Thermische en mechanische prestatietests van distributietransformatoren: betrouwbaarheid en levensduur waarborgen

Inleiding

In het complexe landschap van stroomverdeling spelen distributietransformatoren een cruciale rol. Deze transformatoren hebben de taak de spanning van het primaire distributieniveau naar de juiste gebruikerspanningen te verlagen. Hun correcte werking is essentieel voor het handhaven van een stabiel en efficiënt elektriciteitsnet. Dit artikel gaat dieper in op twee belangrijke aspecten van de beoordeling van distributietransformatoren: thermische prestatietests en mechanische prestatietests, en onderzoekt ook hoe serviceonderbrekingen kunnen worden voorkomen en spanningsvariaties kunnen worden beheerd.

Thermische Prestatietests van Distributietransformatoren

Het Belang van Thermische Inspectie

Distributietransformatoren genereren warmte tijdens het gebruik. Warmte ontstaat voornamelijk door windingverliezen en kernhysterese binnen deze transformatoren. Ongecontroleerde warmteopbouw in transformatoren kan leiden tot degradatie van isolatie, versnellen van het ouderdomsproces van de transformatoren en een significant risico vormen voor catastrofale storingen. Regelmatige thermische inspecties van transformatoren zijn daarom van groot belang. Deze inspecties, die temperatuurmonitoren en hotspotdetectie in transformatoren omvatten, fungeren als vroege waarschuwingssystemen. Door thermische anomalieën in transformatoren snel te identificeren, kunnen technici storingen voorzien en ononderbroken stroomaflevering door het distributienetwerk garanderen.

Belangrijkste Componenten voor Thermische Tests van Transformatoren

Verschillende tests vormen de basis van thermische prestatie-inspecties voor distributietransformatoren:

• Temperatuurstijgtest: Een fundamentele inspectie voor transformatoren, waarbij de temperatuurstijging in de windingen en olie van transformatoren onder nominale belasting wordt gemeten. Afwijkingen van de gevestigde normen in transformatoren signaleren potentiële problemen zoals inefficiënte koeling of interne weerstandproblemen. Deze bevindingen zetten een nauwere inspectie in gang van componenten zoals koelventilatoren, lamellen of koelmiddelniveaus in transformatoren.

• Thermografische Inspectie: Infraroodcamera's worden gebruikt bij deze niet-invasieve inspectietechniek voor transformatoren. Ze maken kaarten van de oppervlaktetemperaturen van transformatoren, met aandacht voor verborgen hotspots, die kunnen ontstaan door losse aansluitingen of geblokkeerde ducten binnen de transformatoren. Dit stelt gerichte reparaties in transformatoren mogelijk voordat er schade aan de isolatie optreedt.

• Olietemperatuuranalyse: Het nemen en testen van monsters van de viscositeit en zuurgehalte van de transformatorolie biedt inzicht in de thermische stressniveaus die de transformatoren ervaren. Verhoogde zuurgraad in de olie van transformatoren wijst op overmatige verhitting, wat een inspectie van de warmtebronnen en koelmechanismen binnen de transformatoren activeert.

Inspectieprotocollen en -normen voor Transformatoren

Normen zoals IEEE C57.12.90 en IEC 60076 vereisen systematische thermische inspecties van transformatoren. Tijdens de tests simuleren technici volledige belastingscondities op de transformatoren terwijl ze de temperatuurgradiënten nauwlettend in de gaten houden. Bijvoorbeeld, een temperatuurstijginginspectie in transformatoren vereist dat de transformatoren meerdere uren worden gestabiliseerd voordat de metingen worden genomen. Gedetailleerde documentatie van elke inspectie van transformatoren, inclusief omgevingsomstandigheden, testduur en thermische profielen, faciliteert trendanalyse van de transformatoren over de tijd.

