MV / LV transformatorbeskyttelse mot temperaturstigning, overbelastning, kortslutning og overspenninger

Transformer egenskaper du må vite

Når du velger type transformer riktigElektrotekniker trenger å kjenne sine forskjellige elektriske og termiske egenskaper og motstanden mot spenninger på grunn av feil eller normal service av transformatoren selv. Dette er viktig å vite.

MV / LV transformatorbeskyttelse mot temperaturstigning, overbelastning, kortslutning og overspenninger

Transformatorens konstruksjonsteknologi bestemmer endelig også valg av tilstrekkelig beskyttelse. La oss snakke om fire viktigste aspekter av MV / LV strømtransformatorbeskyttelse og hvordan de implementeres.

1. Beskyttelse mot temperaturstigning
   1. Ventilasjon av transformatorene
   2. Kontrollerer temperaturen
   3. Bruk av PTC sensorer
2. Beskyttelse mot overbelastning
   1. Overbelastning i offentlig distribusjon
   2. Overbelastning i industriell distribusjon
   3. Overbelastning i tjenestefordeling
   4. Beskyttelse mot overbelastning ved hjelp av strømbrytere
   5. Beskyttelse mot overbelastning ved å måle temperaturen
3. Beskyttelse mot kortslutning
   1. Beskyttelse mot kortslutning med MV sikringer
   2. Beskyttelse mot kortslutning med MV-bryteren
4. Beskyttelse mot overspenninger

1. Beskyttelse mot temperaturstigning

Under sin normale drift har en transformatoringen belastningstap og belastningstap som i utgangspunktet oversettes til spredt termisk energi. Denne energien avhenger av konstruksjonen av selve transformatoren, dens kraft og installasjonsbetingelsene.

Etter hvert som belastningen øker, vil tapene og romtemperaturøkningen favorisere en raskere nedbrytning av isolasjonene og dermed en større sannsynlighet for feil i dielektriske.

Denne situasjonen kan også oppstå når, med samme tap som følge av belastning, øker romtemperaturen og dermed transformertemperaturen.

Tabell 1 - Isolasjonsklasser

Temperaturstigninger avhenger ikke bare av belastningen ogOverstrømmene som kan oppdages av beskyttelsesinnretningene, men også på miljøfaktorer (ineffektivitet av kjølesystemet, feil på tvungen ventilasjon og økning av romtemperaturen) som påvirker spredningen av varme produsert av transformatorens spesifikke tap.

Av denne grunn leveres elektroniske temperaturmåleanordninger normalt. Disse er nødvendige for å gi alarmen eller utløse transformatorbeskyttelse.

Følgende temperatursensorer er tilgjengelige for de fleste transformatorer: Pt100 termosensorer og PTC-termistorer.

1. PT100 - Tilveiebringer et signal som er proporsjonalt med den overvåkte temperaturen
2. PTC - Forsyning PÅ / AV-signal, avhengig av om temperaturen målt er mindre eller mer enn sensorens trekant

Sensorene er plassert i det varme punktet av viklingen. Både PT100- og PTC-signalene må behandles av temperaturkontrollen, som ikke inngår i standardutstyret.

På forespørsel er annet tilbehør tilgjengelig for å kontrollere temperaturen:

• En separat temperaturdisplay som skal installeres på sentralbordsdøren
• Et utgangsrelé for alarm, utløser og vifterkontroll

Tabell 2 - Typisk transformatoralarm og utslippstemperaturverdier

Tabell 3 - Temperaturstigningsgrenser for støpeformede transformatorer

Gå tilbake til innholdet ↑

1.1 Ventilasjon av transformatorene

Som nevnt før, under sin tjeneste aTransformator produserer varme på grunn av tap. Denne varmen må løsnes fra rommet der transformatoren er installert. For dette formål må man sørge for tilstrekkelig naturlig ventilasjon i rommet.

Hvis ikke, tvungen ventilasjon må installeres.

CEI UNEL 21010 og tilsvarende IEC-standarder angir at temperaturen i installasjonsluftsluften må ikke overstige følgende verdier:

• 20 ° C gjennomsnittlig årlig
• 30 ° C gjennomsnittlig daglig
• 40 ° C maksimum

Systemet som beskytter mot temperaturstigninger må kalibreres ut fra maksimal romtemperatur på 40 ° C pluss den maksimale temperaturstigningen som bestemmes av standardene og ved delta K av det varme punktet hvor sensorene er installert.

