SCB & SGB Droogtransformerders Verklaar

1. Inleiding

'n Transformer werk op die beginsel van elektromagnetiese induksie. Die hoofkomponente van 'n transformer is die windings en die kern. Tydens bedryf dien die windings as pad vir elektriese stroom, terwyl die kern as pad vir magnetiese vloei dien. Wanneer elektriese energie by die primêre winding ingevoer word, skep die wisselstroom 'n wisselmagnetiese veld in die kern (d.w.s. elektriese energie word omgeskakel na magnetiese veldenergie). As gevolg van magnetiese koppeling (vloekoppeling), verander die deur die sekondêre winding gaanpassende magnetiese vloei voortdurend, waardoor 'n elektromotoriske krag (EMF) in die sekondêre winding geïnduseer word. Wanneer 'n buitekernse roete verbonden word, word elektriese energie na die belasting gelewer (d.w.s. magnetiese veldenergie word teruggekeer na elektriese energie). Hierdie "elektrisiteit–magnetisme–elektrisiteit" omskakelproses word gebaseer op die beginsel van elektromagnetiese induksie, en hierdie energie-omskakelproses vorm die werksbeginsel van 'n transformer.

U1N2 = U2N1

U1: Primêre Spanning；N1: Aantal Primêre Windingsomwentelinge；U2: Sekondêre Spanning；N2: Aantal Sekondêre Windingsomwentelinge

Volgens die Chinese nasionale standaard GB 1094.16, word 'n droog-type transformer duidelik gedefinieer as 'n transformer waarvan die kern en windings nie in isolerende vloeistof gedomp is nie. Sy isolasie- en koelmedium is lug. In wyd beslag geneem, kan droog-type transformers in twee hooftipes verdeel word: gegos en oopgewonde.

• Die "SC(B)" tipe verwys na 'n epoxyhars-gegose droog-type transformer (die "B" in die model-aanduiding dui daarop dat die windings van koperfolie gemaak is; die "B" in "SG(B)" het dieselfde betekenis). Die hoëspanningswinding word volledig met epoxyhars gegos, terwyl die laagspanningswinding gewoonlik nie volledig met epoxyhars gegos word nie—slegs die eindomwentelings word met epoxyhars gesluit (dit is ook omdat die laagspanningskant hoër stroom dra, en volledige gossing sou negatief op warmteafvoer beïnvloed). Tans is SC(B)-tipe droog-type transformers die hoofprodukte op die mark, en hierdie artikel gebruik hulle as voorbeeld vir analise. Die meeste SC(B)-tipe transformers het Klas F-isolasie, met 'n paar wat by Klas H gerangskik is.

• Die "SG(B)" tipe is 'n oopgewonde droog-type transformer wat NOMEX-isoleringspapier van DuPont (VSA) gebruik vir omwenteling-tot-omwenteling isolering. Die laagspanningswinding is gemaak van koperfolie, en beide hoë- en laagspanningswindings ondergaan VPI (Vacuum Pressure Impregnation) isoleringbehandeling. Die oppervlak is bedek met 'n laag epoxy isolerende vernis. Die meeste SG(B)-tipe droog-type transformers het Klas H-isolasie, met 'n paar wat by Klas C gerangskik is.

• Daar is nog 'n tipe droog-type transformer, aangedui as "SCR(B)", wat 'n gegose tipe is, maar nie met epoxyhars gegos word nie. Dit word volledig gegos deur NOMEX-papier en silikon-gel te gebruik, gebaseer op Franse tegnologie. Hierdie produk het baie beperkte markbehoefte. Al die SCR(B)-tipe droog-type transformers het Klas H-isolasie.

2 Voordelige van Droog-Type Transformers

• Veilig, brandvertragend, brandbestendig, ontploffingbeskermend, vervuilingsvry, en kan direk in die belastingsentrum geïnstalleer word;

• Onderhoudsvry, met lae algehele bedryfskoste;

• Uitstekende vochtbestendigheid—kan normaal funksioneer onder 100% vochtigheid en kan sonder voorafdrooging heraktiveer na afsluiting;

• Lae verliese, lae deelverliese, lae geraas, sterk warmteafvoer, en kan onder gedwonge lugkoeltoestande by 150% van die bepaalde belasting funksioneer;

• Toegerus met 'n omvattende temperatuurbeskerming en -beheersisteem, wat betroubare versekering vir veilige bedryf gee;

• Kompakte grootte, lig in gewig, klein voetbed, en lae installasiekoste.