Frequentie en Adaptieve Strategieën voor Transformerinspecties

De frequentie van thermische inspecties voor transformatoren hangt af van verschillende factoren zoals belastingsvariabiliteit en omgevingsomstandigheden. Distributietransformatoren in stedelijke gebieden met fluctuerende belastingen kunnen maandelijkse inspecties nodig hebben, terwijl die in landelijke gebieden mogelijk genoegen nemen met kwartaalchecks. In warme klimaten worden de intervallen tussen thermische inspecties van transformatoren verkort om de effecten van warmtestress tegen te gaan. Geavanceerde monitoringssystemen stellen nu continue thermische inspecties van transformatoren via ingebedde sensoren mogelijk, die real-time data van de transformatoren naar controlecentra verzenden.

Overwinnen van Inspectie-uitdagingen in Transformatoren

Thermische inspecties van transformatoren komen met bepaalde uitdagingen. Notabel zijn vals-positieve resultaten die kunnen optreden door tijdelijke belastingspieken in transformatoren. Om dit te verminderen, correleren technici thermische gegevens met elektrische parameters, zoals belastingsstromen in transformatoren. Bovendien vergt het benaderen van moeilijk bereikbare componenten, zoals interne windingen in transformatoren, gespecialiseerde expertise. Sommige inspecties van transformatoren vereisen olieafvoer, wat strikte naleving van secuur veiligheidsprotocol vereist. Regelmatige kalibratie van thermische sensoren in transformatoren zorgt voor accurate inspectieresultaten.

Integratie van Thermische Inspectie met Transformatoronderhoud

Thermische inspecties van transformatoren dienen als brug tussen gegevensverzameling en onderhoudsacties. Een grondig inspectierapport van transformatoren, dat hotspots, koel inefficiënties of olieveroudering in transformatoren signaleert, richt directe ingrepen. Bijvoorbeeld, als een thermografische inspectie een geblokkeerde koellamellen in een transformator onthult, wordt schoonmaak of vervanging een prioriteit. Door thermische inspecties in de preventieve onderhouds schema's van transformatoren te integreren, kunnen operators de levensduur van de transformatoren verlengen en de netwerk kwetsbaarheden verminderen.

Mechanische Prestatietests van Distributietransformatoren

De Noodzaak van Mechanische Inspectie voor Transformatoren

Distributietransformatoren staan gedurende hun levenscyclus bloot aan mechanische spanningen. Elektrische fouten kunnen intense elektromagnetische krachten genereren die de windingen van de transformatoren kunnen vervormen. Bovendien kan seismische activiteit of ruwe behandeling tijdens transport interne componenten van de transformatoren beschadigen. Regelmatige mechanische inspecties, variërend van visuele controles tot dynamische tests van de transformatoren, zijn essentieel voor het detecteren van verborgen gebreken. Door mechanische zwakheden vroeg in de transformatoren te identificeren, kunnen operators beschermd worden tegen plotselinge storingen die de stroomtoevoer kunnen onderbreken en het gehele infrastructuur dat afhankelijk is van deze transformatoren in gevaar kunnen brengen.

Kerncomponenten voor Mechanische Tests van Transformatoren

Verschillende tests zijn integraal voor mechanische prestatie-inspecties van distributietransformatoren:

• Korte-slag Impuls Test: Deze inspectie simuleert foutcondities om de vermogen van de transformatoren om elektromagnetische krachten te weerstaan te beoordelen. Afwijkingen in impedantie of windingverschuiving in de transformatoren signaleren mechanische spanning, wat een inspectie van klampstructuren en steunframes binnen de transformatoren activeert.

• Trilling Analyse Inspectie: Sensoren worden gebruikt om trillingen tijdens de bedrijfsvoering van de transformatoren te monitoren. Abnormale frequenties die in de transformatoren worden gedetecteerd, duiden op problemen zoals losse delen, misaligned cores, of beschadigde koelventilatoren. Deze niet-invasieve inspectiemethode helpt technici mechanische problemen in de transformatoren te lokaliseren en te corrigeren voordat ze escaleren.

