17 Pogostih Vprašanj o Energetskih Transformatorjih

1 Zakaj mora biti jedro transformatorja zazemljeno?
Med normalno delovanjem močnih transformatorjev mora imeti jedro eno zanesljivo povezavo z zemljo. Brez zazemljenja bi nepomembna napetost med jedrom in zemljo povzročila intermitentno prepadanje razpada. Enotna točka zazemljenja odpravi možnost plavajoče potencialne napetosti v jedru. Vendar, kadar obstaja dve ali več točk zazemljenja, neenakomerna potencialna napetost med deli jedra ustvarja cirkulirajoče tokove med točkami zazemljenja, kar povzroča topilske težave zaradi večtočkovnega zazemljenja. Napake zazemljenja jedra lahko povzročijo lokalno pretopenje. V težkih primerih se temperatura jedra znatno dvigne, sproži se svetlobni plinski alarm in morda tudi zaščita pred težkimi plini. Topilne sekce jedra ustvarjajo krajšanje med lamenacami, kar poveča izgube v jedru in hudo vpliva na delovanje in operativnost transformatorja, npr. je morda potrebna zamenjava silikatnih jeklenih listov jedra. Zato mora jedro transformatorja imeti natanko eno točko zazemljenja - ni več in ni manj.

2 Zakaj se za jedro transformatorja uporabljajo silikatni jekleni listi?
Običajno so jedra transformatorjev izdelana iz silikatnih jeklenih listov. Silikatno jeklo je jeklo, ki vsebuje silicij (tudi poimenovan kot pesok) v količini 0,8-4,8 %. Uporabljamo silikatno jeklo, ker ima odlične magnetne lastnosti in lahko generira visoko gostoto magnetnega toka v vzdužnih bobinah, kar omogoča manjše velikosti transformatorjev. Transformatorji vedno delujejo pod pogojih izmenične struje, pri čemer se izgube moči pojavljajo ne le v odpornosti bobin, ampak tudi v jedru pod izmenično magnetizacijo. Izgube moči v jedru se imenujejo "železne izgube", sestavljene iz "histeresnih izgub" in "viharnih tokov". Histeresne izgube se pojavljajo med magnetizacijo zaradi magnete histerese, pri čemer je izguba sorazmerna s površino, ki jo omejuje histeresna zanka materiala. Silikatno jeklo ima ozko histeresno zanko, kar pripelje do manjših histeresnih izgub in manjšega segrevanja.

Če ima silikatno jeklo te prednosti, zakaj ne uporabimo trdne masivne bloke? Ker laminirana jedra zmanjšajo drug vrsta železnih izgub - viharni tokovi. Med delovanjem izmenični tok v bobinah ustvari izmenični magnetni tok, ki inducira tokove v jedru. Ti inducirani toki tečejo v zaprtih zankah pravokotno na smer magneza, formirajo viharne tokove, ki povzročajo segrevanje. Za zmanjšanje izgub zaradi viharnih tokov uporabljajo transformatorji izolirane silikatne jeklene listove, postavljenih skupaj, s tem prisilijo viharne tokove skozi užje poti z manjšim prerezem, da povečajo upornost. Poleg tega silicij v jeklu poveča upornost, kar še dodatno zmanjša viharne tokove. Jedra transformatorjev običajno uporabljajo 0,35 mm debelke hladnoprestrmljene silikatne jeklene listove, rezane na velikost in složene v obliko "E-I" ali "C". Teoretično bi precejšnje tanki listi in užje pasice bolje zmanjšali viharne tokove. To bi zmanjšalo izgube zaradi viharnih tokov, zmanjšalo segrevanje in prihranilo material. Vendar praktična izdelava jedra upošteva več dejavnikov - prekomerno tanki listi bi veliko povečali stroške dela in zmanjšali učinkovit prerez jedra. Zato morajo dimenzije silikatnih jeklenih listov za jedro transformatorja ravnotežiti različne premisleke, da dosežejo optimalno izdelavo.