3. Nadelen van Droog-Type Transformers

• By dieselfde kapasiteit en spanningsklas, is droog-type transformers duurder as oliegedompste transformers;

• Spanningsklas is beperk—gewoonlik tot 35 kV, met slegs 'n paar modelle wat 110 kV bereik;

• Gewoonlik binne-gebruik; wanneer buite gebruik, is 'n beskermende behuising met 'n hoë insluipbeveiligings (IP) rating nodig;

• Vir gegose windings, indien beskadig, moet hulle dikwels volledig geskrap word, want herstel is gewoonlik moeilik.

4. Struktuur van Droog-Type Transformers

4.1 Windings
(1) Lagen-winding: Gemaak deur platte of ronde geleiders te stapel en in 'n spiraalpatroon te wind om meerdere lage te vorm. Isolering of ventilasiekanale word tussen lage geplaas. Die winding word onder vakuum gegos en gekuur met 'n mal en spesialiseerde gospoedjiner. Proses: gestapelde spiraalwinding → geplaas in mal → vakuumgossing.

(2) Foliewinding: Gemaak deur dun, wyd geleiders te wind, met een omwenteling per laag. Interlaagisolering dien ook as omwenteling-tot-omwenteling isolering. Foliewindings gebruik gewoonlik assiale koelkanale: tydens winding word spasierstrope by bepaalde omwentelingsposisies geplaas en later verwyder om assiale lugkanale te vorm. Na winding op 'n foliewindingmasjien, hoef die spoel slegs verhit en gekuur te word—geen mal of gossing is nodig.

Waarom word die hoëspanningwinding op die buite laag en die laagspanningwinding op die binne laag geplaas?
Omdat die laagspanningskant by 'n laer spaning werk en kleiner isolasie-afstand benodig, verlaag dit die afstand tussen die winding en die kern, wat lei tot 'n vermindering in die algehele transformatorgrootte en koste. Verder het die hoëspanningwinding gewoonlik tappuntverbindings; dit op die buite maak operasie meer gemaklik en veiliger.

4.2 Kern

• Gebou deur meervoudige lagen van silikon-staal met isolerende vernis te stapel;

• Die kern word hoofsaaklik geklampeer deur klampeerframes en -boltse;

• Bovenste en onderste klampeerframes druk die kern en windings via skakelstae of -plaatse;

• Kern-isolasiekomponente sluit in frame-isolasie, bolt-isolasie, of skakelplaat-isolasie.

Hoekom moet die kern aangesluit word?
Tydens normale operasie moet die transformator-kern een en slegs een betroubare aansluiting het. Sonder aansluiting sou 'n zwevende spanning ontstaan tussen die kern en die grond, wat lei tot ongestadige inslag-ontlading van die kern na die grond. Die aansluiting van die kern by 'n enkele punt elimineer die moontlikheid van 'n zwevende potensiaal. 

Indien egter die kern by twee of meer punte aangesluit word, sal ongelyke potensiale tussen kernafdelings sirkulerende strome tussen aansluitings veroorsaak, wat lei tot multi-punt-aansluitingsfoute en plaaslike oorkoeling. So 'n kern-aansluitingsfout kan 'n ernstige plaaslike temperatuurstyg veroorsaak, wat beskermingskippering kan veroorsaak. In uiterste gevalle kan gesmolte plekke op die kern kortsluitings tussen lagen veroorsaak, wat kern-verlies aansienlik verhoog en die transformator se prestasie en operasie ernstig beïnvloed—soms vereis dit die vervanging van silikon-staal lagen vir herstel. Daarom mag transformators nie meer as een aansluitingspunt hê; net een en slegs een aansluitingspunt is toegelaat.