• Mechanische Impact Test: Toegepast tijdens het productieproces of na het transport van de transformatoren, evalueert deze test de veerkracht van de transformatoren tegen schokken. Valtests of seismische simulaties onthullen kwetsbaarheden in componenten zoals de tank, bushings, of terminalverbindingen van de transformatoren, wat inspecties van kritische verbindingen activeert.

Inspectieprotocollen en -normen voor Transformatoren

Normen zoals IEEE C57.12.90 en IEC 61378 vereisen strenge mechanische inspecties van transformatoren. Tijdens de tests volgen technici precieze procedures. Bijvoorbeeld, kortsluitingstests in transformatoren vereisen gecontroleerde stroominjecties terwijl de mechanische reacties van de transformatoren nauwlettend worden bewaakt. Gedetailleerde documentatie van elke inspectie van de transformatoren, inclusief testparameters, waargenomen vervormingen en reparatierecommendaties, bouwt een historisch archief voor toekomstige analyse van de transformatoren.

Frequentie en Contextuele Aanpassing voor Transformerinspecties

De frequentie van mechanische inspecties voor transformatoren varieert afhankelijk van gebruiksscenario's. Distributietransformatoren in aardbeving-prone regio's kunnen kwartaaltrillinginspecties ondergaan, terwijl die in stabiele omgevingen genoegen kunnen nemen met jaarlijkse checks. Nieuw geïnstalleerde transformatoren krijgen vaak onmiddellijk post-transportinspecties om hun integriteit te verifiëren. Geavanceerde monitoringssystemen stellen nu continue mechanische inspecties van transformatoren mogelijk via ingebedde spanningmetertjes en versnellingsmeter.

Overwinnen van Inspectie-uitdagingen in Transformatoren

Mechanische inspecties van transformatoren komen met hun eigen complexiteiten. Interne schade detecteren zonder de transformatoren te demonteren is een significante hindernis. Sommige inspecties, zoals ultrageluidsonderzoek voor verborgen scheuren in de transformatoren, vereisen gespecialiseerde expertise. Bovendien vraagt het onderscheid tussen normale slijtage en abnormale degradatie in de transformatoren om ervaring. Om deze uitdagingen aan te pakken, combineren technici verschillende inspectiemethoden, zoals trillingsanalyse met visuele inspecties, en maken ze gebruik van historische gegevens voor vergelijkende beoordelingen van de transformatoren.

Integratie van Mechanische Inspectie met Transformatoronderhoud

Mechanische inspecties van transformatoren vormen een cruciale link tussen diagnose en actie. Een grondig inspectierapport van de transformatoren, dat problemen zoals losse bouten, vervormde windingen of verzwakte steunen aangeeft, dicteert urgente reparaties of componentvervangingen. Bijvoorbeeld, als een trillingsinspectie een misaligned core in een transformator onthult, worden heruitlijning en hernauweren top prioriteiten. Door mechanische inspecties in de preventieve onderhoudsschema's van de transformatoren te integreren, kunnen operators de levensduur van de transformatoren verlengen en de netwerkveerkracht versterken.

Voorkomen van Onderbreking van Dienst in Distributietransformatoren

Hoe Transformatoren, Secondaries en Veiligheidssluiters Werken

Distributietransformatoren verlagen de spanning van de distributie- of primaire voeder spanning naar de gebruiksspanning. Ze zijn verbonden met de primaire voeder, sub-voeders en laterals via primaire veiligheidssluiters of gefuseerde uitsnijders. De primaire veiligheidssluiters ontkoppelen de bijbehorende distributietransformator van de primaire voeder wanneer er een transformatorfout of laagimpedantiesecondaire circuit-fout optreedt. Gefuseerde uitsnijders, die normaal gesloten zijn, bieden een gemakkelijke manier om kleine distributietransformatoren te ontkoppelen voor inspectie en onderhoud.