For å evaluere effektiviteten av den naturlige ventilasjonen og følgelig sjekke delen av ventilasjonsåpningene og mulige posisjoneringshøyder, vurder følgende variabler:

• TL = totale tap i kW
• AT = Temperaturforskjell mellom luftinntak og utløp
• Q = luftstrøm gjennom nedre vinduet i m³/ sek
• H = avstand i meter mellom medianen av hytta og medianen til det øvre vinduet (utløpsvindu).

Figur 1 - Transformer romventilasjon

Vi angir nettområdet av nedre luftinntaksvinduet i m² (unntatt grillen) av S. Forutsatt at ΔT = 15 ° C, er formelen for å dimensere innløpsvinduet:

S = 0,185 × (TL × √H)

MERK! - For forskjellige ΔT bør du konsultere en produsentens spesialist.

Hvis transformatorrommet er lite eller dårlig ventilert, bruk tvungen ventilasjon. Dette er også nødvendig når gjennomsnittlig årstemperatur er høyere enn 20 ° C eller når det er hyppige transformatoroverbelastninger.

For å unngå å påvirke den naturlige konveksjonen i rommet, kan det installeres en luftekstraktor i den øvre åpningen, muligens styrt av en termostat.

Figur 2 - Transformator rom tvungen ventilasjon

Gå tilbake til innholdet ↑

1.2 Kontrollere temperaturen

Temperaturen kan kontrolleres ved bruk av Pt100 temperatursensorer eller termometre. En alternativ løsning er å bruke PTC sensorer, som imidlertid har ulempe at temperaturen ikke kan vises. Disse systemene brukes til å kontrollere temperaturen på lavspenningsviklingene.

For transformatorer som leverer statiske strømomformere, bør temperaturen på magnetkjernen også kontrolleres.

Gå tilbake til innholdet ↑

1.3 Bruk av PTC sensorer

I trefasetransformatorer, kontrollsystemetbestår av tre sensorer, en per fase, koblet i serie. Sensorene er bare motstander som sender utløsersignalet til et relé når reaksjonstemperaturgrensen overskrides.

Når beskyttelsesreléet mates av strømnettetbetjenes av transformatoren, en forsinket kontakt hemmer alarmen og frigjør signaler fra når transformatoren tas i bruk til reléspolen er drevet.

Figur 3 - Transformator PTC sensorer

Hvor:

1. Temperatur sensorer
2. Beskyttelsesrelé
3. Alarm eller utgivelse
4. Forsinket kontakt
5. Transformerplintkort

Gå tilbake til innholdet ↑

2. Beskyttelse mot overbelastning

Overbelastning er fenomenet som oppstår når verdien av strømmen som er absorbert av systemet, er høyere enn nominell verdi. Vedvarende overbelastning fører uunngåelig til overskrider de akseptable temperaturstigningene spesifisert for transformatoren, med tilhørende risiko for forringelse av isolasjonsmaterialene.

Denne situasjonen er noen ganger å foretrekke for serviceavbrudd (på grunn av en midlertidig kraftstopp) som kan forårsake betydelig materiell og økonomisk skade.

Figur 4 - Overlastkapasitet på en oljetransformator

For isolerende-væsketransformatorersirkulasjon av kjøleoljen og formen til radiatorbeholdertankene tillater rask restaurering av isolasjonen og reduksjonen av partielle utladninger, samt at transformatoren kan nå driftstemperaturen raskt.

En delvis løsning på problemet kan være bruk av radialvifter festet til cast-resin-transformatorene, slik at en midlertidig transformator overbelastning opptil 150% av nominell effekt.

Figur 5 - Transformator radial fans (foto kreditt: stetechnic.com)

Det skal imidlertid huskes at når kraften øker tapene på grunn av belastningsøkning. Som de er avhengige av kvadratet av dagens de kan nå opptil 2,25 ganger nominell verdi.

Aksiale vifter skal bare brukes i spesielle og midlertidige tilfeller for å avkjøle viklingene eller for å ha en slags strømreserve som kan brukes i nødsituasjoner.

Figur 6 - Transformator aksiale vifter (foto kreditt: stetechnic.com)

Gå tilbake til innholdet ↑

2.1 Overbelastning i offentlig distribusjon

I offentlig distribusjon, på kort sikt prioriteres kontinuitet i tjenesten. Av denne grunn Overbelastning fører ikke generelt til at transformatoren slås AV.

Igjen av samme grunn er generelt lavspente kretser alltid overdimensjonert og følgelig overbelastning av transformatoren svarer aldri til en
Overbelastning av ledere.

