17 Almindelige Spørgsmål om Strømtransformatorer

1 Hvorfor skal transformerens kerne være jordet?
Under normal drift af strømtransformatorer skal kernen have én pålidelig jordforbindelse. Uden jordforbindelse ville et flydende spænding mellem kernen og jorden forårsage periodiske nedbrydelsesudslip. Enkeltjordning eliminerer muligheden for flydende potentiale i kernen. Når der dog findes to eller flere jordpunkter, opstår ulige potentialet mellem kernedelene cirkulerende strømme mellem jordpunkterne, hvilket forårsager fler-punkt-jordningsopvarmningsfejl. Kernens jordningsfejl kan forårsage lokal overophedning. I alvorlige tilfælde stiger kernetemperaturen betydeligt, hvilket udløser let gassignal, og potentielt udløser tung gasbeskyttelse. Smeltede kernedele skaber kortslutninger mellem laminater, hvilket øger kernetab og påvirker alvorligt transformatorens ydeevne og drift, nogle gange kræver det at kernesiliciumstålplader erstattes. Derfor skal transformerkerne have præcis ét jordpunkt - ikke mere og ikke mindre.

2 Hvorfor bruges siliciumstålplader til transformerkerne?
Almindelige transformerkerne laves af siliciumstålplader. Siliciumstål er stål, der indeholder silicium (også kaldet sand) på 0,8-4,8%. Siliciumstål anvendes, fordi det har fremragende magnetiske egenskaber og kan generere høj magnetisk fluxtæthed i bestrømte spoler, hvilket gør det muligt at reducere transformatorstørrelsen. Transformatorer fungerer altid under vekselstrøm-betingelser, med tab, der ikke kun forekommer i spolets resistans, men også i kernen under alternerende magnetisering. Kerne-tab kaldes "jern-tab", bestående af "hysteresistab" og "virløbsstab". Hysteresistab opstår under magnetisering pga. magnetisk hystere, med tab proportionalt med arealet indskrænket af materialets hystere-loop. Siliciumstål har en smal hystere-loop, hvilket resulterer i lavere hysteresistab og mindre opvarmning.

Hvis siliciumstål har disse fordele, hvorfor så ikke bruge solide blokke? Fordi lamellerede kerner reducerer en anden type jernstab - virløbsstab. Under drift skaber vekselstrøm i spoler vekselmagnetisk flux, som inducerer strømme i kernen. Disse inducerede strømme løber i lukkede løkker vinkelret på fluxretningen, danner virløb, der forårsager opvarmning. For at reducere virløbsstab anvender transformatorkerne isolerede siliciumstålplader lagret sammen, tvinger virløb gennem smalle veje med mindre tværsnit for at øge modstand. Desuden øger silicium i stålet resistiviteten, hvilket yderligere reducerer virløb. Transformatorkerne anvender typisk 0,35 mm tykke kultrullede siliciumstålplader, klippet til størrelse og lagret i "E-I" eller "C" former. Teoretisk set ville tyndere plader og smalere striber bedre reducere virløb. Dette ville reducere virløbsstab, sænke temperaturstigning og spare materiale. Men praktisk kernenproduktion tager højde for flere faktorer - for tynde plader ville øge arbejdskostnadene betydeligt og reducere den effektive tværsnitsareal af kernen. Derfor skal dimensionerne af siliciumstålplader til transformatorkerne balancere forskellige overvejelser for at opnå optimal design.