5. Temperatuurregelsisteem

Die veilige operasie en diensleeftyd van 'n droë-transformator hang grootliks af van die veiligheid en betroubaarheid van die winding-isolasie. As die winding-temperatuur die termiese verdraagsgrens van die isolasie oorskry, sal die isolasie beskadig word—dit is een van die hoofredes vir transformator-foute. Daarom is die monitering van die bedryfs-temperatuur en die implementering van alarm- en skipperingsbeheer krities belangrik.

(1) Outomatiese waaierbeheer: Temperatuursignale word gemeet deur Pt100 weerstandstemperatuur-detektore wat in die warmste gedeelte van die laagspanningwinding ingebou is. Wanneer die transformator-belasting toeneem en die bedryfs-temperatuur styg, begin die stelsel outomaties die koelwaaiers wanneer die winding-temperatuur 110°C bereik, en stop hulle wanneer die temperatuur tot 90°C daal.

(2) Hoë-temperatuuralarm en oortemperatuur-skippering: Temperatuursignale van die windings of kern word versamel deur PTC-nieliniere termistore wat in die laagspanningwinding ingebou is. Indien die winding-temperatuur voortgaan om te styg en 155°C bereik, gee die stelsel 'n oortemperatuuralarmsignaal uit. Indien die temperatuur verder styg tot 170°C, kan die transformator nie meer veilig bedryf nie, en moet 'n oortemperatuur-skipperingsignaal na die sekondêre beskermingssirkel gestuur word.

(3) Temperatuurweergawestelsel: Temperatuurwaardes word gemeet deur Pt100 termistore wat in die laagspanningwinding ingebou is, en gee direkte weergawe van die temperatuur van elke fase-winding (met driefase-monitering, maksimumwaarde-weergawe, en historiese piek-temperatuur-opname). Die stelsel bied 'n 4–20 mA analoog-uitset vir die hoogste temperatuur. Indien afstandsowerdraag na 'n rekenaar benodig word (tot 1200 meter), kan dit toegerus word met 'n rekenaar-interface en een sender, wat die gelyktydige monitering van tot 31 transformators moontlik maak. Die Pt100 termistor-signaal kan ook oortemperatuuralarms en -skipperinge aktiveer, wat die betroubaarheid van die temperatuurbeskermingstelsel verder verhoog.

6. Behuising van Droë-transformators

Afhanklik van die kenmerke van die bedryfsomgewing en beskermingsvereistes, kan droë-transformators met verskillende tipes behuising toegerus word. Tipies word 'n IP20-gradering gekies, wat vaste vreemde voorwerpe groter as 12 mm in diameter en klein diere soos rotte, slange, katte en voëls verhoed om die transformator binne te kom, wat lei tot ernstige foute soos kortsluitings en energiestokking, en 'n veiligheidsbarrière vir lewende dele bied.

Indien die transformator buite moet geïnstalleer word, kan 'n IP23-gradering gebruik word. Dit bied boonop die beskerming wat deur IP20 gebied word, ook beskerming teen waterdruppels wat tot 60° van die vertikale rigting val. Die IP23-behuising verminder egter die transformator se koelkapasiteit, dus aandag moet gegee word aan die vermindering van sy bedryfskapasiteit wanneer hierdie tipe behuising gekies word.

7. Koelmethodes van droogtransformators

Droogtransformators gebruik twee koelmethode: natuurlike lugkoeling (AN) en gedwonge lugkoeling (AF).

Onder natuurlike lugkoeling kan die transformator voortdurend op sy gestelde kapasiteit vir 'n lang periode werk.

Onder gedwonge lugkoeling kan die uitvoerkapasiteit van die transformator met 50% verhoog word, wat dit geskik maak vir incidentele oorlastbedryf of nooodsituasies. Tog, tydens oorlastbedryf neem lastverliese en impedansie-voltsigting betekenisvol toe, wat ongeëkonome bedryf veroorsaak; daarom moet langdurige voortdurende oorlastbedryf vermy word.

