17 Algemene Vragen Over Energievervormers

1 Waarom moet de transformatorkern aangesloten zijn op aarde?
Tijdens normaal gebruik van stroomtransformatoren moet de kern een betrouwbare aardverbinding hebben. Zonder aarding zou er een zwevende spanning tussen de kern en de aarde ontstaan, wat tijdelijke doorbraakontladingen veroorzaakt. Een enkel punt van aarding elimineert de mogelijkheid van een zwevend potentieel in de kern. Wanneer er echter twee of meer aardpunten bestaan, creëren ongelijke potentiaalverschillen tussen kernsecties circulerende stromen tussen de aardpunten, waardoor verhitting door meerpuntige aarding optreedt. Kern-aardingsfouten kunnen lokale oververhitting veroorzaken. In ernstige gevallen neemt de kertemperatuur aanzienlijk toe, wat lichte gasalarms activeert, en kan zware gasbescherming doen uitschakelen. Gesmolten kernsecties creëren kortsluitingen tussen de laminaties, wat de kernverliezen verhoogt en de prestaties en werking van de transformatoren ernstig beïnvloedt, soms zelfs tot vervanging van de silicium staalplaten. Daarom moeten transformatorkernen precies één aardpunt hebben - niet meer en niet minder.

2 Waarom worden silicium staalplaten gebruikt voor transformatorkernen?
Gewone transformatorkernen worden gemaakt van silicium staalplaten. Siliciumstaal is staal dat 0,8-4,8% silicium (ook wel zand genoemd) bevat. Siliciumstaal wordt gebruikt vanwege zijn uitstekende magnetische eigenschappen en omdat het een hoge magnetische fluxdichtheid kan genereren in geactiveerde spoelen, waardoor de transformatorgrootte kleiner kan zijn. Transformatoren werken altijd onder wisselstroomomstandigheden, met vermogensverliezen die niet alleen plaatsvinden in de spoelweerstanden, maar ook in de kern onder wisselmagnetisatie. Kernvermogensverliezen worden "ijzerverliezen" genoemd, bestaande uit "hystereseverlies" en "wervelstroomverlies". Hystereseverlies treedt op tijdens magnetisatie als gevolg van magnetische hysterese, waarbij het verlies evenredig is aan het gebied dat wordt omsloten door de hystereselus van het materiaal. Siliciumstaal heeft een smalle hystereselus, wat resulteert in lagere hystereseverliezen en minder verhitting.

Als siliciumstaal deze voordelen heeft, waarom dan geen massieve blokken gebruiken? Omdat gelamineerde kernen een ander type ijzerverlies - wervelstroomverlies - verminderen. Tijdens het gebruik creëert de wisselstroom in de spoelen een wisselende magnetische flux, die stromen in de kern induceren. Deze geïnduceerde stromen vloeien in gesloten lussen loodrecht op de richting van de flux, waardoor wervelstromen ontstaan die verhitting veroorzaken. Om wervelstroomverliezen te verminderen, gebruiken transformatorkernen geïsoleerde silicium staalplaten die gestapeld zijn, waardoor wervelstromen door smalle paden met kleinere doorsnede gedwongen worden om de weerstand te verhogen. Bovendien verhoogt silicium in het staal de weerstand, waardoor wervelstromen verder worden verlaagd. Transformatorkernen gebruiken meestal 0,35 mm dikke gekoelde silicium staalplaten, die naar grootte worden gesneden en gestapeld in "E-I" of "C" vormen. Theoretisch gezien zouden dunnere platen en smaller strips wervelstromen beter verminderen. Dit zou wervelstroomverliezen verlagen, temperatuurstijging verminderen en materiaal besparen. Echter, praktische kernproductie neemt meerdere factoren in overweging - te dunne platen zouden arbeidskosten aanzienlijk verhogen en de effectieve doorsnede van de kern verminderen. Daarom moeten de afmetingen van silicium staalplaten voor transformatorkernen verschillende overwegingen in balans brengen om een optimale ontwerp te bereiken.

