17 često postavljena pitanja o transformatorima snage

1 Зашто мора да се заземљује језгро трансформатора?
Током нормалног рада силских трансформатора, језгро мора имати једну поуздану везу са земљом. Уколико не буде заземљено, између језгра и земље би се појавио плутајући напон који би изазвао повремене пробојне пражњења. Једнотачковно заземљење елиминише могућност појаве плутајућег потенцијала у језгру. Међутим, када постоје две или више тачака заземљења, неједнаки потенцијали између делова језгра стварају циркулационе струје између тачака заземљења, што изазива грешке услед загревања при вишетачковном заземљењу. Грешке у заземљењу језгра могу довести до локалног прегревања. У тешким случајевима температура језгра значајно порасте, што покреће аларм за благи гас, а може довести до активирања заштите од тешког гаса и искључења. Оплављени делови језгра стварају кратке спојеве између лимова, повећавајући губитке у језгру и озбиљно утичући на перформансе и рад трансформатора, понекад чак захтевајући замену лимова језгра од силицијумског челика. Стога језгро трансформатора мора имати тачно једну тачку заземљења — ни више ни мање.

2 Зашто се за језгро трансформатора користе лимови од силицијумског челика?
Уобичајена језгра трансформатора су направљена од лимова од силицијумског челика. Силицијумски челик је челик који садржи силицијум (познат и као песак) у количини од 0,8–4,8%. Користи се зато што има одлична магнетна својства и може генерисати високу густину магнетног флукса у напајаним намотајима, омогућавајући мање димензије трансформатора. Трансформатори су увек под наизменичним оптерећењем, а губици снаге се јављају не само у отпору намотаја него и у језгру услед наизменичне намагнетисаности. Губици снаге у језгру називају се „губици у гвожђу“ и састоје се од „запорних губитака“ и „витичастих губитака“. Запорни губици настају током намагнетисавања услед магнетне хистерезе, а губици су пропорционални површини затворене петље хистерезе материјала. Силицијумски челик има уску петљу хистерезе, због чега су запорни губици нижи и смањује се загревање.

Ако силицијумски челик има ове предности, зашто се не користе чврсти блокови? Зато што слојевито језгро смањује другу врсту губитака у гвожђу — витичасте губитке. Током рада, наизменична струја у намотајима ствара наизменични магнетни флукс који индукује струје у језгру. Ове индуковане струје протичу у затвореним петљама окомитим на правцу флукса, формирајући витичасте струје које изазивају загревање. Да би се смањили губици услед витичастих струја, језгра трансформатора су направљена тако што се изоловани лимови од силицијумског челика нанижу, чиме се натерају витичасте струје да протичу кроз уске путање мањих попречних пресека како би се повећао отпор. Додатно, силицијум у челику повећава специфични отпор, даље смањујући витичасте струје. За језгра трансформатора обично се користе хладно ваљани лимови од силицијумског челика дебљине 0,35 mm, исечени на одговарајућу величину и нанижени у „Е-И“ или „Ц“ облику. Теоретски, тањи лимови и уžи трошци би боље смањили витичасте струје. То би смањило губитке услед витичастих струја, смањило пораст температуре и уштедело материјал. Међутим, код практичне производње језгара разматра се више фактора — прекомерно танки лимови би драстично повећали трошкове радне снаге и смањили ефективни попречни пресек језгра. Стога димензије лимова од силицијумског челика за језгра трансформатора морају балансирати разне аспекте ради постизања оптималног дизајна.

3 Који је опсег заштите Буххолцове (газне) заштите?

• Унутрашњи вишефазни кратки спојеви у трансформатору
• Кратки спојеви између завојака, кратки спојеви између намотаја и језгра или резервоара
• Грешке језгра
• Смањење нивоа уља или цурење уља
• Лоши контакт у пребацивачу тапова или лоше заваривање проводника

4 Које су разлике између диференцијалне заштите главног трансформатора и Буххолцове заштите?