3 Katera je obseg zaščite Buchholz (plinska) zaščite?

• Notranje večfazne kratki sklopi v transformatorju
• Kratki sklopi med zavojnicami, kratki sklopi med zavojnicami in jedrom ali posodo
• Napake v jedru
• Padec ravni olja ali utrdba olja
• Slaba stik v spremniku tapov ali slaba varilna vez vodil

4 Kako se razlikujeta glavna diferencialna zaščita transformatorja in Buchholzova zaščita?

• Glavna diferencialna zaščita transformatorja deluje na principu cirkulirajočega toka, medtem ko Buchholzova zaščita deluje na osnovi nastanka plina med notranjimi napakami transformatorja.
• Diferencialna zaščita služi kot glavna zaščita transformatorjev, medtem ko Buchholzova zaščita služi kot glavna zaščita za notranje napake transformatorjev.
• Obsegi zaščite se razlikujejo:
  A) Diferencialna zaščita zajema:
  • Večfazne kratke sklopi v vodnjakovih in zavojnicah glavnega transformatorja
  • Težke enofazne kratke sklope med zavojnicami
  • Zemljske napake v zavojnicah in vodnjakovih v sistemih z visokim zemljenjem
• B) Buchholzova zaščita zajema:
• • Notranje večfazne kratke sklopi v transformatorju
  • Kratki sklopi med zavojnicami, kratki sklopi med zavojnicami in jedrom ali posodo
  • Napake v jedru (pretopenje)
  • Padec ravni olja ali utrdba olja
  • Slaba stik v spremniku tapov ali slaba varilna vez vodil

5 Kako se obravnavajo napake hladilnika glavnega transformatorja?

• Ko se izgubi delovna napajalna struja za dele I in II hladielnika, se pojavi signal "#1, #2 napaka napajalne struje", aktivira se celoten stopni preklop hladielnika glavnega transformatorja. Trenutno poročite o tem dispečerju in onemogočite to zaščito.
• Če se preklop med napajalnima strujama I in II ne uspe med delovanjem, se vključi indikator "celoten stop hladielnika", aktivira se celoten stopni preklop hladielnika glavnega transformatorja. Trenutno poročite o tem dispečerju, da onemogočite to zaščito, in hitro izvedite ročni preklop. Če so kontakterji KM1 ali KM2 neuspešni, ne prisilite navzočnosti.
• Ko pride do nezadovoljivega stanja katerega koli enega kruga hladielnika, izolirajte nezadovoljiv krug hladielnika.

6 Kateri posledice nastanejo, ko se transformatorji, ki ne zadoščajo pogojem za vzporedno delovanje, uporabljajo vzporedno?
Ko se transformatorji z različnimi preoblikovalnimi razmerji uporabljajo vzporedno, se razvijejo cirkulirajoče tokove, kar vpliva na izhodno zmogljivost transformatorja. Ko se transformatorji z različnimi odstotnimi impedancami uporabljajo vzporedno, se obremenitve ne morejo razdeliti glede na razmerja zmogljivosti transformatorjev, kar tudi vpliva na izhodno zmogljivost. Ko se transformatorji z različnimi skupinami povezav uporabljajo vzporedno, se v transformatorjih bodo pojavile kratke krožnice.

7 Kaj povzroča nenormalne zvoke v transformatorjih?

• Prenagljenost
• Slabi notranji stiki, ki povzročajo razbiske
• Razluščeni posamezni komponenti
• Zazemljenje ali kratke krožnice v sistemu
• Zaganjanje velikih motorjev, ki povzroča velike fluktuacije obremenitve

8 V katerih primerih se ne sme prilagajati ključnice za spreminjanje napetosti pri transformatorju z spreminjanjem napetosti pod obremenitvijo?

• Med prenagljenostjo transformatorja (razen v posebnih okoliščinah)
• Ko se pogosto aktivira svetlobna plinska zaščita za spreminjanje napetosti pod obremenitvijo
• Ko merilo olja za spreminjanje napetosti pod obremenitvijo kaže, da ni olja
• Ko je število sprememb napetosti preseglo določene meje
• Ko se pojavijo nenormalnosti v napravi za spreminjanje napetosti

9 Kaj predstavljajo nazivne vrednosti na nalepkah transformatorjev?
Nazivne vrednosti transformatorjev so specifikacije, ki jih proizvajalci uvedejo za normalno delovanje transformatorjev. Delovanje znotraj teh nazivnih vrednosti zagotavlja dolgoročno zanesljivo delovanje z dobro zmogljivostjo. Nazivne vrednosti vključujejo:

• Nazivna zmogljivost: zagotovljena izhodna zmogljivost v nazivnih pogoji, izražena v voltamperih (VA), kilovoltamperih (kVA) ali megavoltamperih (MVA). Zaradi visoke učinkovitosti transformatorjev so nazivne zmogljivosti primarnih in sekundarnih ovitev običajno enake.
• Nazivna napetost: zagotovljena končna napetost v pogoji brez obremenitve, izražena v voltih (V) ali kilovoltih (kV). Če ni drugače določeno, se nazivna napetost nanaša na napetost med fazami.
• Nazivni tok: fazni tok, izračunan iz nazivne zmogljivosti in nazivne napetosti, izražen v amperih (A).
• Tok pri brezobremenitvi: vzbušni tok kot odstotek nazivnega toka pri delovanju brez obremenitve.
• Izgube pri kratki krožnici: gibanjske izgube, ko je ena ovitev v kratki krožnici in na drugo ovitev je priključena napetost, da dosežejo nazivni tok v obeh ovitkah, izražene v vatih (W) ali kilovatih (kW).
• Izgube pri brezobremenitvi: gibanjske izgube pri delovanju brez obremenitve, izražene v vatih (W) ali kilovatih (kW).
• Napetost pri kratki krožnici: tudi imenovana impedančna napetost, odstotek priključene napetosti glede na nazivno napetost, ko je ena ovitev v kratki krožnici in druga ovitev nosi nazivni tok.
• Skupina povezav: označuje načine povezave primarnih in sekundarnih ovitev ter fazni razliko med faznimi napetostmi, predstavljena s časovnim označevanjem.

10 Zakaj za pretvornike viru toka potrebujemo večjo zmogljivost transformatorja?
Običajno se pri oblikovanju transformatorjev upošteva nazivna zmogljivost namesto nazivne moč, ker se tok nanaša le na nazivno zmogljivost. Za pretvornike viru napetosti je vhodni faktor moči blizu 1, zato sta nazivna zmogljivost in nazivna moč skoraj enaki. Pretvorniki viru toka pa se razlikujejo – njihov vhodni faktor moči pretvornika je največ enak faktoru moči indukcijskega motorja na strani obremenitve. Zato mora za isti motor obremenitve biti nazivna zmogljivost večja kot za transformatorje, ki se uporabljajo z pretvorniki viru napetosti.

11 Kateri dejavniki vplivajo na zmogljivost transformatorja?
Izbira jedra se nanaša na napetost, medtem ko izbira vodilca na tok – debelina vodilca neposredno vpliva na ustvarjanje toplote. Drugače povedano, zmogljivost transformatorja se nanaša samo na ustvarjanje toplote. Dobro oblikovan transformator, ki deluje v slabi toplotni disipacijskih pogoji, bi lahko deloval na 1250 kVA z izboljšanim hlajenjem, če je njegova nazivna zmogljivost 1000 kVA. Poleg tega se nazivna zmogljivost nanaša tudi na dovoljeno temperaturno povečanje. Na primer, transformator z 1000 kVA in dovoljenim temperaturnim povečanjem 100K bi lahko presegel zmogljivost 1000 kVA, če bi se dovolilo delovanje na 120K v posebnih okoliščinah. To pokazuje, da se z izboljšanjem toplotnih pogojev transformatorja lahko poveča njegova nazivna zmogljivost. Obratno, za isto zmogljivost pretvornika bi lahko zmanjšali velikost kabinetov transformatorjev.

12 Kako izboljšati učinkovitost transformatorja?

• Čim prej izberite transformatorje z nizkimi izgubami in visoko učinkovitostjo za varčevanje energije
• Razumno izberite kapaciteto transformatorja glede na pogoje obremenitve
• Ohranjajte povprečni faktor obremenitve transformatorja nad 70%
• Razmislite o zamenjavi s transformatorji manjše kapacitete, če je povprečni faktor obremenitve stalno pod 30%
• Izboljšajte faktor moči obremenitve, da izboljšate sposobnost transformatorja za dostavljanje aktivne moči
• Razumno konfigurirajte obremenitve, da zmanjšate število delujočih transformatorjev

13 Zakaj pospešiti tehnično prenovo transformatorjev z visokim porabljanjem energije?
Transformatorji z visokim porabljanjem energije se glavno nanašajo na serije SJ, SJL, SL7, S7, katerih železne in bakrene izgube so veliko višje od trenutno široko uporabljenih transformatorjev S9. Na primer, v primerjavi z S9 ima S7 11% višje železne izgube in 28% višje bakrene izgube. Novejši transformatorji, kot so S10 in S11, so še učinkovitejši kot S9, medtem ko amorfni legirni transformatorji imajo železne izgube, ki znašajo le 20% železnih izgub S7 transformatorjev. Transformatorji tipično imajo življenjski čas več desetletij. Zamenjava transformatorjev z visokim porabljanjem energije z visoko učinkovitimi modeli ne samo izboljša učinkovitost pretvorbe energije, ampak tudi doseže opazne prihranke energije v njihovem življenjskem času.