Voldoende overbelastingsbescherming van een distributietransformator kan niet worden bereikt met alleen een primaire veiligheidsslutter. Dit komt door het verschil in de vorm van de stroom-tijdcurve en de veilige stroom-tijdcurve van een distributietransformator. Als een klein genoeg veiligheidssluitertje wordt gebruikt om volledige overbelastingsbescherming voor de transformator te bieden, wordt veel van de waardevolle overbelastingscapaciteit van de transformator verloren doordat het veiligheidssluitertje te vroeg doorslaat. Zo'n klein veiligheidssluitertje slaat ook vaak onnodig door op stroomsprongen. Daarom moet een primaire veiligheidssluitertje worden geselecteerd op basis van het bieden van korte-slagschadebescherming alleen, met de minimale doorslaatspanning meestal meer dan 200% van de volledige belastingstroom van de bijbehorende transformator.

Distributietransformatoren die zijn aangesloten op bovenleidingsvoeders zijn vaak blootgesteld aan hevige blikseminval. Om isolatie-inbraak en transformatoruitval door bliksem te minimaliseren, worden bliksemafleiders vaak gebruikt met deze transformatoren.

De secondaire leidingen van een distributietransformator zijn meestal stevig verbonden met radiale secondaire circuits, waarvan consumentendiensten worden aangesloten. Dit betekent dat de transformator geen bescherming heeft tegen overbelastingen en hoogimpedantiefouten op haar secondaire circuits. Relatief weinig distributietransformatoren raken door overbelastingen vernield, vooral omdat ze vaak niet volledig worden benut tot hun overbelastingscapaciteit. Een andere factor die bijdraagt aan het lage aantal overbelastingsgerelateerde uitval is de frequente belastingscontroles en correctieve maatregelen die worden genomen voordat gevaarlijke overbelastingen optreden. Echter, hoogimpedantiefouten op hun secondaire circuits veroorzaken waarschijnlijk meer distributietransformatoruitval dan overbelastingen, vooral in gebieden met slechte boomcondities.

Veiligheidssluitertjes in de secondaire leidingen van distributietransformatoren zijn weinig effectiever in het voorkomen van transformatorbranden dan primaire veiligheidssluitertjes, om vergelijkbare redenen. De juiste manier om voldoende bescherming voor een distributietransformator tegen overbelastingen en hoogimpedantiefouten te verkrijgen, is door een schakelaar in de secondaire leidingen van de transformator te installeren. De tripsnelheidscurve van deze schakelaar moet goed worden afgestemd op de veilige stroom-tijdcurve van de transformator. De primaire veiligheidssluitertjes moeten ook worden afgestemd op de secondaire schakelaar, zodat de schakelaar trips op elke stroom die door hem kan passeren voordat de veiligheidssluitertjes beschadigd raken.

Fouten op de dienstverbinding van een consument van het secondaire circuit naar de dienstschakelaar zijn extreem zeldzaam. Daarom is het gebruik van een secondaire veiligheidssluitertje op het punt waar de dienstverbinding aansluit op het secondaire circuit niet economisch gerechtvaardigd, behalve in uitzonderlijke gevallen zoals grote diensten van ondergrondse secondaires.

Overwegingen Betreffende Spanningsvariaties

Bij een maximale spanningsvariatie van ongeveer 10% bij elke consumentenswitch, kan de verdeling van deze daling onder de verschillende delen van het systeem, bij volle belasting, ongeveer als volgt zijn:

• 2% spanningsvariatie in de primaire voeder tussen de eerste en laatste transformatoren

• 2,5% spanningsvariatie in de distributietransformator

• 3% spanningsvariatie in het secondaire circuit

• 0,5% spanningsvariatie in de consumentendienstverbinding

Het feit dat de spanning aan de primaire zijde van de eerste distributietransformator niet gewoonlijk exact kan worden gehandhaafd, verantwoordt de andere 2%.

Deze cijfers zijn typisch voor bovenleidingssystemen die woonlasten leveren. Echter, ze kunnen aanzienlijk verschillen in ondergrondse systemen waar kabelcircuits en grote distributietransformatoren worden gebruikt, of wanneer industriële en commerciële lasten worden geleverd.

