Alt om transformerbeskyttelse og transformerbeskyttelseskredsløb

Transformere er en af ​​de mest kritiske og dyre komponenter i ethvert distributionssystem. Det er en lukket statisk enhed, der normalt er gennemblødt i olie, og derfor er fejl, der opstår, begrænset. Men effekten af ​​en sjælden fejl kan være meget farlig for transformeren, og den lange leveringstid til reparation og udskiftning af transformere gør tingene endnu værre. Derfor bliver transformerbeskyttelse meget afgørende.

Fejl, der opstår på en transformer, er hovedsageligt opdelt i to typer, nemlig eksterne fejl og interne fejl for at undgå enhver fare for transformatoren, en ekstern fejl ryddes af et komplekst relæsystem inden for den kortest mulige tid. De interne fejl er hovedsageligt baseret på sensorer og målesystemer. Vi vil tale om disse processer yderligere i artiklen. Før vi kommer dertil, er det vigtigt at forstå, at der er mange typer transformere, og i denne artikel vil vi hovedsagelig diskutere strømtransformator, der bruges i distributionssystemer. Du kan også lære om arbejdet med strømtransformator for at forstå det grundlæggende.

Grundlæggende beskyttelsesfunktioner som overexcitationsbeskyttelse og temperaturbaseret beskyttelse kan genkende forhold, der i sidste ende fører til en fejltilstand, men komplet transformerbeskyttelse leveret af relæer og strømtransformatorer er passende til transformere i kritiske applikationer.

Så i denne artikel vil vi tale om de mest almindelige principper, der bruges til at beskytte transformere mod katastrofale fejl.

Transformerbeskyttelse til forskellige typer transformere

Beskyttelsessystemet, der anvendes til en strømtransformator, afhænger af transformatorens kategorier. En tabel nedenfor viser,

Kategori	Transformer Rating - KVA
1 fase	3 fase
jeg	5 - 500	15 - 500
II	501 - 1667	501 - 5000
III	1668 - 10.000	5001 - 30.000
IV	> 10.000	> 30.000

• Transformere inden for området 500 KVA falder ind under (kategori I & II), så de er beskyttet ved hjælp af sikringer, men for at beskytte transformere op til 1000 kVA (distributionstransformatorer til 11 kV og 33 kV) anvendes normalt spændingsafbrydere.
• For transformatorer på 10 MVA og derover, der falder ind under (kategori III og IV), skulle der anvendes differentierede relæer for at beskytte dem.

Derudover anvendes mekaniske relæer såsom Buchholtz-relæer og pludselige trykrelæer i vid udstrækning til transformerbeskyttelse. Ud over disse relæer implementeres termisk overbelastningsbeskyttelse ofte for at forlænge transformatorens levetid snarere end til detektering af fejl.

Almindelige typer af transformerbeskyttelse

1. Beskyttelse mod overophedning
2. Overstrømsbeskyttelse
3. Differentiel beskyttelse af transformer
4. Jordfejlbeskyttelse (begrænset)
5. Buchholz (gasregistrering) relæ
6. Overstrømningsbeskyttelse

Beskyttelse mod overophedning i transformere

Transformere overophedes på grund af overbelastning og kortslutningsforhold. Den tilladte overbelastning og den tilsvarende varighed afhænger af typen af ​​transformer og isoleringsklasse, der bruges til transformeren.

Højere belastninger kan opretholdes i meget kort tid, hvis det er meget længe, ​​det kan beskadige isoleringen på grund af temperaturstigning over en antaget maksimal temperatur. Temperaturen i den oliekølede transformator betragtes som maksimal, når dens 95 * C, hvorefter transformatorens forventede levetid falder, og det har skadelige virkninger i ledningens isolering. Derfor bliver overophedningsbeskyttelse afgørende.

Store transformatorer har olie- eller viklingstemperaturdetekteringsanordninger, der måler olie- eller viklingstemperatur, der er typisk to målinger, den ene henvises til hot-spot-måling og den anden betegnes som topolie-måling, nedenstående billede viser en typisk termometer med en temperaturkontrolboks fra reinhausen, der bruges til at måle temperaturen på en væskeisoleret konservativ type transformer.

Boksen har en måleur, der angiver transformatorens temperatur (som er den sorte nål), og den røde nål angiver alarmsætpunktet. Hvis den sorte nål overgår den røde nål, aktiverer enheden en alarm.

Hvis vi kigger nedad, kan vi se fire pile, hvorigennem vi kan konfigurere enheden til at fungere som en alarm eller trip, eller de kan bruges til at starte eller stoppe pumper eller køleventilatorer.

