17 поширених запитань про трансформатори електроенергії

1 Чому ядро трансформатора повинно бути заземленим?
Під час нормальної роботи електропередавальних трансформаторів ядро має мати одну надійну точку заземлення. Без заземлення плавучий напруг між ядром і землею може спричинити періодичні пробої та розряди. Одноточкове заземлення усуває можливість плавучого потенціалу в ядрі. Проте, коли існує два або більше точок заземлення, нерівномірні потенціали між частинами ядра створюють циркуляційні струми між точками заземлення, що призводить до перегріву через багатоточкове заземлення. Забудови заземлення ядра можуть спричинити локальний перегрів. У складних випадках температура ядра значно зростає, що викликає світлові сигналі про газ, і може спричинити спрацювання захисту від важкого газу. Розплавлені частини ядра створюють короткозамкнення між пластинами, що збільшує втрати в ядрі та серйозно впливає на продуктивність та роботу трансформатора, іноді потребуючи заміни силиконово-сталевих пластин. Тому ядро трансформатора має мати саме одну точку заземлення – не більше і не менше.

2 Чому для ядер трансформаторів використовуються силиконово-сталеві пластини?
Зазвичай ядра трансформаторів виготовляються з силиконово-сталевих пластин. Силиконова сталь – це сталь, що містить силикон (також називається піском) у кількості 0,8-4,8%. Силиконова сталь використовується через свої відмінні магнітні властивості, що дозволяють генерувати високу магнітну щільність в збуджених катушках, що дозволяє зробити трансформатори меншими. Трансформатори завжди працюють в умовах чергового струму, де втрати відбуваються не лише в опорах катушок, але й в ядрі при черговому намагнічуванні. Втрати в ядрі називаються "залізними втратами", що складаються з "втрат через гістерезис" та "втрат через вихрові струми". Втрати через гістерезис відбуваються під час намагнічування через магнітний гістерезис, з втратами, що пропорційні площі, обмеженої петлею гістерезису матеріалу. Силиконова сталь має вузьку петлю гістерезису, що призводить до нижчих втрат через гістерезис та зменшення нагріву.

Якщо силиконова сталь має такі переваги, то чому не використовувати цельні блоки? Через те, що стріччасті ядра зменшують інший тип залізних втрат – втрати через вихрові струми. Під час роботи черговий струм в катушках створює черговий магнітний потік, що викликає струми в ядрі. Ці викликані струми протікають у замкнених контурах, перпендикулярних до напрямку потоку, формуючи вихрові струми, що призводять до нагріву. Для зменшення втрат через вихрові струми, ядра трансформаторів використовують ізольовані силиконово-сталеві пластини, з'єднані разом, що змушує вихрові струми пройти шляхи з меншим перерізом, що збільшує опір. Додатково, силикон у сталі збільшує опір, що ще більше зменшує вихрові струми. Ядра трансформаторів зазвичай використовують холодновальовані силиконово-сталеві пластини товщиною 0,35 мм, нарізані на розмір і з'єднані в формі "E-I" або "C". Теоретично, тонші пластини та вужчі смуги краще зменшують вихрові струми. Це зменшить втрати через вихрові струми, знизить підвищення температури та збереже матеріал. Проте, практичне виробництво ядер враховує багато факторів – надто тонкі пластини значно збільшать витрати на роботу та знизять ефективний переріз ядра. Тому розміри силиконово-сталевих пластин для ядер трансформаторів повинні бути оптимально збалансованими для досягнення найкращого проекту.

3 Який діапазон захисту Бухолца (газового) захисту?

• Внутрішні багатофазні короткозамкнення в трансформаторі
• Короткозамкнення між витками, короткозамкнення між обмотками та ядром або баком
• Порушення в ядрі
• Спад рівня масла або витікання масла
• Погана контактна з'єднаність в регуляторах напруги або погана зварка провідників

4 Які відмінності між основним диференціальним захистом трансформатора та захистом Бухолца?

• Основний диференціальний захист трансформатора працює на принципах циркуляційного струму, тоді як захист Бухолца базується на генерації газу під час внутрішніх порушень в трансформаторі.
• Диференціальний захист є основним захистом для трансформаторів, тоді як захист Бухолца є основним захистом від внутрішніх порушень в трансформаторі.
• Діапазони захисту відрізняються:
  A) Диференціальний захист охоплює:
  • Багатофазні короткозамкнення в головних провідниках та обмотках трансформатора
  • Сильні однофазні короткозамкнення між витками
  • Заземлення обмоток та провідників в системах з великим заземленням
• B) Захист Бухолца охоплює:
• • Внутрішні багатофазні короткозамкнення в трансформаторі
  • Короткозамкнення між витками, короткозамкнення між витками та ядром або баком
  • Порушення в ядрі (перегрів та пошкодження)
  • Спад рівня масла або витікання масла
  • Погана контактна з'єднаність в регуляторах напруги або погана зварка провідників

5 Як обробляти відмови в основному охолоджувачі трансформатора?