De economische grootte van de combinatie van distributietransformator en secondaire circuit voor elke uniforme belastingsdichtheid en type constructie, bij specifieke marktprijzen, kan gemakkelijk worden bepaald zodra de totale toegestane spanningsdaling in deze twee delen van het systeem is vastgesteld. Als de transformator te groot is, zal de kosten van het secondaire circuit en de totale kosten te hoog zijn. Omgekeerd, als de transformator te klein is, zullen de transformatorkosten en de totale kosten te hoog zijn.

Omgaan met Lastveranderingen in Transformatoren

Net als in elk ander deel van het distributiesysteem moeten lastveranderingen of lastgroei worden overwogen en gepland in distributietransformatoren en secondaire circuits. Distributietransformatoren en secondaire circuits worden niet alleen geïnstalleerd om de bestaande lasten op het moment van installatie te bedienen, maar ook om enige toekomstige lasten te accommoderen. Het is echter niet economisch om te veel rekening te houden met groei.

Wanneer een distributietransformator gevaarlijk overbelast raakt, kan deze worden vervangen door een van de volgende grotere maten, indien de stroomdragercapaciteit van het secondaire circuit en de algemene spanningregeling dat toestaan. Als dat niet zo is, kan een andere transformator van ongeveer dezelfde grootte worden geïnstalleerd tussen de overbelaste transformator en de aangrenzende. Dit betekent dat de last van de overbelaste transformator wordt weggenomen door een deel van haar secondaire circuit en de bijbehorende last aan de nieuwe transformator te verbinden. Dit vermindert ook de last op het secondaire circuit van de overbelaste transformator en verbetert de algemene spanningregeling. In gebieden met redelijk uniforme lasten kunnen transformatoren aan beide zijden van de overbelaste transformator relatief snel moeten worden geïnstalleerd om bevredigende spanningstoestanden te handhaven en overbelasting van delen van het secondaire circuit te voorkomen. Hetzelfde resultaat kan ook worden bereikt door één nieuwe transformator te installeren en de overbelaste transformator te verplaatsen, zodat deze het midden van haar verkorte secondaire circuit voedt.

Transformatorbankieren voor Dienstverbetering

Met distributietransformatoren en secondaire circuits die zijn gerangschikt zoals in de typische radiale configuratie, wordt elke enkele last alleen door één transformator gevoed en in slechts één richting over het secondaire circuit. Vanwege dit, kan een plotseling toegepaste last, zoals bij het starten van een motor, op de dienst van een consument hinderlijke lichtflakkeringen veroorzaken op andere consumentendiensten die van dezelfde transformator worden gevoed. De toenemende gebruik van motorbestuurde apparaten in woongebieden leidt tot een aanzienlijk aantal klachten over lichtflakkering. In sommige gebieden kan lichtflakkering, in plaats van spanningregeling, de bepalende factor zijn in de grootte en rangschikking van transformatoren en secondaire circuits.

Het bankieren van distributietransformatoren is meestal de beste en meest economische manier om lichtflakkering te verbeteren of te elimineren. Bankieren van transformatoren betekent parallel aansluiten aan de secondaire zijde van een aantal transformatoren die allemaal zijn aangesloten op hetzelfde primaire circuit. De layout van het secondaire circuit in een banktransformatorconfiguratie kan verschillende vormen aannemen, zoals lussen of roosters vergelijkbaar met die in een secondaire netwerksysteem. Echter, gebankte transformatoren, die aangesloten zijn op en worden gevoed over een enkele radiale primaire voeder, zijn een vorm van radiale distributiesysteem, in tegenstelling tot een secondaire netwerklus of raster die wordt gevoed over twee of meer primaire voeders en veel grotere dienstreliabiliteit biedt.

De conversie van de gebruikelijke radiale secondaire circuitconfiguratie naar de banktransformatorconfiguratie kan meestal eenvoudig en goedkoop worden gedaan door de openingen tussen de radiale secondaires van een aantal transformatoren die zijn gekoppeld aan dezelfde primaire voeder te sluiten en de juiste primaire en secondaire veiligheidssluitertjes te installeren.