3 Hvad er beskyttelsesområdet for Buchholz (gas) beskyttelse?

• Interne flerfaserede kortslutninger i transformator
• Vindings-kortslutninger, kortslutninger mellem vindinger og kerne eller tank
• Kernefejl
• Olie-niveau-fald eller olie-lækage
• Dårlig kontakt i tap-changere eller dårlig svinding af ledere

4 Hvad er forskellene mellem hovedtransformator differentiel beskyttelse og Buchholz beskyttelse?

• Hovedtransformator differentiel beskyttelse fungerer på cirkulerende strømprincipper, mens Buchholz beskyttelse fungerer baseret på gasdannelse under interne transformatorfejl.
• Differential beskyttelse er hovedbeskyttelsen for transformatorer, mens Buchholz beskyttelse er hovedbeskyttelsen for interne transformatorfejl.
• Beskyttelsesområder varierer:
  A) Differential beskyttelse dækker:
  • Flerfaserede kortslutninger i hovedtransformatorledere og vindinger
  • Alvorlige enkelfasede vindings-kortslutninger
  • Jordfejl på vindinger og ledere i høj-strøm jordsystemer
• B) Buchholz beskyttelse dækker:
• • Interne flerfaserede kortslutninger i transformator
  • Vindings-kortslutninger, kortslutninger mellem vindinger og kerne eller tank
  • Kernefejl (overophedningsskade)
  • Olie-niveau-fald eller olie-lækage
  • Dårlig kontakt i tap-changere eller dårlig ledersvinding

5 Hvordan håndteres fejl i hovedtransformator køler?

• Når arbejdskraft for kølersektioner I og II mister strøm, vises et "#1, #2 strømnedbrud" signal, og hovedtransformator køler fuldstop-trippesirkuit aktiveres. Rapporter umiddelbart til dispatch og deaktivér denne beskyttelsessæt.
• Hvis skift mellem strømforsyninger I og II mislykkes under drift, lyser "køler fuldstop" indikator, aktiverer hovedtransformator køler fuldstop-trippesirkuit. Rapporter umiddelbart til dispatch for at deaktivere denne beskyttelsessæt og udfør hurtigt manuelt skift. Hvis kontakterne KM1 eller KM2 er defekte, forsøg ikke at tvinge opspænding.
• Når enhver enkelt kølersirkuit mislykkes, isolér den defekte kølersirkuit.

6 Hvad er konsekvenserne af at drive transformer i parallel, der ikke opfylder betingelserne for paralleldrift?
Når transformer med forskellige transformationforhold kører i parallel, udvikler cirkulerende strømme sig, hvilket påvirker transformatorernes udbyttes kapacitet. Når transformer med forskellige procentvise impedanser kører i parallel, kan belastningen ikke fordeles i overensstemmelse med transformatorernes kapacitetsforhold, og dette påvirker også udbyttet. Når transformer med forskellige forbindelsesgrupper kører i parallel, vil der opstå kortslutninger i transformerne.

7 Hvad forårsager ualmindelige lyde i transformer?

• Overbelastning
• Dårlige interne kontakter, der forårsager sparkover
• Lose individuelle komponenter
• Jordforbindelser eller kortslutninger i systemet
• Starter af store motorer, der forårsager betydelige belastningsfluktueringer

8 Når bør tapændringer på en belasted tapændringstransformator ikke justeres?

• Under overbelastningsdrift af transformator (undtagen under specielle omstændigheder)
• Når letgassikringen på den belasted tapændring ofte aktiveres
• Når oliepejlen på den belasted tapændring viser ingen olie
• Når antallet af tapændringer overstiger de specificerede grænser
• Når tapændringsenheden viser anomalier

9 Hvad repræsenterer de nominerede værdier på et transformatorplade?
Transformatorers nominerede værdier er specifikationer, der er fastsat af producenterne for normal drift af transformatorer. At drifte inden for disse nominerede værdier sikrer langvarig pålidelig drift med god ydeevne. Nominerede værdier inkluderer:

• Nomineret kapacitet: Den garanterede udbyttekapacitet under nominerede forhold, angivet i voltamper (VA), kilovoltamper (kVA) eller megavoltamper (MVA). På grund af høj effektivitet i transformer er primær- og sekundær vindings nominerede kapaciteter typisk designet til at være ens.
• Nomineret spænding: Den garanterede terminalspænding under tomgangsbetingelser, angivet i volt (V) eller kilovolt (kV). Medmindre andet er angivet, refererer nomineret spænding til linjespænding.
• Nomineret strøm: Linjestrømmen, beregnet fra den nominerede kapacitet og den nominerede spænding, angivet i amper (A).
• Tomgangsstrøm: Opkvægsstrømmen som en procentdel af den nominerede strøm under tomgangsdrift.
• Kortslutningstab: Det aktive effekttab, når en vindings er kortsluttet, og spænding anvendes på den anden vindings for at opnå den nominerede strøm i begge vindinger, angivet i watt (W) eller kilowatt (kW).
• Tomgangstab: Det aktive effekttab under tomgangsdrift, angivet i watt (W) eller kilowatt (kW).
• Kortslutningsspænding: Også kaldet impedansespænding, den procentdel af den anvendte spænding i forhold til den nominerede spænding, når en vindings er kortsluttet, og den anden vindings bærer den nominerede strøm.
• Forbindelsesgruppe: Angiver forbindelsesmetoderne for primær- og sekundær vindinger samt fasenforskellen mellem linjespændinger, repræsenteret ved brug af urnotation.

10 Hvorfor kræver strømkildeinvertorer større transformatorkapacitet?
Transformator-design tager typisk højde for den nominerede kapacitet snarere end den nominerede effekt, da strøm kun relaterer sig til den nominerede kapacitet. For spændingskildeinvertorer er input-effektfaktoren tæt på 1, så den nominerede kapacitet og den nominerede effekt er næsten ens. Strømkildeinvertorer adskiller sig – deres input-side transformator-effektfaktor er højst lig med last-induktionselektriske motors effektfaktor. Derfor skal den nominerede kapacitet være større for samme lastmotor, sammenlignet med transformer, der bruges med spændingskildeinvertorer.

11 Hvad påvirker transformatorkapaciteten?
Kerneselektion relaterer sig til spænding, mens ledelselektion relaterer sig til strøm – ledelsesdæktykkelsen påvirker direkte varmegenerering. Med andre ord, transformatorkapaciteten relaterer sig kun til varmegenerering. For en godt designet transformator, der opererer under dårlige varmeforsinkelsesbetingelser, kunne en 1000kVA enhed operere på 1250kVA med forbedret køling. Desuden relaterer den nominerede kapacitet sig til tilladt temperaturstigning. For eksempel kunne en 1000kVA transformator med en tilladt temperaturstigning på 100K overskride 1000kVA kapaciteten, hvis den måtte operere på 120K under særlige omstændigheder. Dette viser, at forbedring af transformatorernes køleforhold kan øge den nominerede kapacitet. Omvendt kan kabinetstørrelsen for en inverter med samme kapacitet reduceres.

12 Hvordan forbedres transformatoreffektiviteten?

• Vælg lavt tab, højeffektive energibesparende transformatorer, når det er muligt
• Vælg transformator kapacitet fornuftigt baseret på belastningsforhold
• Oprethold transformator gennemsnitlig belastningsfaktor over 70%
• Overvej at erstatte med mindre kapacitets-transformatorer, når gennemsnitlig belastningsfaktor konsekvent er under 30%
• Forbedr belastnings effektfaktor for at øge transformatorens evne til at levere aktiv effekt
• Konfigurer belastninger fornuftigt for at minimere antallet af driftende transformatorer

13 Hvorfor accelerere teknisk ombygning af højenergiforbrugende distributions-transformatorer?
Højenergiforbrugende distributions-transformatorer hentyder primært til SJ, SJL, SL7, S7-seriens transformatorer, hvis jern- og kobbertab er meget højere end de nu bredt anvendte S9-seriens transformatorer. For eksempel har S7 sammenlignet med S9 11% højere jertab og 28% højere kobbertab. Nyere transformatorer som S10 og S11 er endda mere energieffektive end S9, mens amørfe legalets transformatorer har jertab, der svarer til kun 20% af S7-transformatorers. Transformatorer har typisk en levetid på flere årtier. At erstatte højenergiforbrugende transformatorer med højeffektive modeller forbedrer ikke kun energiomregningseffektiviteten, men opnår også betydelige strømbesparelser over deres levetid.

