Alles over transformatorbeveiliging en transformatorbeveiligingscircuits

Transformatoren zijn een van de meest kritische en dure componenten van elk distributiesysteem. Het is een ingesloten statisch apparaat dat meestal in olie wordt gedrenkt, en daarom zijn de fouten die eraan optreden beperkt. Maar het effect van een zeldzame fout kan erg gevaarlijk zijn voor de transformator, en de lange doorlooptijd voor reparatie en vervanging van transformatoren maakt het nog erger. Daarom wordt de bescherming van stroomtransformatoren erg cruciaal.

Storingen die optreden aan een transformator zijn hoofdzakelijk onderverdeeld in twee typen, namelijk externe storingen en interne storingen. Om elk gevaar voor de transformator te voorkomen, wordt een externe storing binnen de kortst mogelijke tijd verholpen door een complex relaissysteem. De interne fouten zijn voornamelijk gebaseerd op sensoren en meetsystemen. We zullen verderop in het artikel over die processen praten. Voordat we daar aankomen, is het belangrijk om te begrijpen dat er veel soorten transformatoren zijn en in dit artikel zullen we het vooral hebben over de vermogenstransformator die wordt gebruikt in distributiesystemen. U kunt ook leren over de werking van een transformator om de basisprincipes ervan te begrijpen.

Basisbeschermingsfuncties zoals bescherming tegen overexcitatie en op temperatuur gebaseerde bescherming kunnen omstandigheden herkennen die uiteindelijk tot een storing leiden, maar volledige bescherming van de transformator die wordt geboden door relais en stroomtransformatoren is geschikt voor transformatoren in kritieke toepassingen.

Dus in dit artikel zullen we het hebben over de meest voorkomende principes die worden gebruikt om transformatoren te beschermen tegen catastrofale storingen.

Transformatorbeveiliging voor verschillende soorten transformatoren

Het beveiligingssysteem dat voor een transformator wordt gebruikt, is afhankelijk van de categorieën van de transformator. Een onderstaande tabel laat zien dat,

Categorie	Transformatorbeoordeling - KVA
1 fase	3 fases
ik	5 - 500	15 - 500
II	501 - 1667	501 - 5000
III	1668 - 10.000	5001 - 30.000
IV	> 10.000	> 30.000

• Transformatoren binnen het bereik van 500 KVA vallen onder (Categorie I & II), die zijn dus beveiligd met zekeringen, maar om transformatoren tot 1000 kVA te beschermen (distributietransformatoren voor 11 kV en 33 kV) worden meestal middenspanningsstroomonderbrekers gebruikt.
• Voor transformatoren van 10 MVA en hoger, die vallen onder (Categorie III & IV), moesten differentiaalrelais worden gebruikt om ze te beschermen.

Bovendien worden mechanische relais zoals Buchholtz-relais en plotselinge drukrelais op grote schaal toegepast voor transformatorbescherming. Naast deze relais wordt vaak thermische overbelastingsbeveiliging geïmplementeerd om de levensduur van een transformator te verlengen in plaats van om fouten te detecteren.

Veelvoorkomende soorten transformatorbescherming

1. Bescherming tegen oververhitting
2. Overstroombeveiliging
3. Differentiële bescherming van transformator
4. Aardfoutbeveiliging (beperkt)
5. Buchholz (gasdetectie) relais
6. Overstroombeveiliging

Oververhittingsbeveiliging in transformatoren

Transformatoren raken oververhit door overbelasting en kortsluiting. De toegestane overbelasting en de bijbehorende duur zijn afhankelijk van het type transformator en de isolatieklasse die voor de transformator wordt gebruikt.

Hogere belastingen kunnen gedurende een zeer korte tijd worden gehandhaafd als het erg lang is, het kan de isolatie beschadigen als de temperatuur boven een aangenomen maximumtemperatuur stijgt. De temperatuur in de oliegekoelde transformator wordt als maximaal beschouwd wanneer deze 95 ° C is, waarna de levensverwachting van de transformator afneemt en het schadelijke effecten heeft op de isolatie van de draad. Daarom wordt oververhittingsbeveiliging essentieel.

Grote transformatoren hebben olie- of wikkelingstemperatuurdetectieapparaten, die de olie- of wikkelingstemperatuur meten, meestal zijn er twee manieren om te meten, een wordt hotspot-meting genoemd en een tweede wordt topoliemeting genoemd, de onderstaande afbeelding toont een typische thermometer met een temperatuurregelkast uit reinhausen die wordt gebruikt om de temperatuur van een vloeistofgeïsoleerde conservatieve transformator te meten.

De doos heeft een meetklok die de temperatuur van de transformator aangeeft (dit is de zwarte naald) en de rode naald geeft het alarminstelpunt aan. Als de zwarte naald de rode naald overschrijdt, zal het apparaat een alarm activeren.

Als we naar beneden kijken, zien we vier pijlen waarmee we het apparaat kunnen configureren om als alarm of trip te werken, of ze kunnen worden gebruikt om pompen of koelventilatoren te starten of te stoppen.