Oppmerksomhet bør imidlertid betales når overbelastningene gjentar for ofte. I denne situasjonen skal distribusjonsorganisasjonen erstatte transformatoren med en modell med større kraft.

Figur 7 - Amsterdam Lufthavn Schiphol (phoyo kreditt: Rare Delights Magazine)

Gå tilbake til innholdet ↑

2.2 Overbelastning i industriell distribusjon

I en industriell installasjon kan overbelastningenvare i kort eller lang tid. I disse installasjonene er hovedfordelingsbrettet utstyrt med beskyttelsesbrytere mot overbelastning og kortslutning alltid umiddelbart nedstrøms for transformatorene.

Håndtering av overbelastning er faktisk delegert til strømbryteren på lavspenningssiden som vil løsne belastningene på en automatisk eller kontrollert måte.

Figur 8 - Tesla bilfabrikk

Gå tilbake til innholdet ↑

2.3 Overbelastning i tjenestefordeling

I serviceinstallasjoner, som kontorer og kjøpesentre, kontinuitet i tjenesten er grunnleggende. I disse typer applikasjonsbetingelser for vanlig
last som har startregimer eller lignende oppførsel, forekommer sjelden.

For å sikre maksimal kontinuitet i tjenesten selvNår det er overbelastning, er det viktig at lastene som anses som ikke-prioriterte, styres og kobles fra når transformatoren på lavspenningssiden trengs.

Figur 9 - Kjøpesenter

Gå tilbake til innholdet ↑

2.4 Beskyttelse mot overbelastning ved hjelp av strømbrytere

For riktig beskyttelse mot overbelastning må de nåværende verdiene som er absorbert av systemet, ikke overstige en grense mellom 110 og 150% av nominell strøm.

Beskyttelse mot overbelastning kan leveres påbåde mellomspenningssiden og lavspenningssiden, avhengig av transformatorens kraft. For lavspenningstransformatorer bør beskyttelsen plasseres på lavspenningssiden, mens for høy-effekt transformatorer skal beskyttelsen leveres på mellomspenningssiden.

LV-sidebeskyttelse leveres istedet ved bruk av LVkretsbrytere installert i hovedfordelingsbrettet. Disse bryteren har en invers tidskurve som beskytter transformatoren. For riktig transformatorbeskyttelse er strømbryteren justert som en funksjon av transformatorens nominelle strømstyrke oppstrøms.

I så fall husk at feilstrømmen er lavere (ca 2 - 3 ganger transformatoren I_n). Disse typer feil må ikke undervurderes. Selv om de er små, hvis de er vedvarende, kan de være ekstremt skadelige for transformatoren.

Figur 9 - Installasjon av LV-brytere (Legrand's type DMX3) i skap

Gå tilbake til innholdet ↑

2.5 Beskyttelse mot overbelastning ved å måle temperaturen

Som tidligere nevnt er overbelastning grunnleggendeforbundet med en temperaturstigning som er den virkelige komponenten som skal holdes under kontroll, fordi dens virkninger kan føre til den raske forringelsen av isolasjonsmaterialene og til feilen i transformatorens dielektriske egenskaper.

De fleste støpstransformatorer har disse termoresistorene installert i nærheten av delene som er mest kritiske fra det termiske synspunktet.

For oljetransformatorer i stedet temperaturenMåling styres ved hjelp av termostater. Den dielektriske væsken fungerer som en kjølevæske for viklingene, og har en tendens til å nive transformatorens indre temperatur.

Figur 10 - Overvåkningstemperaturovervåkning (på venstre: PT100-prober, til høyre: Vifteregulator)

Gå tilbake til innholdet ↑

3. Beskyttelse mot kortslutning

Referansestandardene definerer at transformatorer må utformes og produseres å tåle de termiske og mekaniske effektene på grunn av eksterne kortslutninger uten skade.

Impedansen til lavspennings kretsene erbestemmelsesfaktor for beregning av kortslutningsstrømmene som kan være skadelige, ut fra elektro-mekaniske spenninger, for en transformator med en feil umiddelbart nedstrøms.

Transformatorer er konstruert for å motstå kortslutninger mellom sine terminaler i den mest kritiske situasjonen som tilsvarer å ha en uendelig feilkilde og kortslutning.

For effektiv beskyttelse skal det tilveiebringes tilstrekkelige beskyttelsesanordninger på både lavspenningssiden og høyspenningssiden (ta hensyn til eventuelle nødvendige selektive koordineringer).

