- Ochrana transformátorů pro různé typy transformátorů
- Běžné typy ochrany transformátorů
- Ochrana proti přehřátí v transformátorech
- Nadproudová ochrana v transformátoru
- Diferenciální ochrana transformátoru
- Omezená ochrana proti zemským poruchám
- Relé Buchholz (detekce plynu)
- Ochrana proti přetékání
Transformátory jsou jednou z nejdůležitějších a nejdražších součástí jakéhokoli distribučního systému. Jedná se o uzavřené statické zařízení obvykle zalité olejem, a proto jsou chyby, které se u něj vyskytují, omezené. Účinek vzácné poruchy však může být pro transformátor velmi nebezpečný a dlouhá dodací lhůta pro opravu a výměnu transformátorů to ještě zhoršuje. Proto se ochrana výkonových transformátorů stává velmi zásadní.
Poruchy vyskytující se na transformátoru se dělí hlavně na dva typy, kterými jsou vnější poruchy a vnitřní poruchy, aby se předešlo jakémukoli nebezpečí pro transformátor, je externí porucha odstraněna komplexním reléovým systémem v co nejkratší možné době. Vnitřní poruchy jsou založeny hlavně na senzorech a měřicích systémech. O těchto procesech si povíme dále v článku. Než se tam dostaneme, je důležité si uvědomit, že existuje mnoho typů transformátorů a v tomto článku budeme diskutovat hlavně o výkonovém transformátoru, který se používá v distribučních systémech. Můžete se také dozvědět více o fungování výkonového transformátoru, abyste porozuměli jeho základům.
Základní ochranné funkce, jako je ochrana proti přebuzení a ochrana založená na teplotě, mohou rozpoznat podmínky, které nakonec vedou k poruchovému stavu, ale úplná ochrana transformátoru poskytovaná relé a transformátory proudu je vhodná pro transformátory v kritických aplikacích.
V tomto článku tedy budeme hovořit o nejběžnějších principech používaných k ochraně transformátorů před katastrofickými poruchami.
Ochrana transformátorů pro různé typy transformátorů
Ochranný systém použitý pro výkonový transformátor závisí na kategoriích transformátoru. Níže uvedená tabulka ukazuje, že
| Kategorie | Hodnocení transformátoru - KVA | |
| 1 fáze | 3 fáze | |
| Já | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5000 |
| III | 1668-10 000 | 5001 - 30 000 |
| IV | > 10 000 | > 30 000 |
- Transformátory v rozsahu 500 KVA spadají pod (kategorie I a II), takže jsou chráněny pojistkami, ale k ochraně transformátorů do 1000 kVA (distribuční transformátory pro 11 kV a 33 kV) se obvykle používají jističe vysokého napětí.
- U transformátorů 10 MVA a vyšších, které spadají pod (kategorie III a IV), bylo nutné k jejich ochraně použít diferenciální relé.
Pro ochranu transformátorů jsou navíc široce používána mechanická relé, jako jsou Buchholtzova relé a relé náhlého tlaku. Kromě těchto relé je často implementována ochrana proti tepelnému přetížení, která prodlužuje životnost transformátoru spíše než pro detekci poruch.
Běžné typy ochrany transformátorů
- Ochrana proti přehřátí
- Nadproudová ochrana
- Diferenciální ochrana transformátoru
- Ochrana proti zemnímu spojení (omezeno)
- Relé Buchholz (detekce plynu)
- Ochrana proti přetékání
Ochrana proti přehřátí v transformátorech
Transformátory se přehřívají kvůli přetížení a zkratu. Povolené přetížení a odpovídající doba trvání závisí na typu transformátoru a třídě izolace použité pro transformátor.
Vyšší zatížení lze udržovat po velmi krátkou dobu, pokud je to velmi dlouho, může to poškodit izolaci v důsledku zvýšení teploty nad předpokládanou maximální teplotu. Teplota v olejem chlazeném transformátoru je považována za maximální, když je jeho 95 * C, po překročení kterého se sníží životnost transformátoru a má nepříznivé účinky na izolaci drátu. Proto je ochrana proti přehřátí nezbytná.
Velké transformátory mají zařízení pro detekci teploty oleje nebo vinutí, která měří teplotu oleje nebo vinutí, obvykle existují dva způsoby měření, jeden se označuje jako měření hot-spot a druhý se označuje jako měření špičkového oleje, obrázek níže ukazuje typický teploměr s teplotní regulační skříní od firmy reinhausen používaný k měření teploty konzervativního typu transformátoru izolovaného kapalinou.
Krabice má číselníkový úchylkoměr, který udává teplotu transformátoru (což je černá jehla) a červená jehla udává nastavenou hodnotu alarmu. Pokud černá jehla překoná červenou jehlu, zařízení aktivuje alarm.