3 Wat is het beschermingsbereik van Buchholz (gas) bescherming?

• Interne meervoudige kortsluitingen in de transformatoren
• Spoelspoels kortsluitingen, kortsluitingen tussen windingen en kern of tank
• Kernfouten
• Dalend oliveau of olielekage
• Slecht contact in tapschakelaars of slechte lasverbindingen van geleiders

4 Wat zijn de verschillen tussen hoofdtransformatordifferentieelbescherming en Buchholz bescherming?

• Hoofdtransformatordifferentieelbescherming werkt op principes van circulerende stromen, terwijl Buchholz bescherming werkt op basis van gasvorming bij interne transformatorfouten.
• Differentieelbescherming dient als de hoofdbescherming voor transformatoren, terwijl Buchholz bescherming de hoofdbescherming is voor interne transformatorfouten.
• Beschermingsbereiken verschillen:
  A) Differentieelbescherming omvat:
  • Meervoudige kortsluitingen in hoofdtransformatoraansluitingen en windingen
  • Ernstige enkele fase spoelspoels kortsluitingen
  • Aardsfouten op windingen en aansluitingen in hoog-stroom aardsystemen
• B) Buchholz bescherming omvat:
• • Interne meervoudige kortsluitingen in de transformatoren
  • Spoelspoels kortsluitingen, kortsluitingen tussen spoelen en kern of tank
  • Kernfouten (oververhittingsbeschadigingen)
  • Dalend oliveau of olielekage
  • Slecht contact in tapschakelaars of slechte lasverbindingen van geleiders

5 Hoe om te gaan met fouten in de koeler van de hoofdtransformator?

• Wanneer de werkspanningen voor de koelersecties I en II verloren gaan, verschijnt er een "#1, #2 stroomuitval" signaal, en wordt de volledige stopcircuitschakeling van de hoofdtransformatorkoeler geactiveerd. Rapporteer onmiddellijk aan de dispatch en schakel deze beschermingset uit.
• Als het overschakelen tussen de stroombronnen I en II tijdens het gebruik mislukt, gaat de "volledige koelstop" indicator branden, waarmee de volledige stopcircuitschakeling van de hoofdtransformatorkoeler geactiveerd wordt. Rapporteer onmiddellijk aan de dispatch om deze beschermingset uit te schakelen en voer snel handmatig overschakelen uit. Als de contactors KM1 of KM2 defect zijn, dwing geen opwekking af.
• Wanneer een enkele koelcircuit faalt, isoleer dan het defecte koelcircuit.

6 Wat zijn de gevolgen wanneer transformatoren die niet voldoen aan de voorwaarden voor parallelle bedrijfsvoering in parallel worden bediend?
Wanneer transformatoren met verschillende verhoudingsgetallen in parallel worden bediend, ontstaan circulerende stromen, wat de uitvoercapaciteit van de transformatoren beïnvloedt. Wanneer transformatoren met verschillende percentage-impedanties in parallel worden bediend, kunnen de belastingen niet worden verdeeld volgens de capaciteitsverhoudingen van de transformatoren, wat ook de uitvoercapaciteit beïnvloedt. Wanneer transformatoren met verschillende aansluitgroepen in parallel worden bediend, zullen er kortsluitingen optreden in de transformatoren.

7 Wat veroorzaakt afwijkende geluiden in transformatoren?

• Overbelasting
• Slechte interne contacten die boogontlading veroorzaken
• Losse individuele componenten
• Aarding of kortsluiting in het systeem
• Grote motorstart waardoor significante belastingschommelingen ontstaan

8 Wanneer mag de tapchanger van een onderbelaste tap-changing transformer niet worden aangepast?

• Tijdens overbelasting van de transformer (behalve in speciale omstandigheden)
• Wanneer de lichtgasbescherming van de tapchanger frequent wordt geactiveerd
• Wanneer de oliepeilindicator van de tapchanger geen olie aangeeft
• Wanneer het aantal tapposities de gespecificeerde limieten overschrijdt
• Wanneer de tapchanger apparatuur afwijkingen vertoont

9 Wat betekenen de nominale waarden op een transformernaamplaat?
De nominale waarden van een transformer zijn specificaties die door fabrikanten worden vastgesteld voor normale bedrijfsvoering. Werken binnen deze nominale waarden zorgt voor langdurig betrouwbare werking met goede prestaties. Nominale waarden omvatten:

• Nominale capaciteit: De gegarandeerde uitvoercapaciteit onder nominale omstandigheden, uitgedrukt in voltampères (VA), kilovoltampères (kVA) of megavoltampères (MVA). Vanwege de hoge efficiëntie van transformatoren worden de nominale capaciteiten van primaire en secundaire windingen meestal gelijk ontworpen.
• Nominaal voltage: Het gegarandeerde spanningsniveau onder nulbelasting, uitgedrukt in volt (V) of kilovolt (kV). Tenzij anders gespecificeerd, verwijst nominaal voltage naar lijnspanning.
• Nominaal stroom: De lijnstroom berekend op basis van de nominale capaciteit en het nominale voltage, uitgedrukt in ampère (A).
• Nulbelastingstroom: De opwekkingsstroom als percentage van de nominale stroom tijdens nulbelasting.
• Kortsluitingsverlies: Het actieve vermogensverlies wanneer één winding wordt kortgesloten en er spanning wordt aangebracht op de andere winding om de nominale stroom in beide windingen te bereiken, uitgedrukt in watt (W) of kilowatt (kW).
• Nulbelastingsverlies: Het actieve vermogensverlies tijdens nulbelasting, uitgedrukt in watt (W) of kilowatt (kW).
• Kortsluitingspanning: Ook wel impedantiespanning genoemd, het percentage van aangebrachte spanning ten opzichte van het nominale voltage wanneer één winding wordt kortgesloten en de andere winding de nominale stroom voert.
• Aansluitgroep: Geeft de aansluitmethoden van primaire en secundaire windingen en het faseverschil tussen lijnspanningen aan, weergegeven met kloknotatie.

10 Waarom vereisen stroombroninverters een grotere transformer-capaciteit?
Transformerontwerp neemt meestal de nominale capaciteit in plaats van de nominale vermogen in overweging, omdat stroom alleen gerelateerd is aan de nominale capaciteit. Voor spanning-broninverters is de ingangscosinusφ bijna 1, dus de nominale capaciteit en de nominale vermogen zijn bijna gelijk. Stroombroninverters verschillen: hun ingangstransformer cosinusφ is maximaal gelijk aan de cosinusφ van de belastingmotor. Daarom moet voor dezelfde belastingmotor de nominale capaciteit groter zijn dan voor transformatoren die worden gebruikt met spanning-broninverters.

11 Welke factoren beïnvloeden de transformer-capaciteit?
Kernselectie is gerelateerd aan voltage, terwijl geleiderselectie gerelateerd is aan stroom - de dikte van de geleiders heeft directe invloed op warmteopwekking. Met andere woorden, de capaciteit van een transformer is alleen gerelateerd aan warmteopwekking. Voor een goed ontworpen transformer die in slechte warmteafvoercondities werkt, kan een eenheid van 1000 kVA bij versterkte koeling op 1250 kVA draaien. Bovendien is de nominale capaciteit gerelateerd aan de toegestane temperatuurstijging. Bijvoorbeeld, een 1000 kVA transformer met een toegestane temperatuurstijging van 100 K zou de 1000 kVA capaciteit kunnen overschrijden als hij in speciale omstandigheden bij 120 K mag werken. Dit toont aan dat de verbetering van de koelcondities van de transformer de nominale capaciteit kan verhogen. Omgekeerd kan voor dezelfde capaciteit inverter de grootte van de transformerkast worden verkleind.

12 Hoe kan de efficiëntie van een transformer worden verbeterd?

• Selecteer zoveel mogelijk transformatoren met lage verliezen en hoge efficiëntie
• Kies de transformatorkapaciteit redelijk op basis van de belastingsomstandigheden
• Houd de gemiddelde belastingsfactor van de transformatoren boven de 70%
• Overweeg het vervangen door transformatoren met een kleinere capaciteit wanneer de gemiddelde belastingsfactor consistent onder de 30% ligt
• Verbeter de belastingsfactor om de vermogenslevering van de transformatoren te verbeteren
• Configureer de belastingen redelijk om het aantal werkende transformatoren tot een minimum te beperken

13 Waarom moet er versneld technisch worden geretrofiteerd aan transformatoren met hoge energieverbruik?
Transformatoren met hoog energieverbruik verwijzen voornamelijk naar SJ, SJL, SL7, S7-reeks transformatoren, waarvan de ijzer- en koperverliezen veel hoger zijn dan bij de momenteel wijdverspreide S9-reeks transformatoren. Bijvoorbeeld, in vergelijking met S9 heeft S7 11% hogere ijzerverliezen en 28% hogere koperverliezen. Nieuwere transformatoren zoals S10 en S11 zijn nog energie-efficiënter dan S9, terwijl amorfe legeringen transformatoren ijzerverliezen hebben die slechts 20% bedragen van S7 transformatoren. Transformatoren hebben meestal een levensduur van enkele tientallen jaren. Het vervangen van transformatoren met hoog energieverbruik door energie-efficiënte modellen verbetert niet alleen de energie-omzettingsefficiëntie, maar leidt ook tot aanzienlijke elektriciteitsbesparingen gedurende hun levensduur.

