MV / LV transzformátor védelem a hőmérséklet emelkedése, túlterhelés, rövidzárlat és túlfeszültség ellen
A transzformátor tulajdonságait, amiket tudnia kell
A transzformátor típusának megfelelő kiválasztásakoraz elektromos mérnöknek meg kell ismernie a különböző elektromos és termikus tulajdonságait, valamint a transzformátor hibáiból vagy normál szervizeléséből eredő feszültségekkel szembeni ellenállást. Ez nagyon fontos tudni.
MV / LV transzformátor védelem a hőmérséklet emelkedése, túlterhelés, rövidzárlat és túlfeszültség ellen
A transzformátor konstrukciós technológiája végül meghatározza a megfelelő védelem kiválasztását is. Beszéljünk az MV / LV teljesítmény transzformátorok védelmének négy legfontosabb szempontjáról és arról, hogy ezek hogyan valósultak meg.
- Hőmérséklet-emelkedés elleni védelem
- Védelem túlterhelés ellen
- Védelem rövidzárlat ellen
- Túlfeszültség elleni védelem
1. Hőmérséklet-emelkedés elleni védelem
Normál működés közben egy transzformátor rendelkeziknem terheléses veszteségek és terhelési veszteségek, amelyek alapvetően diszpergált hőenergiává válnak. Ez az energia a transzformátor magától, annak teljesítményétől és a telepítési körülményektől függ.
Mivel a terhelés ennek következtében a veszteségeket és a szobahőmérséklet-növekedést növeli, elősegítve a szigetelések gyorsabb lebomlását és így a dielektrikum meghibásodásának nagyobb valószínűségét.
Ez a helyzet akkor is előfordulhat, ha a terhelés, a szobahőmérséklet és ennek következtében a transzformátor hőmérséklete egyenlő veszteségekkel jár.
JEGYZET! A szabványok meghatározzák azokat a szigetelési osztályokat, amelyek jelzik azok a maximális hőmérsékletek, amelyeket a transzformátorok elérhetnek normál működésük során és amelyeket nem szabad túllépni.
Asztal 1 - Szigetelési osztályok
| Osztály | Transzformátor típus | Átlagos hőmérséklet-emelkedési határértékek névleges áramnál |
| B osztály (130 ° C) | olaj | 80 ° C-on |
| F osztály (155 ° C) | gyanta | 100 ° C |
| H osztály (180 ° C) | száraz-típusú | 125 ° C |
A hőmérséklet emelkedése nem csak a terheléstől és a terheléstől függa védőberendezések által észlelt túláramok, hanem a környezeti tényezők (a hűtőrendszer hatástalansága, a kényszer szellőzés hibája és a szobahőmérséklet növelése), amelyek befolyásolják a transzformátor sajátos veszteségei által termelt hőt.
Ezért rendszerint elektronikus hőmérsékletmérő eszközöket biztosítanak. Ezek szükségesek a riasztás megadásához vagy a transzformátorvédelem indításához.
A legtöbb transzformátorhoz a következő hőmérséklet-érzékelők állnak rendelkezésre: Pt100 termoszenzorok és PTC termisztorok.
- PT100 - A megfigyelt hőmérsékletgel arányos jelet szolgáltat
- PTC - A tápellátás ON / OFF jelzése attól függően, hogy a mért hőmérséklet kisebb-e, mint az érzékelő tartója
Az érzékelők a tekercs forró pontján helyezkednek el. Mind a PT100, mind a PTC jeleket a hőmérsékletszabályozó egységnek kell feldolgoznia, amely nem része a szabványos berendezésnek.