8. Toetsitems vir droogtransformators

• Meet DC-weerstand van windings:
  Controleer die las-kwaliteit van interne geleiders, die kontaktoestand tussen tappuntpunters en leidings, en of fase-weerstande onbalans is. In die algemeen moet die lyn-tot-lyn weerstandsonevenwichtigheid nie meer as 2% oorskry, en fase-tot-fase onevenwichtigheid nie meer as 4% oorskry. Te hoë DC-weerstandsonevenwichtigheid kan omloopstroom tussen die drie fases veroorsaak, wat omloopstroomverlies verhoog en ongewensde effekte soos transformator-oormaat veroorsaak.

• Kontroleer spanningsverhouding by al tappunte:
  Verifieer of die aantal spoelslagte korrek is en of alle tappuntverbindinge regtig bedraad is. Wanneer 1000 V op die hoogspanningskant (en sy verskeie tappunte) aangebring word, kontroleer of die transformator ongeveer 400 V op die laagspanningskant uitvoer.

• Kontroleer driespoelwindingsverbindingsgroep en polariteit.

• Meet isolasieweerstand van kerngeïsoleerde fasteners en die kern selfs.

• Meet isolasieweerstand van windings:
  Bewys die isolasienivo tussen hoogs-, laagspanningswindings, en grond. Gewoonlik word 'n 2500 V megohmmeter gebruik, en die gemete isolasieweerstandwaardes (HV–LV, HV–grond, LV–grond) moet die spesifiseerde standaardwaardes oorskry.

• AC-spanninghouendheidstoets van windings:
  Beoordeel die hoof-isolasiesterkte tussen HV, LV, en grond via dielektriese sterkte-toetse. Hierdie toets is beslissend in die opsporing van gelokaliseerde defekte wat tydens vervaarding ingevoer is. Vir droogtransformators is die tipiese toetsvoltages: 35 kV vir die 10 kV winding en 3 kV vir die 0.4 kV winding, elk vir 1 minuut aangebring sonder inslag om aanvaarbaar te wees.

• Skakel- en interloksproewe vir skakelaars aan al die kante van die transformator:
  Verifieer die betroubaarheid van beskermreël-operasies en bevestig dat skakeluitrusting intact en sonder gebreke is.

9. Impuls Skakel (Inrush) Toets

(1) Wanneer 'n onbelaaste transformator ontkopple word, kan skakeloverspanning voorkom. In kragstelsels met 'n ongegronde neutrale of neutrale deur 'n boogdempingsspoel geërd, kan die overspanningshoeveelheid 4–4.5 keer die fase-spanning bereik; in stelsels met direkte neutrale-aarding, kan dit tot 3 keer die fase-spanning bereik. Om te verifieer of die transformator-isolering volspanning of skakeloverspanning kan hou, is 'n impuls-toets nodig.

(2) Die belasting van 'n onbelaaste transformator produseer magnetiserings-inrush-stroom, wat 6–8 keer die gestelde stroom kan bereik. Die inrush-stroom verminder vinnig aanvanklik—gewoonlik tot 0.25–0.5 keer die gestelde stroom binne 0.5–1 sekond—maar volledige afname kan baie langer neem, tot by tientalle van sekondes vir groot-kapasiteits transformators. As gevolg van die groot elektromagnetiese kragte wat deur inrush-stroom gegenereer word, word die impuls-toets uitgevoer om die meganiese sterkte van die transformator te evalueer en om te bepaal of beskermreëls moontlik foutief kan reageer tydens die vroeë afnamefase van inrush-stroom.
Gewoonlik ondergaan nuut geïnstalleerde transformators 5 impuls-toetse, terwyl herstelde transformators 3 impuls-toetse ondergaan.

10. Onbelaste Toets

Die doel van die onbelaste toets is:

• Om die transformator se onbelaste verlies en onbelaste stroom te meet;

• Om te verifieer of die ontwerp en vervaarding van die kern tegnieke spesifikasies en standaarde voldoen;

• Om kern-defekte soos plaaslike oormaat of swak plaaslike isolasie op te spoor.

Tydens die toets word die hoogs-spanningskant open-gesirkuleer, en gestelde spanning word op die laags-spanningskant aangebring. Onbelaste verlies is primêr kern (yser) verlies.