• При втраті робочого живлення для секцій I та II охолоджувача з'являється сигнал "#1, #2 втрата живлення", і активується цепь повного зупинки охолоджувача головного трансформатора. Негайно повідомте диспетчеру та відключіть цей набір захисту.
• Якщо переключення між живленнями I та II не вдається під час роботи, індикатор "повна зупинка охолоджувача" світиться, активуючи цепь повного зупинки охолоджувача головного трансформатора. Негайно повідомте диспетчеру, щоб відключити цей набір захисту, і швидко виконайте ручне переключення. Якщо контактори KM1 або KM2 вийшли з ладу, не вимушуйте їх до працювання.
• При відмові будь-якого окремого контуру охолоджувача, відокреміть винуватий контур охолоджувача.

6 Які наслідки виникають, коли трансформатори, які не відповідають умовам паралельної роботи, працюють паралельно?
Коли трансформатори з різними коефіцієнтами перетворення працюють паралельно, виникають циркуляційні струми, що впливають на вихідну потужність трансформаторів. Коли трансформатори з різними відсотковими опорами працюють паралельно, навантаження не може бути розподілено відповідно до співвідношення потужностей трансформаторів, що також впливає на вихідну потужність. Коли трансформатори з різними групами з'єднання працюють паралельно, у трансформаторах виникають короткозамкнення.

7 Що призводить до аномальних звуків у трансформаторах?

• Перевантаження
• Погані внутрішні контакти, що призводять до електричного розряду
• Забруднені окремі компоненти
• Заземлення або короткозамкнення в системі
• Старт великих двигунів, що призводить до значних коливань навантаження

8 Коли не слід регулювати комутатор відділень трансформатора з підтримкою зміни відділень під навантаженням?

• Під час перевантаження трансформатора (окрім особливих обставин)
• Коли часто активується захист від легких газів комутатора відділень під навантаженням
• Коли показчик масла комутатора відділень під навантаженням не показує масла
• Коли кількість змін відділень перевищує встановлені межі
• Коли пристрій зміни відділень демонструє аномальні ознаки

9 Що представляють собою номінальні значення на шильдику трансформатора?
Номінальні значення трансформатора — це специфікації, встановлені виробниками для нормальної роботи трансформатора. Робота в рамках цих номінальних значень забезпечує довготривалу надійну роботу з гарними характеристиками. Номінальні значення включають:

• Номінальна потужність: гарантована вихідна здатність у номінальних умовах, виражена в вольт-амперах (ВА), кіловольт-амперах (кВА) або мегавольт-амперах (МВА). Через високу ефективність трансформаторів, номінальні потужності первинних і вторинних обмоток, як правило, проектуються однаковими.
• Номінальне напруга: гарантована напруга на з'єднаннях при відсутності навантаження, виражена в вольтах (В) або кіловольтах (кВ). Якщо не вказано інше, номінальна напруга вказує на лінійну напругу.
• Номінальний струм: лінійний струм, розрахований з номінальної потужності та номінальної напруги, виражений в амперах (А).
• Струм без навантаження: струм запитування як відсоток від номінального струму під час роботи без навантаження.
• Втрати при короткому замиканні: активні втрати, коли одна обмотка короткозамкнена, а на іншу подається напруга, щоб досягти номінального струму в обох обмотках, виражені в ватах (Вт) або кіловатах (кВт).
• Втрати без навантаження: активні втрати під час роботи без навантаження, виражені в ватах (Вт) або кіловатах (кВт).
• Напруга при короткому замиканні: також відома як імпедансна напруга, відсоток поданої напруги від номінальної напруги, коли одна обмотка короткозамкнена, а інша несе номінальний струм.
• Група з'єднання: вказує методи з'єднання первинних і вторинних обмоток та фазовий зсув між лінійними напругами, представлені за допомогою годинникового позначення.

10 Чому інвертори джерела струму потребують більшої номінальної потужності трансформатора?
Дизайн трансформатора зазвичай враховує номінальну потужність, а не номінальну потужність, оскільки струм стосується лише номінальної потужності. Для інверторів джерела напруги коефіцієнт ступеня входу близький до 1, тому номінальна потужність і номінальна потужність майже рівні. Інвертори джерела струму відрізняються — їх коефіцієнт ступеня входу дорівнює максимум коефіцієнту ступеня завантаження. Тому, для того ж завантаження, номінальна потужність має бути більшою, ніж для трансформаторів, використовуваних з інверторами джерела напруги.

11 Які фактори впливають на потужність трансформатора?
Вибір сердцевини стосується напруги, а вибір провідника — струму; товщина провідника безпосередньо впливає на тепловиділення. Іншими словами, потужність трансформатора стосується лише тепловиділення. Для добре сконструйованого трансформатора, який працює в умовах поганого теплообміну, одиниця 1000 кВА може працювати на 1250 кВА з покращеним охолодженням. Крім того, номінальна потужність стосується дозволеної температурної підвищення. Наприклад, трансформатор 1000 кВА з дозволеною температурною підвищенням 100K може перевищити потужність 1000 кВА, якщо йому дозволено працювати при 120K у спеціальних умовах. Це показує, що покращення умов охолодження трансформатора може збільшити його номінальну потужність. Навпаки, для того ж завантаження, розмір корпусу трансформатора можна зменшити.