Kérésre más kiegészítők állnak rendelkezésre a hőmérséklet ellenőrzésére:
- A kapcsolószekrény ajtajára külön hőmérséklet-kijelzőt kell felszerelni
- Kimeneti relé riasztás, kioldó és ventilátorok vezérléséhez
2. táblázat - Tipikus transzformátor riasztás és kioldási hőmérséklet értékek
| Transzformátor típus | Szoba (° C) | Riasztás (° C) | Kiadás (° C) |
| Olaj | 40 | 105 | 118 |
| Gyanta | 40 | 140 | 155 |
| Levegő | 40 | 165 | 180 |
3. táblázat - Hőmérséklet-emelkedési határok az öntött gyanta transzformátoroknál
| Transzformátor rész | Szigetelő rendszer hőmérséklete (° C) | Maximális hőmérséklet-emelkedés (° C) |
| tekercselés: (a hőmérséklet emelkedése a fűtőelem variációs módszerrel mérve) |
105 (A) | 60 |
| 120 (E) | 75 | |
| 130 (B) | 80 | |
| 155 (F) | 100 | |
| 180 (H) | 125 | |
| 200 | 135 | |
| 220 | 150 | |
| Mag, fém alkatrészek és szomszédos anyagok | - | A hőmérséklet elérésének értékei semmi esetre sem lehetnek a magot, más részeket vagy a szomszédos anyagokat károsító. |
1.1 A transzformátorok szellőztetése
Mint korábban említettük, a szolgáltatás során aA transzformátor veszteségek miatt hőt termel. Ezt a hőt el kell távolítani a helyiségből, ahol a transzformátor telepítve van. Ebből a célból biztosítani kell, hogy a szobában megfelelő természetes szellőzés legyen.
Ha nem, kényszer szellőztetést kell telepíteni.
A CEI UNEL 21010 és az azzal egyenértékű IEC szabványok előírják, hogy a helyiség levegőjének hőmérséklete nem haladhatja meg a következő értékeket:
- 20 ° C átlagos éves
- Napi 30 ° C átlag
- Legfeljebb 40 ° C
A hőmérsékletemelkedést védő rendszert a maximális szobahőmérséklet-érték alapján kell kalibrálni 40 ° C-on plusz a szabványok által meghatározott maximális hőmérséklet-emelkedés és a forró pont delta K-je, ahol az érzékelőket telepítették.
A természetes szellőzés hatékonyságának értékeléséhez és ennek következtében ellenőrizze a szellőzőnyílások szakaszát és a lehetséges pozicionálási magasságokat, vegye figyelembe az alábbi változókat:
- TL = az összes veszteség kW-ban
- AT = a levegő be- és kimenete közötti hőmérséklet-különbség
- Q = levegő áramlása az alsó ablakon m3/ sec
- H = távolság a metszéspontban a kabin mediánja és a felső ablak középpontja között (kimeneti ablak).
1. ábra - A transzformátor helyiség szellőzése
Az alsó légbeviteli ablak nettó területét m-ben jelöljük2 (a grill kivételével) S. Feltételezve, hogy ΔT = 15 ° C, a képlet a bemeneti ablak méretezéséhez:
S = 0,185 × (TL × √H)
JEGYZET! - Különböző ΔT-ok esetén forduljon a gyártó szakemberéhez.
A kimeneti ablaknak (S ') körülbelül 15% -kal nagyobbnak kell lennie, mint a bemeneti ablak. Ha az így kiszámított légáramlást nem lehet elérni, szellőztető rudakat kell használni.
Ha a transzformátor helyisége kicsi vagy rosszul szellőztetett, kényszer szellőztetést kell alkalmazni. Ez akkor is szükséges, ha az átlag éves hőmérséklete van 20 ° C-nál magasabb vagy ha gyakori a transzformátor túlterhelése.
Annak elkerülése érdekében, hogy a helyiségben a természetes konvekció bekövetkezzen, a felső nyílásba levegőelszívót lehet beépíteni, amelyet esetleg egy termosztát vezérel.
2. ábra - Transzformátor helyiség kényszer szellőztetés
1.2 A hőmérséklet ellenőrzése
A hőmérsékletet Pt100 hőmérséklet-érzékelőkkel vagy hőmérőkkel ellenőrizheti. Alternatív megoldás a használat PTC érzékelők, amely azonban a hátránya, hogy a hőmérséklet nem jelenik meg. Ezeket a rendszereket az alacsony feszültségű tekercsek hőmérsékletének ellenőrzésére használják.
A statikus áramátalakítót szállító transzformátorok esetében ellenőrizni kell a mágneses mag hőmérsékletét is.
1.3 PTC érzékelők használata
Háromfázisú transzformátorokban az ellenőrző rendszerhárom érzékelőből áll, egyenként fázisban, sorba kapcsolva. Az érzékelők csak olyan ellenállások, amelyek a reakcióhőmérséklet küszöbérték túllépésekor a relé jelét továbbítják a reléhez.
Amikor a védelmi relét a hálózat tápláljaA transzformátor által működtetett késleltetett érintkező megakadályozza a riasztást és a jeleket, amikor a transzformátort üzembe helyezik mindaddig, amíg a relé tekercs nem működik.