Defekte wat via onbelaste toets opgespoor kan word sluit in:

• Swak isolasie tussen silisium-yster laminasies;

• Plaaslike kortsluiting of brandskade tussen kernlaminasies;

• Isolasie-uitval in kern-durgboutte, staal-bindbande, klemplaatjies, bo-joel, ens., wat kortsluiting veroorsaak;

• Los, misaaligde silisium-yster plaatjies of te veel luggapse in die magneetkring;

• Meer-punt-gronding van die kern;

• Inter-spoel of inter-laag kortsluiting in windings, of ongelyke spoelslagte in parallel takke wat ampere-spoelslag-onevenwichtigheid veroorsaak;

• Gebruik van hoër-verlies, lae-kwaliteit silisium-yster plaatjies of foute in ontwerp-berekeninge.

11. Kortsluiting Toets

Die kortsluittoets meet hoofsaaklik kortsluitverliese en impedansie. Dit word by inbedryf gedoen om die korrektheid van die windingstruktuur te verifieer, en na windingvervanging om groot afwykings van vorige toetsresultate te kontroleer.

Die toetsvoorsiening kan driesfasig of eenfasig wees, wat op die hooggspanningskant toegepas word terwyl die laagspanningskant kortgesluit is. Tydens die toets word die hooggspanningskantstroom tot sy gedefinieerde waarde verhoog, en die laagspanningskantstroom word beheer om by die gedefinieerde stroom te bly.

12. Afhandeling van Abnormale Toestande van Drogetransformateurs

12.1 Abnormale Transformatorgeluid

• Meganiese geraas veroorsaak deur:

• Losse kernklemboë;

• Verforming van kernoek as gevolg van mishandeling tydens vervoer of installasie;

• Vreemde voorwerpe wat dele van die kern oorbrug;

• Losse waaiermonteringskrewe of vreemde rommel binne in die waaier;

• Losse behuisingmonteringskrewe wat paneelvibrasie en geraas veroorsaak;

• Losse laagspanningsbusleermonteringskrewe of gebrek aan swaar verbindinge, wat vibrasie en geraas veroorsaak.

• Te hoë insetvoorsieningspanning wat ooropwinding veroorsaak en luider zoemgeraas;

• Geraas van hoërharmoniese: onregelmatig in patroon—varieer in volume en incidenteel teenwoordig. Voornamelijk veroorsaak deur harmoniese-genererende toerusting (bv., elektriese ovens, thyristor-rektifiers) aan die voorsienings- of lastkant wat harmoniese terugvoer in die transformator.

• Omgewingsfaktore: klein transformatorkamer met gladde wandte skap 'n resonante "spreekboks"-effek wat die waargenome geraas versterk.

12.2 Abnormale Temperatuurweergawe

• Sensor nie ingeplug in die sokket op die agterkant van die temperatuurweergaweenheid—feitelike indikatourlig gaan aan;

• Losse verbinding by sensorplug verhoog weerstand, wat vals hoog temperatuurlesings veroorsaak;

• Oneindige temperatuurlesing op een fase dui op 'n open sirkel in die platina-weerstanddraad van die sensor;

• Abnormaal hoog lesing op een fase dui daarop dat die platina weerstand in 'n gedeeltelik gebreekte (intermitterende) toestand is.

'n Transformateur werk op die beginsel van elektromagnetiese induksie. Die hoofkomponente van 'n transformateur is die windings en die kern. Tydens operasie dien die windings as pad vir elektriese stroom, terwyl die kern dien as pad vir magnetiese flux. Wanneer elektriese energie by die primêre winding ingevoer word, skep die wisselstroom 'n wisselmagnetiese veld in die kern (d.w.s., elektriese energie word omgevorm na magnetiese veldenergie). As gevolg van magnetiese koppeling (fluxkoppeling) verander die magnetiese flux wat deur die sekondêre winding gaan, voortdurend, wat daardeur 'n elektromotiewe krag (EMK) in die sekondêre winding induseer. Wanneer 'n buitekruis gesluit word, word elektriese energie na die last gelewer (d.w.s., magnetiese veldenergie word terug omgevorm na elektriese energie). Hierdie "elektrisiteit–magnetisme–elektrisiteit" omskakelproses word op die beginsel van elektromagnetiese induksie gegrond, en hierdie energie-omskakelproses maak die werksbeginsel van 'n transformateur uit.