- Защита трансформатора для различных типов трансформаторов
- Распространенные типы защиты трансформатора
- Защита от перегрева в трансформаторах
- Защита от перегрузки по току в трансформаторе
- Дифференциальная защита трансформатора
- Ограниченная защита от замыканий на землю
- Реле Бухгольца (обнаружения газа)
- Защита от переполнения
Трансформаторы - один из самых важных и дорогих компонентов любой распределительной системы. Это замкнутое статическое устройство, обычно залитое маслом, поэтому количество возможных неисправностей ограничено. Но эффект редкой неисправности может быть очень опасен для трансформатора, а длительные сроки ремонта и замены трансформаторов еще больше усугубляют ситуацию. Следовательно, защита силовых трансформаторов становится очень важной.
Неисправности, возникающие в трансформаторе, в основном делятся на два типа, а именно: внешние неисправности и внутренние неисправности. Во избежание любой опасности для трансформатора внешнее повреждение устраняется сложной системой реле в кратчайшие сроки. Внутренние неисправности в основном связаны с датчиками и измерительными системами. Об этих процессах мы поговорим далее в статье. Прежде чем мы туда доберемся, важно понять, что существует много типов трансформаторов, и в этой статье мы обсудим в основном силовой трансформатор, который используется в распределительных системах. Вы также можете узнать о работе силового трансформатора, чтобы понять его основы.
Основные функции защиты, такие как защита от перевозбуждения и защита по температуре, могут распознавать условия, которые в конечном итоге приводят к состоянию отказа, но полная защита трансформатора, обеспечиваемая реле и трансформаторами тока, подходит для трансформаторов в критических приложениях.
Итак, в этой статье мы поговорим о наиболее распространенных принципах, используемых для защиты трансформаторов от катастрофических отказов.
Защита трансформатора для различных типов трансформаторов
Система защиты силового трансформатора зависит от категории трансформатора. Таблица ниже показывает, что,
| Категория | Мощность трансформатора - кВА | |
| 1 этап | 3 фазы | |
| я | 5–500 | 15–500 |
| II | 501–1667 | 501–5000 |
| III | 1668 - 10 000 | 5001–30 000 |
| IV | > 10 000 | > 30 000 |
- Трансформаторы в пределах 500 кВА подпадают под (Категория I и II), поэтому они защищены предохранителями, но для защиты трансформаторов до 1000 кВА (распределительные трансформаторы на 11 кВ и 33 кВ) обычно используются выключатели среднего напряжения.
- Для трансформаторов 10 МВА и выше, подпадающих под категорию III и IV, для их защиты должны были использоваться дифференциальные реле.
Кроме того, механические реле, такие как Buchholtz реле, и внезапные реле давлений широко применяются для защиты трансформатора. В дополнение к этим реле часто применяется защита от тепловой перегрузки для продления срока службы трансформатора, а не для обнаружения неисправностей.
Распространенные типы защиты трансформатора
- Защита от перегрева
- Защита от сверхтока
- Дифференциальная защита трансформатора
- Защита от замыкания на землю (ограниченная)
- Реле Бухгольца (обнаружения газа)
- Защита от переполнения
Защита от перегрева в трансформаторах
Трансформаторы перегреваются из-за перегрузок и короткого замыкания. Допустимая перегрузка и соответствующая продолжительность зависят от типа трансформатора и класса изоляции, используемой для трансформатора.
Более высокие нагрузки могут поддерживаться в течение очень короткого промежутка времени, если они очень долго, это может привести к повреждению изоляции из-за повышения температуры выше предполагаемой максимальной температуры. Температура в трансформаторе с масляным охлаждением считается максимальной, когда она составляет 95 ° C, при превышении которой ожидаемый срок службы трансформатора уменьшается и это оказывает пагубное воздействие на изоляцию провода. Вот почему защита от перегрева становится необходимой.
У больших трансформаторов есть устройства определения температуры масла или обмотки, которые измеряют температуру масла или обмотки, обычно есть два способа измерения: один относится к измерению горячей точки, а второй - к измерению верхнего уровня масла, на изображении ниже показан типичный термометр с термостатом от Reinhausen, используемый для измерения температуры консервативного трансформатора с жидкостной изоляцией.
На коробке есть индикатор с круговой шкалой, который показывает температуру трансформатора (черная стрелка), а красная стрелка указывает уставку аварийного сигнала. Если черная игла выходит за пределы красной иглы, устройство активирует тревогу.