Som du kan se på billedet, er termometeret monteret på toppen af ​​transformatorbeholderen over kernen og viklingen, det er så gjort, fordi den højeste temperatur vil være i midten af ​​tanken på grund af kernen og viklingerne. Denne temperatur er kendt som den øverste olietemperatur. Denne temperatur giver os et skøn over hot-spot temperaturen i transformerkernen. I dag anvendes fiberoptiske kabler inden for lavspændingsviklingen til nøjagtigt at måle transformatorens temperatur. Sådan implementeres beskyttelse mod overophedning.

Overstrømsbeskyttelse i transformer

Overstrømsbeskyttelsessystemet er et af de tidligste udviklede beskyttelsessystemer derude, det klassificerede overstrømssystem blev udviklet til at beskytte mod overstrømsforhold. Strømfordelere bruger denne metode til at opdage fejl ved hjælp af IDMT-relæerne. relæerne har:

1. Omvendt kendetegn, og
2. Minimum driftstid.

IDMT-relæets kapacitet er begrænset. Disse slags relæer skal indstilles 150% til 200% af den maksimale nominelle strøm, ellers fungerer relæerne under nødoverbelastningsforhold. Derfor giver disse relæer mindre beskyttelse for fejl inde i transformertanken.

Differentiel beskyttelse af transformer

Den procentvise forspændte strømdifferentialbeskyttelse bruges til at beskytte strømtransformatorer, og det er en af ​​de mest almindelige transformerbeskyttelsesordninger, der giver den bedste samlede beskyttelse. Disse former for beskyttelse bruges til transformere med en vurdering, der overstiger 2 MVA.

Transformatoren er stjerneforbundet på den ene side og delta forbundet den anden side. CT'erne på stjernesiden er delta-forbundet, og dem på delta-forbundet side er stjerne-forbundet. Begge transformatorernes neutrale er jordforbundet.

Transformatoren har to spoler, den ene er betjeningsspolen og den anden er tilbageholdende spolen. Som navnet antyder, bruges fastholdelsesspolen til at producere fastholdelseskraften, og driftsspolen bruges til at producere driftskraften. Bindespolen er forbundet med den sekundære vikling af strømtransformatorerne, og driftsspolen er forbundet mellem CT-potentialets potentiale.

Transformer Differential Protection Working:

Normalt bærer driftsspolen ingen strøm, da strømmen matches på begge sider af effekttransformatorerne, når der opstår en intern fejl i viklingerne, ændres balancen, og differentierelæets betjeningsspoler begynder at producere differentiel strøm mellem de to sider af transformeren. Således udløser relæet afbrydere og beskytter hovedtransformatoren.

Begrænset jordfejlbeskyttelse

En meget høj fejlstrøm kan strømme, når der opstår en fejl ved transformatorbøsningen. I så fald skal fejlen afhjælpes hurtigst muligt. Rækkevidden af ​​en bestemt beskyttelsesanordning bør kun være begrænset til transformatorzonen, hvilket betyder, at hvis der opstår en jordfejl et andet sted, skal det relæ, der er tildelt til den pågældende zone, blive udløst, og andre relæer skal forblive de samme. Så det er derfor, relæet hedder Begrænset jordfejlbeskyttelsesrelæ.

På ovenstående billede er beskyttelsesudstyret på den beskyttede side af transformeren. Lad os antage, at dette er den primære side, og lad os også antage, at der er en jordfejl på den sekundære side af transformeren. Hvis der er en fejl på jordsiden, på grund af jordfejlen, vil der være en nul sekvenskomponent der, og den cirkulerer kun på sekundærsiden. Og det afspejles ikke i transformerens primære side.

Dette relæ har tre faser. Hvis der opstår en fejl, har de tre komponenter, de positive sekvenskomponenter, de negative sekvenskomponenter og nul-sekvenskomponenterne. Fordi de positive sequins-komponenter forskydes med 120 *, vil summen af ​​alle strømme på ethvert tidspunkt strømme gennem beskyttelsesrelæet. Så summen af ​​deres strømme vil være lig med nul, da de forskydes med 120 *. Tilsvarende er tilfældet for komponenterne i den negative sekvens.

Lad os nu antage, at der opstår en fejltilstand. Denne fejl vil blive opdaget af CT'erne, da den har en nul-sekvens komponent, og strømmen begynder at strømme gennem beskyttelsesrelæet, når det sker, vil relæet trippe og beskytte transformeren.

Buchholz (gasregistrering) relæ

Ovenstående billede viser et Buchholz-relæ. Den Buchholtz relæ er monteret i mellem hovedtransformerens enhed og konservator tanken, når der opstår en fejl inden i transformeren, registrerer den løst gas ved hjælp af en niveauafbryder.