Bescherming bij Transformatorbankieren

Twee belangrijke vormen van bescherming zijn gebruikt bij het bankieren van distributietransformatoren. De eerste configuratie, die waarschijnlijk de oudste en meest voorkomende is, omvat het aansluiten van de distributietransformatoren op de primaire voeder via primaire veiligheidssluitertjes of gefuseerde uitsnijders. Deze veiligheidssluitertjes moeten alleen doorblazen bij een fout in de bijbehorende transformator. Alle transformatoren zijn verbonden met het gemeenschappelijke secondaire circuit via secondaire veiligheidssluitertjes, waarvan het doel is om een defecte transformator van het secondaire circuit te ontkoppelen. De grootte van het secondaire veiligheidssluitertje moet zo zijn dat het doorblaast bij een primaire fout tussen de transformator en het bijbehorende primaire veiligheidssluitertje. Fouten op het secondaire circuit worden normaal gesproken verwacht om zichzelf te verbranden. Om het frequent doorblazen van secondaire veiligheidssluitertjes bij fouten op het secondaire circuit te voorkomen, moeten deze veiligheidssluitertjes relatief lange doorblasstijden hebben bij alle foutstromen, maar niet zo lang dat ze failleren om enige bescherming te bieden aan de transformatoren tegen secondaire fouten die zich niet snel verbranden.

Het gebruik van een secondaire schakelaar met de juiste stroom-tijdkenmerken is de voorkeur boven secondaire veiligheidssluitertjes bij het bankieren van transformatoren, omdat het grotere bescherming biedt aan de transformator tegen overbelastingen en hoogimpedantiefouten. De secondaire veiligheidssluitertjes of schakelaars moeten sneller openen dan de primaire veiligheidssluitertjes bij elke mogelijke stroom om het doorblazen van primaire veiligheidssluitertjes bij een secondaire fout te voorkomen.

Een transformatorfout wordt door de primaire en secondaire veiligheidssluitertjes van de transformator afgehandeld zonder de dienst te onderbreken. De meeste secondaire fouten verbranden zich snel, maar wanneer een secondaire fout aanhoudt, kunnen meerdere of alle secondaire veiligheidssluitertjes doorgaan en sommige transformatoren kunnen worden verbrand. Ervaring leert dat met zorgvuldige studie van de verwachte foutstromen en de juiste selectie van primaire en secondaire veiligheidssluitertjes, deze methode van bankieren met minimale problemen werkt. Echter, af en toe veroorzaakt een fout op het secondaire circuit meerdere secondaire veiligheidssluitertjes te laten doorslaan en sommige transformatoren te verbranden, wat resulteert in een grotere dienstonderbreking dan met radiale secondaire circuits.

De tweede configuratie voor transformatorbankieren is de voorkeur, omdat er geen gevaar is voor een complete dienstonderbreking in de gebankeerde zone door een secondaire fout. In deze configuratie zijn distributietransformatoren verbonden met de primaire voeder via primaire veiligheidssluitertjes om dezelfde redenen als in de eerste configuratie. De transformatoren zijn stevig verbonden met het secondaire circuit, dat tussen de transformatoren is gesectioneerd door secondaire veiligheidssluitertjes. Deze veiligheidssluitertjes worden geselecteerd om sneller te blazen dan enige primaire veiligheidssluitertjes bij elke fout op het secondaire circuit. Wanneer een transformator faalt, wordt deze uit het systeem verwijderd door zijn primaire veiligheidssluitertje en de aangrenzende secondaire veiligheidssluitertjes aan weerszijden. Dus, een transformatorfout resulteert in een dienstonderbreking alleen voor de consumenten die zijn gekoppeld aan de defecte transformator. Een fout op het secondaire circuit verbrandt meestal zelf, maar als deze aanhoudt, wordt deze afgehandeld door de secondaire veiligheidssluitertjes naast het defecte gedeelte en het primaire veiligheidssluitertje van de