14 Wat is een draaikringstroom? Welke schade veroorzaakt draaikringstroom?
Wanneer wisselstroom door een geleider stroomt, creëert dit een wisselend magnetisch veld rond de geleider. Dit wisselende veld induceert stromen binnen massieve geleiders. Aangezien deze geïnduceerde stromen gesloten lussen vormen binnen de geleider, vergelijkbaar met waterwervels, worden ze draaikringstromen genoemd. Draaikringstromen verspillen niet alleen elektrische energie, waardoor de efficiëntie van apparatuur afneemt, maar veroorzaken ook opwarming in elektrische apparaten (zoals transformatorkernen), wat bij ernstige gevallen de normale werking van apparatuur kan beïnvloeden.

15 Waarom moet de transformatoren-instantane bescherming de lage-spannings kortsluitstroom mijden?
Dit wordt vooral gedaan om selectiviteit in de werking van de relaisbescherming te garanderen. De instantane bescherming aan de hoogspanningskant beschermt voornamelijk tegen ernstige externe transformatorfouten. Tijdens het instellen, als de bescherming de maximale kortsluitstroom aan de lagespanningskant van de transformatoren niet mijdt, zou het bereik van de bescherming zich uitstrekken tot de lagespanningsuitgaande lijnen, omdat de waarden van de kortsluitstroom niet aanzienlijk veranderen in een kort bereik nabij de lagespanningsuitgang. Dit zou de selectiviteit compromitteren. Hoewel niet-selectieve bescherming betrouwbaarder is, veroorzaakt het operationele ongemak. Bijvoorbeeld, vele industriële parken hebben 10kV hoofdverdelingsruimten (10kV bus + uitgaande circuitbrekers), met elke workshop die lagespanningsverdelingsringen heeft (ringhoofdunits + transformatoren). Als de circuitbrekers de maximale kortsluitstroom aan de lagespanningskant van de transformatoren niet mijden, zouden de lagespannings hoofdschakelaars (ringhoofdunitbelastingschakelaar-fusen) en de hoogspanningscircuitbrekers allebei werken, wat operationele moeilijkheden veroorzaakt.

16 Waarom mogen twee parallel geschakelde transformatoren geen neutrale punten tegelijkertijd aangesloten hebben?
In systemen met hoge stroom moet, om de eisen voor gevoeligheidscoördinatie van de relaisbescherming te voldoen, sommige hoofdtransformatoren aangesloten zijn, terwijl andere niet aangesloten blijven. In een station met twee hoofdtransformatoren, het niet aansluiten van beide neutrale punten tegelijkertijd, richt zich voornamelijk op de coördinatie van nulsequentiestroom- en nulsequentiespanningsbescherming. In stations met meerdere parallel geschakelde transformatoren, worden meestal neutrale punten van sommige transformatoren aangesloten, terwijl andere niet aangesloten blijven. Dit beperkt de grondfoutstroom tot redelijke niveaus en minimaliseert de invloed van wijzigingen in de bedrijfsmodus op de grootte en verdeling van nulsequentiestromen in het netwerk, waardoor de gevoeligheid van nulsequentiestroombeschermingssystemen wordt verbeterd.

17 Waarom moeten impuls-sluitproeven worden uitgevoerd voordat nieuwe of overhauled transformatoren in gebruik worden genomen?
Het loskoppelen van een onbelaste transformatoren van het netwerk veroorzaakt schakeloverspanningen. In kleine-stroom-aardingssystemen kunnen deze overspanningen 3-4 keer de nominale fase spanning bereiken; in hoge-aarding-stroomsystemen kunnen ze 3 keer de nominale fase spanning bereiken. Daarom moeten er meerdere impuls-sluitproeven worden uitgevoerd voordat de transformatoren in gebruik worden genomen, om te verifiëren of de transformatorenisolatie de nominale spanning en de operatieve schakeloverspanningen kan weerstaan. Bovendien produceert het inschakelen van onbelaste transformatoren een magneetwindstroom, die 6-8 keer de nominale stroom kan bereiken. Omdat de magneetwindstroom aanzienlijke elektromagnetische krachten creëert, verifiëren de impuls-sluitproeven ook effectief de mechanische sterkte van de transformatoren en of de relaisbescherming foutief kan werken.