розширювачем баком при виникненні несправності всередині трансформатора, він виявляє дозволену газ за допомогою поплавкового вимикача.
Якщо придивитися, ви побачите стрілку, газ витікає з основного резервуара в бак консерватора, як правило, в самому трансформаторі не повинно бути газу. Більша частина газу називається розчиненим газом, і в залежності від стану несправності може бути вироблено дев'ять різних видів газів. У верхній частині цього реле є два клапани, ці клапани використовуються для зменшення накопичення газу, а також для видалення зразка газу.
Коли виникає несправність, ми маємо іскри між обмотками або між обмотками та сердечником. Ці невеликі електричні розряди в обмотках будуть нагрівати ізолююче масло, і масло буде руйнуватися, таким чином воно виробляє гази, серйозність поломки визначає, які окуляри створені.
Великий енергетичний розряд призведе до вироблення ацетилену, і, як ви, мабуть, знаєте, для отримання ацетилену потрібно багато енергії. І ви завжди повинні пам’ятати, що будь-який тип несправності буде виробляти гази, аналізуючи кількість газу, ми можемо виявити ступінь серйозності несправності.
Як працює реле Бухгольца (виявлення газу)?
Як видно з зображення, у нас є два поплавці: верхній поплавок і нижній поплавок, також у нас є перегородчаста пластина, яка штовхає нижній поплавок.
Коли виникає велика електрична несправність, вона виробляє багато газу, ніж газ протікає по трубі, що зміщує перегородкову пластину і змушує нижній плавати вниз, тепер у нас є комбінація, верхній поплавок вгору, а нижній поплавок вниз, і перегородка нахилилася. Ця комбінація вказує на те, що сталася масивна несправність. який відключає трансформатор, а також генерує сигнал тривоги. На зображенні нижче показано саме це,
Але це не єдиний сценарій, коли це реле може бути корисним, уявіть ситуацію, коли всередині трансформатора відбувається незначне дугогасіння, яке відбувається, ці ковчеги виробляють невелику кількість газу, цей газ створює тиск всередині реле і верхній поплавок опускається, витісняючи масло всередині нього, тепер реле генерує сигнал тривоги в цій ситуації, верхній поплавок не працює, нижній поплавок не змінюється, а перегородка не змінюється, якщо ця конфігурація виявлена, ми можемо бути впевнені повільне накопичення газу. На зображенні нижче показано саме це,
Тепер ми знаємо, що у нас несправність, і ми будемо випускати частину газу за допомогою клапана над реле та аналізувати газ, щоб з’ясувати точну причину цього накопичення газу.
Це реле може також виявляти умови, коли рівень ізолюючого масла падає через витоки в шасі трансформатора, в цьому стані верхній поплавок падає, нижній поплавок падає, а перегородка залишається в тому ж положенні. У цьому стані ми отримуємо інший сигнал тривоги. На зображенні нижче показано роботу.
За допомогою цих трьох методів реле Бухгольца виявляє несправності.
Захист від надмірного розтікання
Трансформатор призначений для роботи з фіксованим рівнем потоку, що перевищує цей рівень потоку, і сердечник стає насиченим, насичення сердечника викликає нагрівання в сердечнику, яке швидко проходить через інші частини трансформатора, що призводить до перегріву компонентів, таким чином, над захист від потоку стає необхідним, оскільки він захищає сердечник трансформатора. Ситуації із перенапругою можуть виникнути через перенапругу або зменшення частоти системи.
Для захисту трансформатора від перенапруження використовується реле перенапруги. Реле надмірного потоку вимірює співвідношення напруги / частоти для розрахунку щільності потоку в сердечнику. Швидке збільшення напруги через перехідні процеси в енергосистемі може спричинити надмірне перетікання, але перехідні процеси швидко вгасають, тому миттєве спрацювання трансформатора небажано.
Щільність потоку прямо пропорційна відношенню напруги до частоти (V / f), і прилад повинен визначати норму, якщо значення цього коефіцієнта стає більшим за одиницю, це робиться за допомогою реле на основі мікроконтролера, яке вимірює напругу і частоти в режимі реального часу, потім він обчислює швидкість і порівнює її з попередньо розрахованими значеннями. Реле запрограмоване на зворотно визначений мінімальний час (характеристики IDMT). Але налаштування можна зробити вручну, якщо це є вимогою. Таким чином, мета буде виконана без шкоди для захисту від надмірного потоку. Тепер ми бачимо, наскільки важливо запобігти перенапруженню трансформатора.
Сподіваюся, вам сподобалась стаття і ви дізналися щось корисне. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів або скористайтеся нашими форумами для інших технічних запитань.