Zoals je op de afbeelding kunt zien, is de thermometer bovenop de transformatortank boven de kern en de wikkeling gemonteerd, zo gedaan omdat de hoogste temperatuur in het midden van de tank zal zijn vanwege de kern en de wikkelingen. Deze temperatuur staat bekend als de hoogste olietemperatuur. Deze temperatuur geeft ons een schatting van de Hotspot-temperatuur van de transformatorkern. In de laagspanningswikkeling worden hedendaagse glasvezelkabels gebruikt om de temperatuur van de transformator nauwkeurig te meten. Dat is hoe oververhittingsbeveiliging wordt geïmplementeerd.

Overstroombeveiliging in transformator

Het overstroombeveiligingssysteem is een van de vroegst ontwikkelde beveiligingssystemen die er zijn, het gegradeerde overstroomsysteem is ontwikkeld om te beschermen tegen overstroomomstandigheden. stroomverdelers gebruiken deze methode om fouten te detecteren met behulp van de IDMT-relais. dat wil zeggen, de relais hebben:

1. Inverse karakteristiek, en
2. Minimale werkingstijd.

De mogelijkheden van het IDMT-relais zijn beperkt. Dit soort relais moet worden ingesteld op 150% tot 200% van de maximale nominale stroom, anders werken de relais voor noodoverbelasting. Daarom bieden deze relais een kleine bescherming voor fouten in de transformatortank.

Differentiële bescherming van transformator

De percentage voorgespannen stroomdifferentiaalbeveiliging wordt gebruikt om stroomtransformatoren te beschermen en het is een van de meest voorkomende transformatorbeschermingsschema's die de beste algehele bescherming bieden. Dit soort bescherming wordt gebruikt voor transformatoren met een vermogen van meer dan 2 MVA.

De transformator is aan de ene kant ster verbonden en aan de andere kant delta verbonden. De CT's aan de sterzijde zijn delta-verbonden en die aan de delta-verbonden zijde zijn ster-verbonden. De nulleider van beide transformatoren is geaard.

De transformator heeft twee spoelen, de ene is de bedieningsspoel en de andere is de beperkende spoel. Zoals de naam al aangeeft, wordt de tegenhoudspoel gebruikt om de tegenhoudkracht te produceren en wordt de bedieningsspoel gebruikt om de bedieningskracht te produceren. De beperkingsspoel is verbonden met de secundaire wikkeling van de stroomtransformatoren en de bedieningsspoel is verbonden tussen het equipotentiaalpunt van de CT.

Transformator differentiële bescherming werken:

Normaal gesproken voert de bedieningsspoel geen stroom omdat de stroom aan beide zijden van de vermogenstransformatoren wordt aangepast, wanneer er een interne fout optreedt in de wikkelingen, wordt de balans gewijzigd en beginnen de bedieningsspoelen van het differentieelrelais differentiële stroom te produceren tussen de twee zijden. van de transformator. Het relais schakelt dus de stroomonderbrekers uit en beschermt de hoofdtransformator.

Beperkte aardfoutbeveiliging

Er kan een zeer hoge foutstroom vloeien als er een fout optreedt in de transformatorbus. In dat geval moet de storing zo snel mogelijk worden verholpen. Het bereik van een bepaald beveiligingsapparaat mag alleen worden beperkt tot de zone van de transformator, wat betekent dat als er een aardlek optreedt op een andere locatie, het relais dat voor die zone is toegewezen, moet worden geactiveerd en dat andere relais hetzelfde moeten blijven. Daarom wordt het relais Beperkt aardfoutbeveiligingsrelais genoemd.

Op de bovenstaande afbeelding bevindt de beveiligingsapparatuur zich aan de beschermde zijde van de transformator. Laten we aannemen dat dit de primaire kant is, en laten we ook aannemen dat er een aardlek is aan de secundaire kant van de transformator. Als er nu een storing is aan de grondzijde, vanwege de aardlek, zal er een nulsequentiecomponent aanwezig zijn, die alleen aan de secundaire zijde circuleert. En het zal niet worden weerspiegeld in de primaire kant van de transformator.

Dit relais heeft drie fasen, als er een fout optreedt, hebben ze drie componenten: de componenten van de positieve reeks, de componenten van de negatieve reeks en de componenten van de nulreeks. Omdat de positieve paillettencomponenten 120 * zijn verschoven, zal op elk moment de som van alle stromen door het beveiligingsrelais stromen. De som van hun stromen is dus gelijk aan nul, aangezien ze 120 * zijn verschoven. Hetzelfde geldt voor de componenten van de negatieve sequentie.

Laten we nu aannemen dat er een storing optreedt. Die fout wordt gedetecteerd door de CT's omdat deze een component met nulsequentie heeft en de stroom door het beveiligingsrelais begint te stromen, wanneer dat gebeurt, zal het relais uitschakelen en de transformator beschermen.

Buchholz (gasdetectie) relais

De bovenstaande afbeelding toont een Buchholz-estafette. Het Buchholtz-relais wordt tussen de hoofdtransformatoreenheid en de conservatortank gemonteerd. Als er een storing optreedt in de transformator, detecteert het het opgeloste gas met behulp van een vlotterschakelaar.