Figur 11 - Selektivitet mellom MV sikringer og LV beskyttelse enheter

Gå tilbake til innholdet ↑

3.1 Beskyttelse mot kortslutning med MV sikringer

Fordi sikringer er billige og enkle å bruke, blir de mye brukt for å beskytte distribusjonstransformatorer i offentlige nettverk. Selv om enkelhet og pris er bestemte fordeler, er det imidlertid sant at det er grenser for bruk av sikringer.

De benyttes ofte under forhold med lav beskyttelse der det ikke kreves spesielle krav til selektiv koordinering eller kontinuitet i tjenesten.

Sikringer har a nominell nåverdi og en tid / nåværende smelteegenskap. MV-sikringer er vanligvis tilgjengelige i 2 versjoner:

1. Utstødningssikringer og
2. Begrensningssikringer.

Den første brukes vanligvis i luftendistribusjonssystem. Den andre er generelt mer brukt på grunn av deres evne til å reagere på høye strømmer innen noen få millisekunder. Den høye responshastigheten er parameteren som gir kapasitet til begrensning av sikringen selv og som gir tilstrekkelig beskyttelse, selv under de mest alvorlige forholdene, reduserer risikoen for skade på transformatoren og tilhørende kretser.

Valget av den sikreste sikringen av beskyttelse grunner er imidlertid svært komplisert og må ta hensyn til ulike faktorer.

Kriteriene for riktig valg av sikring er:

1. Transformatorens tjeneste spenning
2. Slå PÅ strømmen
3. Transformatoren midlertidig overbelastningsnivå
4. Tiden som er tatt for å fjerne feilen på LV-siden
5. Selektivitetsnivået med LV-beskyttelsen

Figur 12 - Eksempel på en MV sikringer type SIBA

Gå tilbake til innholdet ↑

3.2 Beskyttelse mot kortslutning med MV-bryteren

For å oppnå mer effektiv beskyttelse, medjusteringsnivåer for de nåværende terskler og driftstider og for å oppnå selektivitet med hensyn til beskyttelsene plassert nedstrøms transformatoren på LV-siden, blir høyspenningsbrytere blitt mer og mer vanlige.

En beskyttelsesbryter dedikert til MV transformatoren må ha følgende egenskaper:

1. Større hastighet på driften av MV-beskyttelsesanordningen umiddelbart oppstrøms;
2. Største mulige hastighet for høyere strømningsverdier av kortslutningsstrømmen på LV-siden;
3. De må la bryteren PÅ nåværende passere
4. De må garantere overvåking av overbelastningssonen

Figur 13 - Eksempel på MV-bryteren plassert innenfor MV-kabinettet

Gå tilbake til innholdet ↑

4. Beskyttelse mot overspenninger

Transformatorer kan bli påvirket av transient-induced overspenninger på strømnettet som de er koblet til. Disse overspenningene, på grunn av direkte eller indirekte lynnedslag eller elektrisk drift på maskiner installert på LV-siden, kan igjen gi opphav til spenninger på transformatorens dielektriske som kan forårsake
dens raske aldring og følgelig feil i tide, noe som gir opphav til feil på transformatoren.

De mest kritiske forholdene oppstår normalt når spenning til transformatorene kuttes av ikke-automatiske brytere som avbryte strømmen.

Risikoen for eksponering for overspenninger er i første omgang knyttet til installasjonsstedet og deretter til følgende faktorer:

1. Type MV-distribusjonsnett og type LV-nettverk (over eller under bakken);
2. Om det er noen overspenningsbegrensning enheter (arrestere eller gnistgap);
3. Lengde og type strømforsyning / transformatorforbindelse;
4. Type utstyr tilkoblet og driftsforhold;
5. Kvalitet på jord og kabinettforbindelser.

Feil forårsaket av overspenninger gjelder isolasjon av transformatoren og dens komponenter og kan deles inn i:

1. Feil mellom svingene i samme svingete (hyppigste tilfelle);
2. Feil mellom viklinger;
3. Feil mellom den spenne viklingen og en berørende lederdel (kjerne eller tank).

Gnistgap og overspenningsavledere (som utfører mye bedre) kan brukes til å effektivt beskytte transformatorer mot overspenninger.

Figur 14 - Eksempel på en karakteristisk kurve for en ZnO-oksid (ZnO) arrester for 20kV strøm med "impuls" 125 kV isolasjonsnivå

Gå tilbake til innholdet ↑

Henvisning // Strømbalanse og valg av strømforsyningsløsninger av Legrand