Podíváme-li se dolů, vidíme čtyři šipky, kterými můžeme nakonfigurovat zařízení tak, aby fungovalo jako alarm nebo vypnutí, nebo je lze použít ke spuštění nebo zastavení čerpadel nebo chladicích ventilátorů.
Jak vidíte na obrázku, teploměr je namontován na horní straně transformátorové nádrže nad jádrem a vinutím, je to tak proto, že nejvyšší teplota bude kvůli jádru a vinutí ve středu nádrže. Tato teplota se nazývá nejvyšší teplota oleje. Tato teplota nám poskytuje odhad teploty horkého bodu jádra transformátoru. Dnešní kabely z optických vláken se používají ve vinutí nízkého napětí k přesnému měření teploty transformátoru. Tak je implementována ochrana proti přehřátí.
Nadproudová ochrana v transformátoru
Systém nadproudové ochrany je jedním z nejdříve vyvinutých ochranných systémů, systém odstupňovaného nadproudu byl vyvinut k ochraně proti nadproudovým podmínkám. distributoři energie využívají tuto metodu k detekci poruch pomocí relé IDMT. tj. relé mající:
- Inverzní charakteristika a
- Minimální doba provozu.
Schopnosti relé IDMT jsou omezené. Tyto druhy relé musí být nastaveny na 150% až 200% maximálního jmenovitého proudu, jinak budou relé fungovat v případě nouzového přetížení. Proto tato relé poskytují malou ochranu proti poruchám uvnitř transformátorové nádrže.
Diferenciální ochrana transformátoru
Procentuální zkreslená proudová diferenciální ochrana se používá k ochraně výkonových transformátorů a je jedním z nejběžnějších schémat ochrany transformátorů, které poskytují nejlepší celkovou ochranu. Tyto typy ochrany se používají pro transformátory o výkonu vyšším než 2 MVA.
Transformátor je na jedné straně zapojen do hvězdy a na druhé straně je zapojen trojúhelník. CT na straně hvězdy jsou zapojeny do trojúhelníku a ty na straně zapojené do trojúhelníku jsou připojeny do hvězdy. Neutrál obou transformátorů je uzemněn.
Transformátor má dvě cívky, jedna je provozní cívka a druhá je omezovací cívka. Jak název napovídá, zadržovací cívka se používá k vytvoření zadržovací síly a operační cívka se používá k výrobě ovládací síly. Zádržná cívka je spojena se sekundárním vinutím proudových transformátorů a provozní cívka je zapojena mezi ekvipotenciální bod CT.
Práce diferenciální ochrany transformátoru:
Normálně provozní cívka nepřenáší žádný proud, protože proud je přizpůsoben na obou stranách výkonových transformátorů, když dojde k vnitřní poruše vinutí, změní se vyvážení a provozní cívky diferenciálního relé začnou produkovat rozdílový proud mezi oběma stranami transformátoru. Relé tak vypíná jističe a chrání hlavní transformátor.
Omezená ochrana proti zemským poruchám
Pokud dojde k poruše na průchodce transformátoru, může protékat velmi vysoký poruchový proud. V takovém případě je třeba poruchu co nejdříve odstranit. Dosah konkrétního ochranného zařízení by měl být omezen pouze na zónu transformátoru, což znamená, že pokud dojde k zemnímu spojení na jiném místě, mělo by se spustit relé přidělené pro tuto zónu a ostatní relé by měla zůstat stejná. To je důvod, proč je relé pojmenováno Ochranné relé omezené zemní ochrany.
Na výše uvedeném obrázku je ochranné zařízení na chráněné straně transformátoru. Předpokládejme, že se jedná o primární stranu, a předpokládejme také, že na sekundární straně transformátoru je zemní spojení. Nyní, pokud dojde k poruše na zemní straně, z důvodu zemní poruchy tam bude komponenta nulové sekvence, která bude cirkulovat pouze na sekundární straně. A to se neprojeví na primární straně transformátoru.
Toto relé má tři fáze, pokud dojde k poruše, budou mít tři složky, složky pozitivní sekvence, složky negativní sekvence a komponenty nulové sekvence. Protože složky pozitivních flitrů jsou přemístěny o 120 *, bude v kterémkoli okamžiku protékat součet všech proudů ochranným relé. Součet jejich proudů se tedy bude rovnat nule, protože jsou posunuty o 120 *. Obdobně je tomu u složek negativní sekvence.
Nyní předpokládejme, že dojde k poruchovému stavu. Tato porucha bude detekována CT, protože má složku s nulovou sekvencí a proud začne protékat ochranným relé, když k tomu dojde, relé vypne a ochrání transformátor.