• Диференцијална заштита главног трансформатора ради на принципу циркулационе струје, док Буххолцова заштита ради на основу генерисања гаса при унутрашњим грешкама трансформатора.
• Диференцијална заштита је главна заштита за трансформатор, док је Буххолцова заштита главна заштита за унутрашње грешке трансформатора.
• Опсези заштите се разликују:
  A) Диференцијална заштита обухвата:
  • Вишефазне краткоспојне грешке у водовима и намотајима главног трансформатора
  • Озбиљне једнофазне кратке спојеве између завојака
  • Земљоспојне грешке на намотајима и водовима у системима са високом струјом заземљења
• B) Буххолцова заштита обухвата:
• • Унутрашње вишефазне краткоспојне грешке у трансформатору
  • Кратке спојеве између завојака, кратке спојеве између завојака и језгра или резервоара
  • Грешке језгра (прегревање)
  • Смањење нивоа уља или цурење уља
  • Лоши контакт у пребацивачу тапова или лоше заваривање проводника

5 Како се поступа у случају квара хладњака главног трансформатора?

• Када се изгубе радни извори напајања за секције хладњака I и II, појави се сигнал „#1, #2 отказ напајања“, а активира се коло за искључење при потпуној зауставци хладњака главног трансформатора. Одмах пријавити диспечеру и искључити овај комплет заштите.
• Ако током рада пребацивање између извора напајања I и II не успе, индицира се „потпуна зауставка хладњака“, активирајући коло за искључење при потпуној зауставци хладњака главног трансформатора. Одмах пријавити диспечеру да би се искључио овај комплет заштите и брзо извршити ручно пребацивање. Ако су контактори KM1 или KM2 дали отказ, не смије се форсирати напајање.
• Када дође до отказа било које појединачне струјне петље хладњака, изолујте неисправну петљу хладњака.

6 Које последице настају када се трансформатори који не испуњавају услове за паралелни рад користе у паралелној вези?
Када се трансформатори са различитим односима трансформације раде паралелно, стварају се циркулационе струје, што утиче на излазну снагу трансформатора. Када се трансформатори са различитим процентуалним импедансама раде паралелно, оптерећење се не може расподелити према односу капацитета трансформатора, такође утичући на излазну снагу. Када се трансформатори са различитим спрегама повежу паралелно, доћи ће до кратких спојева у трансформаторима.

7 Шта узрокује аномалне звукове у трансформаторима?

• Прекорачење
• Лоши унутрашњи контакти који изазивају електрични лук
• Лабави појединачни делови
• Уземљење или кратки спојеви у систему
• Покретање великог мотора који изазива значајне флуктуације оптерећења

8 Када се померач напона трансформатора са регулацијом под оптерећењем не би требао подешавати?

• Током рада трансформатора са прекорачењем (осим у специјалним случајевима)
• Када се сигурносна заштита за лаки гас померача напона често активира
• Када показивач уља на померачу напона под оптерећењем приказује да нема уља
• Када број промена степена превише пређе предвиђене границе
• Када уређај за промену степена показује неправилности

9 Шта представљају номиналне вредности на табличици трансформатора?
Номиналне вредности трансформатора су спецификације које производач дефинише за нормалан рад трансформатора. Рад у оквиру ових номиналних вредности осигурава дуготрајан и поуздан рад са добром перформансом. Номиналне вредности укључују:

• Номинална снага: Гарантована излазна снага у номиналним условима, изражена у воулт-амперима (VA), кило-воулт-амперима (kVA) или мегавоулт-амперима (MVA). Због високе ефикасности трансформатора, номиналне снаге примарне и секундарне намотаје су обично дизајниране да буду једнаке.
• Номинални напон: Гарантован напон на клемама у стању празног хода, изражен у волтима (V) или киловолтима (kV). Уколико није другачије назначено, номинални напон се односи на линијски напон.
• Номинална струја: Линијска струја израчуната из номиналне снаге и номиналног напона, изражена у амперима (A).
• Струја празног хода: Ексцитациона струја као проценат номиналне струје током рада у стању празног хода.
• Губици у кратком споју: Губици активне снаге када је један намотај кратко спојен, а на други се доводи напон како би се постигла номинална струја у оба намотаја, изражени у ватима (W) или киловатима (kW).
• Губици на празном ходу: Губици активне снаге током рада на празном ходу, изражени у ватима (W) или киловатима (kW).
• Напон кратког споја: Такође називан импедансни напон, проценат напона који се доводи у односу на номинални напон када је један намотај кратко спојен, а други проводи номиналну струју.
• Спrega: Означава начин повезивања примарних и секундарних намотаја и фазну разлику између линијских напона, приказана помоћу часовне нотације.

10 Зашто инвертори са извором струје захтевају већи капацитет трансформатора?
Дизајн трансформатора обично узима у обзир номиналну снагу, а не номиналну снагу, јер се струја односи само на номиналну снагу. За инверторе са извором напона, фактор снаге на улазу је близу 1, па су номинална снага и номинална снага готово једнаки. Инвертори са извором струје се разликују – њихов фактор снаге на улазној страни једнак је највише фактору снаге индукционог мотора терета. Стога, за исти теретни мотор, номинална снага мора бити већа него код трансформатора који се користе са инверторима са извором напона.

11 Који фактори утичу на капацитет трансформатора?
Избор језгра се односи на напон, док се избор проводника односи на струју – дебљина проводника директно утиче на грејање. Другим речима, капацитет трансформатора се односи само на грејање. За добро дизајнирани трансформатор који ради у лошим условима хлађења, јединица од 1000kVA може радити на 1250kVA са побољшаним хлађењем. Поред тога, номинална снага се односи на дозвољено повећање температуре. На пример, трансформатор од 1000kVA са дозвољеним порастом температуре од 100K може премашити капацитет од 1000kVA ако му је у специјалним околностима дозвољено да ради на 120K. Ово показује да побољшање услова хлађења трансформатора може повећати његову номиналну снагу. Обрнуто, за исти капацитет инвертора, величина кабина трансформатора може бити смањена.

12 Како побољшати ефикасност трансформатора?

• Ukoliko je moguće, odaberite transformatore sa niskim gubitcima i visokom efikasnošću
• Razumno odredite kapacitet transformatora na osnovu uslova opterećenja
• Održavajte prosečnu faktor opterećenja transformatora iznad 70%
• Razmotrite zamenu sa transformatorima manje snage kada je prosečni faktor opterećenja konstantno ispod 30%
• Unapredite faktor moći opterećenja kako bi se povećala sposobnost transformatora da prenosi aktivnu snagu
• Razumno konfigurišite opterećenja kako bi se smanjio broj radnih transformatora

13 Zašto ubrzati tehničko nadogradnju transformatora sa visokim potrošnjama energije?
Transformatori sa visokim potrošnjama energije uglavnom se odnose na serije SJ, SJL, SL7, S7, čiji su gubici željeza i bakra mnogo veći od široko rasprostranjenih transformatora serije S9. Na primer, u poređenju sa S9, S7 ima 11% veće gubitke željeza i 28% veće gubitke bakra. Noviji transformatori, kao što su S10 i S11, još su efikasniji u pogledu potrošnje energije od S9, dok amorfni legurni transformatori imaju gubitke željeza koji su ekvivalentni samo 20% gubitaka S7 transformatora. Transformatori obično imaju vreme korišćenja od nekoliko desetljeća. Zamena transformatora sa visokim potrošnjama energije sa visokoefikasnim modelima ne samo unapređuje efikasnost pretvorbe energije, već ostvaruje značajne uštede struje tokom njihovog vremena korišćenja.