14 Hvad er krydsstrøm? Hvilke skader forårsager krydsstrøm?
Når vekslende strøm løber gennem en ledere, opretter den et vekslen magnetfelt omkring lederen. Dette vekslede felt inducerer strømme indeni faste ledere. Da disse inducerede strømme danner lukkede løkke indeni ledere, ligesom vandvirkler, kaldes de krydsstrøm. Krydsstrøm spilder ikke kun elektrisk energi, hvilket reducerer udstyrseffektiviteten, men forårsager også opvarmning i elektriske enheder (som transformatorkerne), potentielt ved alvorlige tilfælde påvirker normal udstyrshandtering.

15 Hvorfor skal transformator hurtigbeskyttelse undgå lavspændings kortslutningsstrøm?
Dette tager primært hensyn til selektivitet i relæbeskyttelsesdrift. Hurtigbeskyttelse på højspændings side beskytter primært mod alvorlige eksterne transformatorfejl. Under justering, hvis beskyttelsen ikke undgår maksimal kortslutningsstrøm på transformator lavspændings side, ville beskyttelsesområdet udvides til lavspændings udgående linjer, da kortslutningsstrøm værdier ikke ændres betydeligt i et kort område nær lavspændings udgangen. Dette ville kompromittere selektiviteten. Selvom ikke-selektiv beskyttelse er mere pålidelig, skaber den driftsmæssige ulemper. For eksempel har mange industriområder 10kV-hovedfordelingsrum (10kV bus + udgående brydere), med hver workshop har lavspændings fordelingsringe (ringhovedenheder + transformatorer). Hvis brydere ikke undgår maksimal kortslutningsstrøm på transformator lavspændings side, vil både lavspændings hovedskruer (ringhovedenhet last switch fuses) og højspændings brydere operere, hvilket skaber driftsmæssige vanskeligheder.

16 Hvorfor må to parallelle transformatorer ikke have neutrale punkter jordet samtidig?
I højt-strømsystemer, for at opfylde følsomhedskoordinationskrav for relæbeskyttelse, skal nogle hovedtransformatorer være jordet, mens andre forbliver ujordet. På en station med to hovedtransformatorer, at ikke jorde begge neutrale punkter samtidig adresserer primært koordinering af nul-sekvens strøm og nul-sekvens spændingsbeskyttelse. I understationer med flere parallelle transformatorer, er typisk nogle transformator neutrale punkter jordet, mens andre forbliver ujordet. Dette begrænser jordfejlstrømmen til rimelige niveauer og minimaliserer indvirkningen af driftsmodusændringer på størrelsen og fordelingen af nul-sekvens strømme i hele nettet, forbedrer følsomheden af nul-sekvens strømbeskyttelsessystemer.

17 Hvorfor udføre impuls lukningstests før nyinstallerede eller overhaulede transformatorer sættes i drift?
At afkoble en ubelasted transformator fra nettet skaber slukningsovervoltage. I småstrøms jordsystemer kan disse overvoltage nå 3-4 gange den nominale fasevoltage; i høj-jordstrøms systemer kan de nå 3 gange den nominale fasevoltage. Derfor, for at verificere, om transformatorisolering kan klare nominale voltage og driftssluknings-overvoltage, skal flere impuls lukningstests udføres før indkørsel. Desuden producerer inddrivning af ubelasted transformatorer magnetiseringsinrushstrøm, som kan nå 6-8 gange den nominale strøm. Da magnetiseringsinrush skaber betydelige elektromagnetiske kræfter, verificerer impuls lukningstester også effektivt transformator mekanisk styrke og om relæbeskyttelse kan fejlbehandle.