Relé Buchholz (detekce plynu)
Obrázek nahoře ukazuje relé Buchholz. Buchholtz relé je namontován mezi hlavním transformátoru jednotce a konzervátora nádrže, když dojde k poruše v transformátoru, zjistí vyřešen plynu pomocí plovákového spínače.
Pokud se podíváte pozorně, uvidíte šipku, plyn proudí z hlavní nádrže do nádrže konzervátoru, normálně by v samotném transformátoru neměl být žádný plyn. Většina plynu se označuje jako rozpuštěný plyn a v závislosti na poruchovém stavu může být produkováno devět různých druhů plynů. V horní části tohoto relé jsou dva ventily, které se používají ke snížení hromadění plynu a také k odebírání vzorku plynu.
Když nastane poruchový stav, máme jiskry mezi vinutími nebo mezi vinutími a jádrem. Tyto malé elektrické výboje ve vinutí zahřejí izolační olej a olej se rozloží, takže produkuje plyny, jejichž závažnost zjišťuje, která skla jsou vytvořena.
Při velkém výboji energie dojde k produkci acetylenu a jak víte, výroba acetylenu vyžaduje spoustu energie. A měli byste si vždy pamatovat, že jakýkoli typ poruchy bude produkovat plyny, a to analýzou množství plynu, můžeme zjistit závažnost poruchy.
Jak funguje relé Buchholz (detekce plynu)?
Jak vidíte z obrázku, máme dva plováky: horní plovák a spodní plovák, také máme přepážku, která tlačí spodní plovák.
Když dojde k velké elektrické poruše, produkuje velké množství plynu, než plyn proudí potrubím, což posouvá přepážkovou desku a to nutí dolní plovák dolů, nyní máme kombinaci, horní plovák je nahoře a spodní plovák je dolů a přepážka se naklonila. Tato kombinace naznačuje, že došlo k masivní poruše. který vypne transformátor a také generuje alarm. Obrázek níže ukazuje přesně to,
Ale to není jediný scénář, kde může být toto relé užitečné, představte si situaci, kdy uvnitř transformátoru dochází k menšímu jiskření, tyto archy produkují malé množství plynu, tento plyn vytváří tlak uvnitř relé a horní plovák klesá dolů a vytlačuje olej uvnitř, nyní relé generuje alarm v této situaci, horní plovák je dole, spodní plovák se nemění a přepážka se nezmění, pokud je detekována tato konfigurace, můžeme si být jisti, že máme pomalé hromadění plynu. Obrázek níže ukazuje přesně to,
Nyní víme, že máme poruchu, a pomocí ventilu nad relé vypustíme část plynu a analyzujeme plyn, abychom zjistili přesný důvod tohoto hromadění plynu.
Toto relé může také detekovat podmínky, kdy hladina izolačního oleje klesá v důsledku netěsností v šasi transformátoru, za těchto podmínek klesá horní plovák, spodní plovák a přepážka zůstává ve stejné poloze. V tomto stavu dostaneme jiný alarm. Níže uvedený obrázek ukazuje práci.
U těchto tří metod detekuje Buchholzovo relé poruchy.
Ochrana proti přetékání
Transformátor je navržen tak, aby pracoval při pevné úrovni toku, která překračuje tuto úroveň toku a jádro se nasytí, nasycení jádra způsobí zahřívání jádra, které rychle následuje přes ostatní části transformátoru, což vede k přehřátí komponent, tedy k přehřátí ochrana toku je nezbytná, protože chrání jádro transformátoru. Mohou nastat situace přetečení kvůli přepětí nebo snížení frekvence systému.
K ochraně transformátoru před přetížením se používá relé přetížení. Relé proti přetížení měří poměr napětí / frekvence k výpočtu hustoty toku v jádře. Rychlé zvýšení napětí v důsledku přechodových jevů v energetickém systému může způsobit nadměrné proudění, ale přechodové jevy rychle odumírají, proto je okamžité vypnutí transformátoru nežádoucí.
Hustota toku je přímo úměrná poměru napětí k frekvenci (V / f) a přístroj by měl detekovat poměr, pokud je hodnota tohoto poměru větší než jednota, to je provedeno relé založeným na mikrokontroléru, které měří napětí a frekvenci v reálném čase, poté vypočítá rychlost a porovná ji s předem vypočítanými hodnotami. Relé je naprogramováno na inverzní určitou dobu (charakteristiky IDMT). Nastavení však lze provést ručně, pokud je to požadavek. Tímto způsobem bude účel splněn, aniž by byla ohrožena ochrana proti nadměrnému toku. Nyní vidíme, jak důležité je zabránit přepínání transformátoru před přetékáním.
Doufám, že se vám článek líbil a naučili jste se něco užitečného. Máte-li jakékoli dotazy, nechte je v sekci komentářů nebo použijte naše fóra pro další technické dotazy.