Als je goed kijkt, zie je een pijl, gas stroomt uit de hoofdtank naar de conservatortank, normaal mag er geen gas in de transformator zelf zitten. Het meeste gas wordt opgelost gas genoemd en er kunnen negen verschillende soorten gassen worden geproduceerd, afhankelijk van de storingstoestand. Bovenaan dit relais zitten twee kleppen, deze kleppen worden gebruikt om de gasophoping te verminderen, en worden ook gebruikt om een ​​gasmonster te nemen.

Als er een storing optreedt, hebben we vonken tussen de wikkelingen, of tussen wikkelingen en de kern. Deze kleine elektrische ontladingen in de wikkelingen zullen de isolerende olie verwarmen en de olie zal breken, dus het produceert gassen, de ernst van de storing detecteert welke glazen worden gemaakt.

Bij een grote energie-ontlading wordt acetyleen geproduceerd, en zoals u wellicht weet, kost acetyleen veel energie om geproduceerd te worden. En u moet altijd onthouden dat elk type storing gassen produceert, door de hoeveelheid gas te analyseren, kunnen we de ernst van de storing bepalen.

Hoe werkt het Buchholz-relais (gasdetectie)?

Zoals je op de afbeelding kunt zien, hebben we twee drijvers: een bovenste vlotter en een onderste vlotter, ook hebben we een keerplaat die de onderste vlotter naar beneden drukt.

Wanneer er een grote elektrische storing optreedt, produceert het veel gas dan stroomt het gas door de pijp, waardoor de keerplaat verschuift en dat de onderste naar beneden drijft, nu hebben we een combinatie, de bovenste vlotter is omhoog en de onderste vlotter is omlaag en de keerplaat is gekanteld. Deze combinatie geeft aan dat er een enorme storing is opgetreden. die de transformator uitschakelt en ook een alarm genereert. De afbeelding hieronder laat precies zien dat,

Maar dit is niet het enige scenario waarin dit relais nuttig kan zijn, stel je een situatie voor waarin er in de transformator een kleine boog is, deze arks produceren een kleine hoeveelheid gas, dit gas produceert een druk in het relais en de bovenste vlotter gaat naar beneden en verplaatst de olie erin, nu genereert het relais in deze situatie een alarm, de bovenste vlotter is omlaag, de onderste vlotter is ongewijzigd en de keerplaat is ongewijzigd als deze configuratie wordt gedetecteerd, kunnen we er zeker van zijn dat we dat hebben gedaan een langzame ophoping van gas. De afbeelding hieronder laat precies zien dat,

Nu weten we dat er een storing is, en we laten een deel van het gas weglopen met de klep boven het relais en analyseren het gas om de exacte reden voor deze gasophoping te achterhalen.

Dit relais kan ook omstandigheden detecteren waarbij het isolerende oliepeil daalt als gevolg van lekken in het transformatorchassis, in die toestand daalt de bovenste vlotter, daalt de onderste vlotter en blijft de keerplaat in dezelfde positie. In deze toestand krijgen we een ander alarm. De onderstaande afbeelding toont de werking.

Met deze drie methoden detecteert het Buchholz-relais fouten.

Overfluxbeveiliging

Een transformator is ontworpen om op een vast fluxniveau te werken dat dat fluxniveau overschrijdt en de kern raakt verzadigd, de verzadiging van de kern veroorzaakt opwarming in de kern die snel door de andere delen van de transformator volgt, wat leidt tot oververhitting van componenten, dus over fluxbescherming wordt noodzakelijk, aangezien het de transformatorkern beschermt. Overfluxsituaties kunnen optreden als gevolg van overspanning of een verlaging van de systeemfrequentie.

Om de transformator te beschermen tegen overfluxen, wordt het overfluxrelais gebruikt. Het overfluxrelais meet de verhouding spanning / frequentie om de fluxdichtheid in de kern te berekenen. Een snelle toename van de spanning als gevolg van transiënten in het voedingssysteem kan overmatige fluxen veroorzaken, maar transiënten sterven snel af, daarom is het ogenblikkelijk uitschakelen van de transformator ongewenst.

De fluxdichtheid is recht evenredig met de verhouding van spanning tot frequentie (V / f) en het instrument zou de verhouding moeten detecteren als de waarde van deze verhouding groter wordt dan één, dit wordt gedaan door een microcontroller-gebaseerd relais dat de spanning meet en de frequentie in realtime, dan berekent het het tarief en vergelijkt het met de vooraf berekende waarden. Het relais is geprogrammeerd voor een inverse, bepaalde minimumtijd (IDMT-karakteristieken). Maar de instelling kan handmatig worden gedaan als dat een vereiste is. Op deze manier wordt het doel gediend zonder de overstroombeveiliging in gevaar te brengen. Nu zien we hoe belangrijk het is om te voorkomen dat het uitschakelen van de transformator overstroomt.

Ik hoop dat je het artikel leuk vond en iets nuttigs hebt geleerd. Als je vragen hebt, laat ze dan achter in het commentaargedeelte of gebruik onze forums voor andere technische vragen.