14 Kaj so vrtilne tokove? Kako škodijo vrtilni tokovi?
Ko preteče izmenični tok skozi vodilnik, ustvari izmenično magnetno polje okoli vodilnika. To izmenično polje inducira tokove znotraj trdnih vodilnikov. Ker ti inducirani tokovi tvorijo zaprti cikle znotraj vodilnika, podobno vodnim vrtlincem, jih imenujemo vrtilne tokove. Vrtilni tokovi ne le zmogljivo porabljajo električno energijo, zmanjšujejo učinkovitost opreme, ampak tudi povzročajo segrevanje v električnih napravah (na primer v jezgru transformatorja), kar lahko ob težjih primerih vpliva na normalno delovanje opreme.

15 Zakaj mora hitra zaščita transformatorja izogibati nizkotlačnemu strmnemu toku?
To predvsem upošteva selektivnost v delovanju relejnega zaščitnega sistema. Hitra zaščita visokotlačne strane glavno zaščituje pred težkimi zunanjimi napaki transformatorja. Pri postavitvi, če zaščita ne izogiba največjemu strmnemu toku na nizkotlačni strani transformatorja, bi se obseg zaščite razširil do nizkotlačnih odhodnih vod, ker se vrednosti strmnega toka v bližini nizkotlačnega odhoda bistveno ne spremenijo. To bi ogrozilo selektivnost. Čeprav je ne-selektivna zaščita bolj zanesljiva, ustvarja operativne neprijetnosti. Na primer, mnogi industrijski parki imajo 10kV glavne distribucijske sobe (10kV bus + odhodni preklopniki), pri čemer vsaka delovna prostorija ima nizkotlačne distribucijske prste (prsti glavnih enot + transformatorji). Če preklopniki ne izogibajo največjemu strmnemu toku na nizkotlačni strani transformatorja, bi delovali nizkotlačni glavni preklopniki (preklopniki glavnih enot) in visokotlačni preklopniki, kar bi povzročilo operativne težave.

16 Zakaj dva vzporedno povezana transformatorja ne moreta hkrati imeti neutralnih točk priključenih k zemlji?
V sistemih z visokim tokom, da bi zadostili zahtevam za uskladitev občutljivosti relejnega zaščitnega sistema, morajo biti nekatere glavne transformatorje priključene k zemlji, drugi pa ne. V stanici z dvema glavnima transformatorjema, ne priključujeta hkrati obeh neutralnih točk k zemlji, predvsem zaradi uskladitve zaščite neničelnega toka in neničelne napetosti. V podstanicah z več vzporedno povezanimi transformatorji, običajno so nekatere neutralne točke transformatorjev priključene k zemlji, druge pa ne. To omejuje tok zemeljskih kriv na razumne ravni in zmanjšuje vpliv sprememb načina delovanja na količino in porazdelitev neničelnih tokov po omrežju, kar izboljša občutljivost sistemov zaščite neničelnega toka.

17 Zakaj izvajati testiranje impulzne zaprtosti pred vpeljavo novoinstaliranih ali prenovljenih transformatorjev v delovanje?
Odpojitev nenaboženega transformatorja od omrežja ustvari preklopne prekomernosti napetosti. V sistemih z majhnim tokom zemljenja te prekomernosti lahko dosežejo 3-4 krat nominalno fazno napetost; v sistemih z visokim zemljenjem toka lahko dosežejo 3 krat nominalno fazno napetost. Zato, da bi preverili, ali lahko izolacija transformatorja prenaša nominalno napetost in preklopne prekomernosti napetosti med delovanjem, morajo biti izvedeni večkratni testi impulzne zaprtosti pred vpeljavo v delovanje. Poleg tega proizvaja priključevanje nenaboženih transformatorjev namagnitni prekopni tok, ki lahko doseže 6-8 krat nominalni tok. Ker namagnitni prekopni tok ustvarja znatne elektromagnetne sile, testiranje impulzne zaprtosti učinkovito preverja mehansko trdost transformatorja in ali bi morda zaščitna relaja delovala napačno.