3. ábra - A transzformátor PTC érzékelői
Hol:
- Hőmérséklet-érzékelők
- Védelmi relé
- Riasztás vagy kioldás
- Késleltetett kapcsolat
- Transzformátor csatlakozó kártya
2. Túlterhelés elleni védelem
A túlterhelés az a jelenség, amely akkor fordul elő, amikor a rendszer által elnyelt áram értéke meghaladja a névleges értéket. A túlterhelés tartósan elkerülhetetlenül vezet meghaladja az elfogadható hőmérséklet-emelkedési határértékeket a transzformátor számára meghatározott, és ennek következtében a szigetelőanyagok romlása veszélye áll fenn.
Ez a helyzet néha előnyösebb, mint a szolgáltatás megszakítása (ideiglenes teljesítménycsúcs miatt), amely jelentős anyagi és gazdasági kárt okozhat.
A legtöbb esetben a túlterhelés átmeneti és így általában nem befolyásolja a termikus egyensúlyt. Az „elfogadható” túlterhelési szint a felhasználó szolgáltatás-folytonosság iránti igényének és maga a rendszer típusának a függvénye.
4. ábra - Egy olaj transzformátor túlterhelési kapacitása
Szigetelő-folyadék transzformátorokhoz aa hűtőolaj keringése és a radiátor-tartályok alakja lehetővé teszi a szigetelés gyors helyreállítását és a részleges kisülések csökkentését, valamint azt, hogy a transzformátor gyorsan elérje üzemi hőmérsékletét.
A probléma részleges megoldása lehet az öntött gyanta transzformátorokra rögzített radiális ventilátorok használata, amely lehetővé teszi egy ideiglenes transzformátor túlterhelését a névleges teljesítmény 150% -áig.
5. ábra - Transzformátor radiális ventilátorok (fotóhitel: stetechnic.com)
Emlékeztetni kell azonban arra, hogy mivel a teljesítmény növeli a terhelésnövekedés miatti veszteségeket. Mivel ezek az áram négyzetétől függenek elérhetik a névleges érték 2,25-szeresét.
Az axiális ventilátorokat csak speciális és ideiglenes esetekben szabad használni a tekercsek hűtésére, vagy egyfajta erőforrás-tartalékra, amely vészhelyzetben használható.
6. ábra - Transzformátor axiális ventilátorok (fotóhitel: stetechnic.com)
2.1 Túlterhelés a nyilvános elosztásban
A nyilvános elosztásban rövid távon elsőbbséget élvez a szolgáltatás folytonossága. Emiatt a túlterhelések általában nem vezetnek a transzformátor kikapcsolásához.
Ugyanezen okból kifolyólag az alacsony feszültségű áramkörök mindig túlméretesek, és ezért a transzformátor túlterhelése soha nem felel meg egy
a vezetők túlterhelése.
Figyelmet kell fordítani azonban, ha a túlterhelés túl gyakran megismétlődik. Ebben az esetben a forgalmazó szervezetnek a transzformátort nagyobb teljesítményű modellre kell cserélnie.
7. ábra - Schiphol amszterdami repülőtér (phoyo hitel: Rare Delights Magazine)
2.2 Az ipari elosztás túlterhelése
Ipari létesítményben a túlterhelés is lehetségesrövid vagy hosszú ideig tart. Ezekben a berendezésekben a túlterhelés és a rövidzárlat elleni védőkapcsolóval felszerelt főelosztóasztal mindig közvetlenül a transzformátorok után van.
A túlterhelés kezelése valójában a kisfeszültségű oldali megszakítókra van átruházva, amelyek automatikus vagy szabályozott módon leválasztják a terheléseket.
8. ábra - Tesla autógyár
2.3 A szervizelosztás túlterhelése
Szolgáltatási létesítményekben, például irodákban és bevásárlóközpontokban, alapvető fontosságú a szolgáltatás folytonossága. Az ilyen típusú alkalmazási feltételekben rendszeres
ritkán fordul elő a kezdeti vagy hasonló viselkedésű terhelés.
A szolgáltatás maximális folytonosságának garantálásatúlterhelés esetén elengedhetetlen, hogy a kisfeszültségű oldalon lévő transzformátor szükség esetén a nem prioritásnak tekintett terheléseket kezelje és leválasztja.