14 Šta su vrtlog struja? Koji štetu prouzrokuju vrtlog struje?
Kada promenljiva struja prolazi kroz vodilac, stvara se promenljivo magnetno polje oko vodioca. Ovo promenljivo polje indukuje struje unutar čvrstih vodiča. Budući da ove indukovane struje formiraju zatvorene petlje unutar vodiča, slično vrtlugama vode, nazivaju se vrtlog strujama. Vrtlog struje ne samo da štete električnoj energiji, smanjujući efikasnost opreme, već takođe dovode do zagrevanja elektro uređaja (kao što su jezgre transformatora), što može uticati na normalnu operaciju opreme kada je teško.

15 Zašto mora hitna zaštita transformatora da izbegne struju kratkog spoja na niskom naponu?
Ovo se uglavnom razmatra u kontekstu selektivnosti u radu relejnog zaštita. Hitna zaštita na strani visokog napona uglavnom štiti od teških spoljnjih grešaka transformatora. Prilikom podešavanja, ako zaštita ne izbegne maksimalnu struju kratkog spoja na strani niskog napona transformatora, područje zaštite bi se proširilo na izlazne linije niskog napona, jer se vrednosti struje kratkog spoja znatno ne menjaju u kratkom rastojanju blizu izlaza niskog napona. To bi kompromitiralo selektivnost. Iako ne-selektivna zaštita može biti pouzdanija, ona stvara operativne neudobstva. Na primer, mnogi industrijski parkovi imaju glavne distribucijske sobe sa 10kV (10kV bus + izlazni prekidaci), a svaki radilište ima niske distribucijske prstenove (prstenaste jedinice + transformatori). Ako prekidaci ne izbegnu maksimalnu struju kratkog spoja na strani niskog napona transformatora, glavni prekidaci niskog napona (prekidaci opterećenja prstenastih jedinica) i prekidaci visokog napona bi oba delovali, što dovodi do operativnih problema.

16 Zašto dva paralelna transformatora ne smeju istovremeno da imaju neutralne tačke zemljene?
U sistemima sa visokim strujama, kako bi se zadovoljili zahtevi za koordinacijom osetljivosti relejnog zaštita, neki glavni transformatori moraju biti zemljeni, dok drugi ostaju nezemljeni. Na stanici sa dva glavna transformatora, nezemljenje obeju neutralnih tačaka istovremeno se uglavnom razmatra u kontekstu koordinacije zaštita nulto-strujnog i nulto-naponskog tipa. U podstanicama sa više paralelnih transformatora, obično su neke neutralne tačke transformatora zemljene, dok druge ostaju nezemljene. Ovo ograničava struju kratkog spoja na nultoj fazi na razumne nivoe i smanjuje uticaj promena režima rada na intenzitetu i raspodeli nulto-strujnih struja u mreži, poboljšavajući osetljivost sistema zaštita nulto-strujnog tipa.

17 Zašto se vrše testovi impulsnog zatvaranja pre upotrebe novoinstaliranih ili preuređenih transformatora?
Otklanjanje neradnog transformatora sa mreže stvara prenapone priključivanja. U sistemima sa malim strujama zemljene faze, ovi prenaponi mogu dostići 3-4 puta nominalni fazni napon; u sistemima sa visokim strujama zemljene faze, mogu dostići 3 puta nominalni fazni napon. Stoga, kako bi se proverilo da li izolacija transformatora može da izdrži nominalni napon i prenapone priključivanja, moraju se izvršiti više testova impulsnog zatvaranja pre komisionisanja. Takođe, priključivanje neradnog transformatora stvara magnetizacionu struju, koja može dostići 6-8 puta nominalnu struju. Budući da magnetizaciona struja stvara značajne elektromagnetske sile, testovi impulsnog zatvaranja takođe efektivno proveravaju mehaničku čvrstoću transformatora i da li bi relejna zaštita mogla da nepravilno funkcionira.