Hvis du ser nøje, kan du se en pil, gas strømmer ud fra hovedtanken til konservatorbeholderen, normalt skal der ikke være nogen gas i selve transformatoren. Det meste af gassen kaldes opløst gas, og der kan produceres ni forskellige typer gasser afhængigt af fejltilstanden. Der er to ventiler øverst på dette relæ, disse ventiler bruges til at reducere gasopbygningen, og det bruges også til at tage en gasprøve ud.

Når der opstår en fejltilstand, har vi gnister mellem viklingerne eller mellem viklingerne og kernen. Disse små elektriske udladninger i viklingerne vil varme den isolerende olie op, og olien vil nedbrydes, og dermed producerer den gasser, sværhedsgraden af ​​nedbrydningen registrerer, hvilke briller der dannes.

En stor energiudledning vil producere acetylen, og som du måske ved, tager acetylen meget energi til at blive produceret. Og du skal altid huske, at enhver form for fejl vil producere gasser, ved at analysere mængden af ​​gas kan vi finde sværhedsgraden af ​​fejlen.

Hvordan fungerer Buchholz (gasdetektion) relæ?

Som du kan se på billedet, har vi to svømmere: en øvre svømmer og en nedre svømmer, og vi har også en ledeplade, der skubber den nedre svømmer ned.

Når der opstår en stor elektrisk fejl, producerer den meget gas, end gassen strømmer gennem røret, som forskyder ledepladen, og som tvinger den nedre flydende ned, nu har vi en kombination, den øverste svømmer er op og den nederste svømmer er ned og ledepladen er vippet. Denne kombination indikerer, at der er opstået en massiv fejl. som lukker transformeren ned, og den genererer også en alarm. Billedet nedenfor viser nøjagtigt det,

Men dette er ikke det eneste scenario, hvor dette relæ kan være nyttigt, forestil dig en situation, hvor der inde i transformatoren er en mindre bue, der sker, disse arke producerer en lille mængde gas, denne gas producerer et tryk inde i relæet og øvre svømmer kommer ned og fortrænger olien inde i den, nu genererer relæet en alarm i denne situation, den øverste svømmer er nede, den nederste svømmer er uændret og baffelpladen er uændret, hvis denne konfiguration registreres, kan vi være sikre på, at vi har en langsom ophobning af gas. Billedet nedenfor viser nøjagtigt det,

Nu ved vi, at vi har en fejl, og vi vil udlufte noget af gassen ved hjælp af ventilen over relæet og analysere gassen for at finde ud af den nøjagtige årsag til denne gasopbygning.

Dette relæ kan også registrere forhold, hvor det isolerende oliestand falder på grund af lækager i transformerchassiset, i den tilstand, den øverste svømmer falder, den nederste svømmer falder, og ledepladen forbliver i samme position. I denne tilstand får vi en anden alarm. Nedenstående billede viser arbejdet.

Med disse tre metoder registrerer Buchholz-relæet fejl.

Overstrømningsbeskyttelse

En transformer er designet til at fungere ved et fast fluxniveau, der overstiger det fluxniveau, og kernen bliver mættet, mætning af kernen forårsager opvarmning i kernen, der hurtigt følger gennem de andre dele af transformeren, der fører til overophedning af komponenter, således over Fluxbeskyttelse bliver nødvendig, da det beskytter transformerkernen. Overflux-situationer kan opstå på grund af overspænding eller en reduktion i systemfrekvensen.

For at beskytte transformeren mod overstrømning anvendes overstrømningsrelæet. Overstrømningsrelæet måler forholdet mellem spænding / frekvens for at beregne fluxdensiteten i kernen. En hurtig stigning i spændingen på grund af transienter i elsystemet kan forårsage overstrømning, men transienter dør hurtigt ned, derfor er øjeblikkelig udløsning af transformeren uønsket.

Fluxdensiteten er direkte proportional med forholdet mellem spænding og frekvens (V / f), og instrumentet skal registrere rationen, hvis værdien af ​​dette forhold bliver større end enhed, dette gøres af et mikrocontroller-baseret relæ, der måler spændingen og frekvensen i realtid, derefter beregner den hastigheden og sammenligner den med de forudberegnede værdier. Relæet er programmeret til en omvendt bestemt minimumstid (IDMT-karakteristika). Men indstillingen kan udføres manuelt, hvis det er et krav. På denne måde vil formålet blive tjent uden at gå på kompromis med overstrømningsbeskyttelsen. Nu ser vi, hvor vigtigt det er at forhindre, at transformatoren snubles i for stor strømning.

Håber du nød artiklen og lærte noget nyttigt. Hvis du har spørgsmål, skal du lade dem være i kommentarsektionen eller bruge vores fora til andre tekniske forespørgsler.