Если мы посмотрим вниз, мы увидим четыре стрелки, с помощью которых мы можем настроить устройство для работы в качестве сигнала тревоги или отключения, или их можно использовать для запуска или остановки насосов или охлаждающих вентиляторов.
Как вы можете видеть на картинке, термометр установлен на верхней части бака трансформатора над сердечником и обмоткой, это сделано потому, что самая высокая температура будет в центре бака из-за сердечника и обмоток.. Эта температура называется верхней температурой масла. Эта температура дает нам оценку температуры горячей точки сердечника трансформатора. Современные оптоволоконные кабели используются в обмотке низкого напряжения для точного измерения температуры трансформатора. Так реализована защита от перегрева.
Защита от перегрузки по току в трансформаторе
Система максимальной токовой защиты - одна из самых ранних разработанных систем защиты, ступенчатая система максимальной токовой защиты была разработана для защиты от условий перегрузки по току. распределители питания используют этот метод для обнаружения неисправностей с помощью реле IDMT. то есть реле, имеющие:
- Обратная характеристика, и
- Минимальное время эксплуатации.
Возможности реле IDMT ограничены. Реле такого типа необходимо настраивать от 150% до 200% от максимального номинального тока, в противном случае реле будут работать в условиях аварийной перегрузки. Поэтому эти реле обеспечивают незначительную защиту от неисправностей внутри бака трансформатора.
Дифференциальная защита трансформатора
Дифференциальная защита по току со смещением в процентах используется для защиты силовых трансформаторов и является одной из наиболее распространенных схем защиты трансформаторов, обеспечивающих наилучшую общую защиту. Эти типы защиты используются для трансформаторов мощностью более 2 МВА.
Трансформатор соединен звездой с одной стороны и треугольником с другой. ТТ на стороне звезды соединены треугольником, а трансформаторы со стороны треугольника - звездой. Нейтраль обоих трансформаторов заземлена.
Трансформатор имеет две катушки, одна - рабочая, а другая - ограничивающая. Как следует из названия, удерживающая катушка используется для создания удерживающей силы, а рабочая катушка используется для создания рабочей силы. Ограничительная катушка соединена со вторичной обмоткой трансформаторов тока, а рабочая катушка подключена между эквипотенциальной точкой трансформатора тока.
Работа дифференциальной защиты трансформатора:
Обычно рабочая катушка не пропускает ток, поскольку ток согласовывается с обеих сторон силовых трансформаторов, когда в обмотках возникает внутреннее повреждение, баланс изменяется, и рабочие катушки дифференциального реле начинают вырабатывать дифференциальный ток между двумя сторонами. трансформатора. Таким образом, реле отключает автоматические выключатели и защищает главный трансформатор.
Ограниченная защита от замыканий на землю
При повреждении проходного изолятора трансформатора может протекать очень высокий ток короткого замыкания. В этом случае неисправность необходимо устранить как можно скорее. Досягаемость конкретного защитного устройства должна быть ограничена только зоной трансформатора, что означает, что если какое-либо замыкание на землю происходит в другом месте, реле, назначенное для этой зоны, должно срабатывать, а другие реле должны оставаться такими же. Вот почему это реле названо Реле с ограниченной защитой от замыканий на землю.
На приведенном выше рисунке защитное оборудование находится на защищаемой стороне трансформатора. Предположим, что это первичная сторона, а также предположим, что есть замыкание на землю на вторичной стороне трансформатора. Теперь, если есть неисправность на стороне заземления из-за замыкания на землю, будет присутствовать компонент нулевой последовательности, который будет циркулировать только на вторичной стороне. И это не отразится на первичной обмотке трансформатора.
Это реле имеет три фазы, при возникновении неисправности они будут иметь три компонента: компоненты прямой последовательности, компоненты обратной последовательности и компоненты нулевой последовательности. Поскольку компоненты положительных блесток смещены на 120 *, поэтому в любой момент сумма всех токов будет проходить через реле защиты. Таким образом, сумма их токов будет равна нулю, так как они смещены на 120 *. То же самое и для компонентов обратной последовательности.
Теперь предположим, что возникла неисправность. Эта неисправность будет обнаружена трансформаторами тока, поскольку она имеет компонент нулевой последовательности, и ток начинает течь через реле защиты, когда это происходит, реле срабатывает и защищает трансформатор.
