Захист трансформаторів та виявлення несправностей у трансформаторах

Існує різні види трансформаторів, таких як двовиткові або тривиткові електричні трансформатори, автотрансформатори, регульовані трансформатори, заземлювальні трансформатори, прямокутні трансформатори тощо. Різні трансформатори потребують різних схем захисту трансформатора залежно від їх важливості, способу підключення витків, методів заземлення і режиму роботи тощо.
Зазвичай надається реле Бухгольца для всіх трансформаторів з потужністю 0,5 МВА і більше. Для всіх малих розподільчих трансформаторів використовуються лише високовольтні запобіжники як основний захисний пристрій. Для усіх більших за розміром і важливих розподільчих трансформаторів застосовується захист від перевантаження разом з обмеженим заземленим коротким замиканням.
Диференційний захист повинен бути забезпечений для трансформаторів з потужністю більше 5 МВА.

Залежно від нормальних умов експлуатації, характеру аварій трансформаторів, ступеня постійного перевантаження, схеми зміни кроку і багатьох інших факторів, обираються відповідні схеми захисту трансформатора.

Характер аварій трансформаторів

Хоча електричний трансформатор є статичним пристроєм, але внутрішні напруження, що виникають через ненормальні умови системи, повинні враховуватися.
Трансформатор зазвичай страждає від наступних типів аварій:

1. Перевантаження через перегрузки і зовнішні короткі замикання,

2. Аварії на терміналах,

3. Аварії витків,

4. Начальні аварії.

Усі зазначені вище аварії трансформатора викликають механічні та теплові напруження всередині витків трансформатора та його з'єднуючих терміналів. Теплові напруження призводять до перегріву, що в кінцевому підсумку впливає на ізоляційну систему трансформатора. Погіршення ізоляції призводить до аварій витків. Іноді відмова системи охолодження трансформатора призводить до перегріву трансформатора. Тому схеми захисту трансформатора дуже необхідні.

Струм короткого замикання електричного трансформатора зазвичай обмежується його реактивним опором, і при низькому реактивному опорі значення струму короткого замикання може бути надмірно високим. Тривалість зовнішніх коротких замикань, які трансформатор може витримати без пошкодження, дана в BSS 171:1936.

Загальні аварії витків в трансформаторі — це або заземлення, або міжвиткові аварії. Фазні аварії витків в трансформаторі є рідкісними. Фазні аварії в електричному трансформаторі можуть виникнути через пробій ізоляції на втулках або аварії в обладнанні зміни кроку. Які б не були аварії, трансформатор повинен бути моментально відірваний під час аварії, інакше може виникнути серйозна аварія в електричній системі живлення.
Початкові аварії — це внутрішні аварії, які не становлять немедленної загрози. Але якщо ці аварії будуть проігноровані і не будуть враховані, вони можуть призвести до серйозних аварій. До цієї групи аварій належать головним чином міжламельні короткі замикання через відмову ізоляції між ламелями, зниження рівня масла через течію, заблокування шляхів потоку масла. Усі ці аварії призводять до перегріву. Тому схема захисту трансформатора необхідна також для початкових аварій трансформатора. Заземлення, дуже близьке до нейтральної точки зіркового змотування трансформатора, також може розглядатися як початкова аварія.
Вплив способу підключення витків та заземлення на величину струму заземлення.
Існує два основні умови для протікання струму заземлення під час аварій витків на землю:

1. Існує струм, який може протікати в виток і з нього.

2. Зберігається баланс ампер-витків між витками.

Значення струму заземлення витків залежить від положення аварії на витку, способу підключення витків та способу заземлення. Нейтральна точка витків може бути заземлена або жорстко, або через резистор. На трикутній стороні трансформатора система заземлюється через заземлювальний трансформатор. Заземлювальний трансформатор забезпечує низький імпедансний шлях для нуль-послідовності струму та високий імпеданс для позитивної та негативної послідовностей струму.

Зіркове змотування з нейтральним резистором заземлення

У цьому випадку нейтральна точка трансформатора заземлюється через резистор, і значення імпедансу резистора набагато вище, ніж імпеданс витків трансформатора. Це означає, що значення імпедансу витків трансформатора є незначним порівняно з імпедансом заземлювального резистора. Отже, значення струму заземлення пропорційне положенню аварії на витку. Оскільки струм аварії в первинному витку трансформатора пропорційний співвідношенню кількості короткозамкнених вторинних витків до загальної кількості витків на первинному витку, первинний струм аварії буде пропорційний квадрату відсотка короткозамкнених витків. Варіація струму аварії як в первинному, так і в вторинному витку показана нижче.

Зіркове змотування з жорстким заземленням нейтралі

У цьому випадку величина струму заземлення обмежується лише імпедансом витків, і величина аварії більше не є пропорційною положенню аварії. Причиною цієї нелінійності є нерівноважний магнітний потік.

Заява: Поважайте оригінал, добре написані статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.