9. ábra - Bevásárlóközpont
2.4 Védelem túlterhelés ellen megszakítókkal
A túlterhelés elleni megfelelő védelem érdekében a rendszer által elnyelt áramértékek nem haladhatják meg a küszöbértéket A névleges áram 110% -a és 150% -a.
A túlterhelés elleni védelem bekapcsolhatómind a középfeszültségű oldal, mind a kisfeszültségű oldal, a transzformátor teljesítményétől függően. Az alacsony teljesítményű transzformátoroknál a védelmet az alacsony feszültségű oldalon kell elhelyezni, míg a nagy teljesítményű transzformátoroknál a védelmet a középfeszültségű oldalon kell biztosítani.
Az MV oldalán lévő túlterhelés elleni védelem a maximális áramú védelemmel kapcsolatos MV áramkör-megszakítókkal történik állandó vagy független idő alatt. Ezek a megszakítók is garantálják a magas hibaáramok elleni védelmet.
Az LV oldali védelem helyett LV-t használunka főkapcsoló fedélzetére szerelt megszakítók. Ezek a megszakítók fordított időgörbével rendelkeznek, amely megvédi a transzformátort. A megfelelő transzformátorvédelemhez a megszakítót állítják be a transzformátor névleges áramának függvényében.
Ebben az esetben ne feledje, hogy a hibaáram alacsonyabb (körülbelül 2 - 3-szorosa az I transzformátornakn). Az ilyen típusú hibákat nem szabad alulértékelni. Még ha enyheek is, ha tartósak, rendkívül károsak lehetnek a transzformátor számára.
Megfelelő transzformátorvédelem ezen hibák ellen „termikus memória” funkcióval ellátott megszakítók biztosítani kell.
9. ábra - LV megszakítók (Legrand típus DMX3) telepítése kabinokban
2.5 Védelem túlterhelés ellen a hőmérséklet mérésével
Amint azt korábban említettük, a túlterhelés alapvetőenolyan hőmérséklet-emelkedéshez kapcsolódik, amely a tényleges összetevő ellenőrzése alatt áll, mivel hatásai a szigetelőanyagok gyors romlásához és a transzformátor dielektromos tulajdonságainak meghibásodásához vezethetnek.
A legtöbb öntött gyanta transzformátorok ezeket a termoszisztorokat az alkatrészek közelében helyezik el amelyek a termikus szempontból leginkább kritikusak.
Az olaj transzformátorok helyett a hőmérsékleta mérést termosztátok segítségével kezelik. A dielektromos folyadék úgy működik, mint egy hűtőfolyadék a tekercsekhez, és hajlamos a szinttel a transzformátor belső hőmérsékletére.
Termosztát használata mérőeszközként lehetővé teszi több működési küszöbérték kezelése, amely például a terhelésátvitel aktiválására vagy a transzformátor kényszerhűtésére használható.
10. ábra - Transzformátor hőmérséklet ellenőrzése (bal oldalon: PT100 szondák; jobb oldalon: ventilátor vezérlőegység)
3. Védelem rövidzárlat ellen
A referencia-szabványok meghatározzák, hogy a transzformátorokat meg kell tervezni és gyártani hogy ellenálljon a külső rövidzárlatok által okozott hő- és mechanikai hatásoknak sérülés nélkül.
A kisfeszültségű áramkörök impedanciája ameghatározó tényező a rövidzárlati áramok kiszámításához, amelyek az elektromechanikus feszültségek szempontjából károsak lehetnek közvetlenül a későbbi áramlási hibával rendelkező transzformátor számára.
A kisfeszültségű oldal hibája a transzformátor kapcsok közelében termikus feszültséget és mechanikai feszültséget okoz a transzformátoron amelyek a hiba értékei és időtartama.
A transzformátorok úgy vannak kialakítva, hogy ellenálljanak a rövidebb áramköröknek a terminálok között a legkritikusabb helyzetben amely végtelen hibaforrásnak felel meg és rövidzárlat.
A hatékony védelem érdekében mind a kisfeszültségű oldalon, mind a nagyfeszültségű oldalon megfelelő védőeszközöket kell biztosítani (figyelembe véve a szükséges szelektív koordinációkat).
11. ábra - Az MV biztosítékok és az LV védelmi eszközök közötti szelektivitás
3.1 Védelem a rövidzárlat ellen az MV biztosítékokkal
Mivel a biztosítékok olcsóak és könnyen kezelhetők, széles körben használják az elosztó transzformátorok védelme a nyilvános hálózatokban. Míg az egyszerűség és az ár egyértelmű előnyök, azonban igaz, hogy a biztosítékok használata korlátozott.