12 Як покращити ефективність трансформатора?

• Завжди, коли це можливо, вибирайте трансформатори з низькими втратами та високою ефективністю
• Розумно вибирайте потужність трансформатора залежно від умов завантаження
• Підтримуйте середній коефіцієнт завантаження трансформатора понад 70%
• Розгляньте можливість заміни на трансформатори меншої потужності, коли середній коефіцієнт завантаження постійно нижче 30%
• Покращте коефіцієнт потужності завантаження, щоб підвищити здатність трансформатора передавати активну потужність
• Розумно конфігуруйте завантаження, щоб мінімізувати кількість працюючих трансформаторів

13 Чому необхідно прискорити технічне оновлення трансформаторів розподілу з високим споживанням енергії?
Трансформатори розподілу з високим споживанням енергії в основному стосуються серій SJ, SJL, SL7, S7, які мають значно більші залізяні та мідяні втрати, ніж широко поширена серія S9. Наприклад, порівняно з S9, S7 має на 11% більші залізяні втрати та на 28% більші мідяні втрати. Новіші трансформатори, такі як S10 та S11, є ще більш енергоефективними, ніж S9, а аморфні сплавні трансформатори мають залізяні втрати, що дорівнюють лише 20% від втрат S7. Трансформатори зазвичай мають термін служби декілька десятків років. Заміна трансформаторів з високим споживанням енергії на ефективні моделі не тільки покращує ефективність перетворення енергії, але й забезпечує значні економії електроенергії протягом їхнього терміну служби.

14 Що таке вихровий струм? Які шкоди викликає вихровий струм?
Коли через провідник проходить черговий струм, він створює чергове магнітне поле навколо провідника. Це чергове поле індукує струми всередині твердих провідників. Оскільки ці індуковані струми формують замкнуті контури всередині провідника, подібно до водних вихорів, їх називають вихровими струмами. Вихрові струми не тільки витрачають електроенергію, зменшуючи ефективність обладнання, але й викликають нагрівання електричних пристроїв (наприклад, серцевин трансформаторів), що може впливати на нормальне функціонування обладнання при суттєвих випадках.

15 Чому моментальна захиста трансформатора повинна уникати короткого замкнення на стороні низької напруги?
Це переважно враховує селективність в дії реле-захисту. Моментальний захист на стороні високої напруги головним чином захищає від серйозних зовнішніх аварій трансформатора. При налаштуванні, якщо захист не уникне максимальної величини короткого замкнення на стороні низької напруги трансформатора, область захисту буде простиратися на лінії виходу з низької напруги, оскільки значення короткого замкнення не змінюються значно в невеликому діапазоні близько виходу з низької напруги. Це компрометує селективність. Хоча неселективний захист є надійнішим, він створює проблеми в експлуатації. Наприклад, багато промислових парків мають головні розподільні камери 10 кВ (шина 10 кВ + виходні автомати), а кожна виробничая зона має розподільні кільця низької напруги (узли кільця + трансформатори). Якщо автомати не уникнуть максимальної величини короткого замкнення на стороні низької напруги трансформатора, головні вимикачі низької напруги (навантаження вузлів кільця) та високовольтні автомати будуть працювати одночасно, що створить труднощі в експлуатації.

16 Чому не допускається одночасне заземлення нейтральних точок двох паралельних трансформаторів?
У системах з великим струмом, для задоволення вимог до координації чутливості реле-захисту, деякі головні трансформатори повинні бути заземлені, а інші — ні. На станції з двома головними трансформаторами, не заземлюючи обидві нейтральні точки одночасно, головним чином вирішується питання координації захисту нульового послідовного струму та нульового послідовного напруги. У підстанціях з багатьма паралельними трансформаторами, зазвичай, деякі нейтральні точки трансформаторів заземлюються, а інші — ні. Це обмежує струм короткого замкнення до розумних рівнів та мінімізує вплив змін режиму роботи на величину та розподіл нульових послідовних струмів у мережі, підвищуючи чутливість систем захисту нульового послідовного струму.

17 Чому перед введенням в експлуатацію новоустановлених або оновлених трансформаторів проводять імпульсні випробування закриття?
Відключення ненавантаженого трансформатора від мережі створює комутаційні перенапруги. У системах з малим струмом заземлення ці перенапруги можуть досягати 3-4 рази номінальної фазної напруги; у системах з великим струмом заземлення — 3 рази номінальної фазної напруги. Тому, щоб перевірити, чи може ізоляція трансформатора витримати номінальну напругу та комутаційні перенапруги, перед введеннім в експлуатацію необхідно провести кілька імпульсних випробувань закриття. Крім того, живлення ненавантаженого трансформатора викликає втекучий струм намагнічування, який може досягати 6-8 разів номінального струму. Оскільки втекучий струм намагнічування створює значні електромагнітні сили, імпульсні випробування закриття також ефективно перевіряють механічну міцність трансформатора та можливість помилкової роботи реле-захисту.