Реле Бухгольца (обнаружения газа)
На приведенном выше рисунке показано реле Бухгольца. Реле Бухгольца устанавливается между основным блоком трансформатора и расширителем баком при возникновении неисправности внутри трансформатора, он обнаруживает разрешенную газ с помощью поплавкового выключателя.
Если вы присмотритесь, вы увидите стрелку, газ течет из основного бака в бак расширителя, обычно в самом трансформаторе не должно быть газа. Большая часть газа называется растворенным газом, и в зависимости от состояния неисправности может производиться девять различных типов газов. В верхней части этого реле есть два клапана, эти клапаны используются для уменьшения скопления газа, а также для отбора пробы газа.
При возникновении неисправности возникают искры между обмотками или между обмотками и сердечником. Эти небольшие электрические разряды в обмотках нагревают изолирующее масло, и масло разрушается, в результате чего выделяются газы, тяжесть разряда определяет, какие стекла образуются.
При большом разряде энергии образуется ацетилен, а, как вы знаете, для производства ацетилена требуется много энергии. И вы всегда должны помнить, что любой тип неисправности приведет к выделению газов, анализируя количество газа, мы можем определить серьезность неисправности.
Как работает реле Бухгольца (обнаружения газа)?
Как вы можете видеть на изображении, у нас есть два поплавка: верхний поплавок и нижний поплавок, а также у нас есть перегородка, которая толкает нижний поплавок.
Когда возникает большая электрическая неисправность, она производит больше газа, чем газ проходит по трубе, что смещает перегородку и заставляет нижнюю часть опускаться вниз, теперь у нас есть комбинация, верхний поплавок вверх, а нижний поплавок вниз, и перегородка наклонилась. Эта комбинация указывает на то, что произошла серьезная ошибка. который отключает трансформатор, а также генерирует аварийный сигнал. Изображение ниже показывает именно это,
Но это не единственный сценарий, в котором это реле может быть полезно, представьте себе ситуацию, когда внутри трансформатора происходит незначительное искрение, эти дуги производят небольшое количество газа, этот газ создает давление внутри реле и верхний поплавок опускается, вытесняя масло внутри него, теперь реле генерирует сигнал тревоги в этой ситуации, верхний поплавок опускается, нижний поплавок не изменяется и перегородка не изменяется, если эта конфигурация обнаружена, мы можем быть уверены, что у нас есть медленное скопление газа. Изображение ниже показывает именно это,
Теперь мы знаем, что у нас есть неисправность, и мы выпустим часть газа с помощью клапана над реле и проанализируем газ, чтобы выяснить точную причину скопления газа.
Это реле также может обнаруживать условия, при которых уровень изоляционного масла падает из-за утечек в шасси трансформатора, при этом верхний поплавок опускается, нижний поплавок опускается, а перегородка остается в том же положении. В этом состоянии мы получаем другой сигнал тревоги. На изображении ниже показан рабочий.
С помощью этих трех методов реле Бухгольца обнаруживает неисправности.
Защита от переполнения
Трансформатор предназначен для работы при фиксированном уровне магнитного потока, превышающем этот уровень, и сердечник становится насыщенным, насыщение сердечника вызывает нагрев в сердечнике, который быстро проходит через другие части трансформатора, что приводит к перегреву компонентов, что приводит к перегреву. Защита магнитного потока становится необходимой, так как она защищает сердечник трансформатора. Ситуации перенапряжения могут возникать из-за перенапряжения или снижения частоты системы.
Для защиты трансформатора от перенапряжения используется реле перенапряжения. Реле избыточного потока измеряет отношение напряжение / частота для расчета плотности магнитного потока в сердечнике. Быстрое повышение напряжения из-за переходных процессов в энергосистеме может вызвать перенапряжение, но переходные процессы быстро затухают, поэтому мгновенное отключение трансформатора нежелательно.
Плотность потока прямо пропорциональна отношению напряжения к частоте (V / f), и прибор должен определить это соотношение, если значение этого отношения станет больше единицы, это выполняется реле на основе микроконтроллера, которое измеряет напряжение и частота в реальном времени, затем вычисляется скорость и сравнивается с предварительно рассчитанными значениями. Реле запрограммировано на обратное определенное минимальное время (характеристики IDMT). Но настройку можно выполнить вручную, если это необходимо. Таким образом, цель будет достигнута без ущерба для защиты от избыточного потока. Теперь мы видим, насколько важно предотвратить отключение трансформатора от перенапряжения.
Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или воспользуйтесь нашим форумом для других технических вопросов.