Ezeket gyakran alacsony védelmi körülmények között használják, amikor a szelektív koordinációra vagy a szolgáltatás folytonosságára vonatkozó különleges követelmények nem szükségesek.
A biztosítékok egy névleges áramérték és idő / áram olvadási tulajdonsága. Az MV biztosítékok általában két változatban kaphatók:
- Kioldó biztosítékok és
- Korlátozó biztosítékok.
Az elsőt általában a levegőben használjákelosztó rendszer. A másodikt általában szélesebb körben használják, mert néhány milliszekundumon belül képesek a nagy áramokra való reagálásra. A nagy válaszsebesség az a paraméter, amely magának a biztosítéknak a korlátozására képes, és amely a legsúlyosabb körülmények között is megfelelő védelmet tesz lehetővé, csökkentve a transzformátor és a kapcsolódó áramkörök károsodásának kockázatát.
A védelmi okokból a legmegfelelőbb biztosíték kiválasztása azonban nagyon összetett, és figyelembe kell venni a különböző tényezőket.
A biztosíték helyes megválasztásának kritériumai:
- A transzformátor üzemi feszültsége
- A kapcsoló BE áramlik
- A transzformátor ideiglenes túlterhelési szintje
- Az LV oldalról a hiba megszüntetéséhez szükséges idő
- A szelektivitás szintje az LV védelemmel
12. ábra - SIBA típusú MV biztosítékok példája
3.2 Védelem rövidzárlattal MV megszakítóval
A hatékonyabb védelem érdekébena jelenlegi küszöbértékek és a működési idők kiigazítási szintjei és szelektivitás megszerzése a transzformátortól az LV oldalán lévő védőelemek tekintetében, a nagyfeszültségű megszakítók egyre gyakoribbak.
Az MV transzformátornak szánt védelmi megszakítónak a következő tulajdonságokkal kell rendelkeznie:
- Az MV védőberendezés nagyobb sebessége közvetlenül felfelé;
- A rövidzárlati áram nagyobb áramlási sebessége a LV oldalán;
- Be kell engedniük az ON kapcsoló áramát
- Biztosítaniuk kell a túlterhelési zóna felügyeletét
13. ábra - Példa az MV-áramkörben lévő MV-megszakítóra
4. Túlfeszültség elleni védelem
A transzformátorokat befolyásolhatja átmeneti indukált túlfeszültségek a hálózaton amelyekhez kapcsolódnak. Ezek a túlfeszültségek a közvetlen vagy közvetett villámcsapások, vagy az LV oldalra szerelt gépeken történő elektromos működés következtében feszültségeket okozhatnak a transzformátor dielektrikumára, ami
gyors elöregedése és az idő miatti meghibásodása, ami hibákat okoz a transzformátoron.
A legsúlyosabb körülmények általában előfordulnak amikor a transzformátorok feszültségét nem automata megszakítókkal vágják le, amelyek megszakítja az áramokat.
A túlfeszültségnek való kitettség kockázata elsősorban a telepítés helyéhez kapcsolódik, majd a következő tényezőkhöz:
- Az MV elosztóhálózat típusa és az LV hálózat típusa (a föld felett vagy fölött);
- Legyen-e túlfeszültség-korlátozó eszközök (leválasztók vagy szikra-rések);
- A hálózati / transzformátor csatlakozás hossza és típusa;
- A csatlakoztatott berendezések típusa és működési feltételek;
- A föld- és kabincsatlakozások minősége.
A túlfeszültségek által okozott hibák a transzformátor és annak alkatrészeinek szigetelésére vonatkoznak, és a következőkre oszthatók:
- Hibák az azonos tekercs fordulatai között (leggyakoribb eset);
- A tekercsek közötti hibák;
- Hibák a feszített tekercs és a megérintő vezetékrész (mag vagy tartály) között.
A transzformátorok túlfeszültségek elleni hatékony védelme érdekében szikracsíkokat és túlfeszültség-levezetőket lehet használni (amelyek sokkal jobbak).
14. ábra - Példa egy cink-oxid (ZnO) levezető jelleggörbéjére a 20 kV-os hálózati impulzus 125 kV-os szigeteléssel \ t
Referencia // A Legrand teljesítményegyensúlya és az energiaellátási megoldások választása