SCB & SGB kuivtrafosid selgitatud

1. Sissejuhatus

Transformaator toimib elektromagnetilise induktsiooni põhimõttele. Transformaatori peamised komponendid on võid ja tuum. Töötamisel teevad võid elektrivoolu teed, samas kui tuum on magnetvoo teed. Kui elektriline energia sisendatakse esmasele võidle, siis vaikevool loob tuumas vaikevälise magnetvälja (st elektriline energia teisendatakse magnetvälja energiaks). Magnetliku ühenduse (vooühenduse) tulemusena muutub pidevalt magnetvoo läbiva lõplike võid läbi, mis omakorda indutseerib lõplikesse võid sees elektromotive jõud (EMJ). Kui välisele ringile liidetakse, antakse elektriline energia koormusele (st magnetvälja energia teisendatakse uuesti elektriliseks energiaks). See "elektri-magnet-elektri" teisendamisprotsess realizitseeritakse elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel, ja see energiaümbritsemine moodustab transformaatori tööpõhimõtte.

U1N2 = U2N1

U1: Esmane spänning；N1: Esma võidde keerluste arv；U2: Lõplik spänning；N2: Lõpliku võidde keerluste arv

Vastavalt Hiina rahvusstandardile GB 1094.16 määratletakse kuivtransformaator selgelt kui transformaator, mille tuum ja võid ei ole imerdatud juurdepääsetava isolatsioonlike vahendi. Selle isolatsioon- ja külmendusmeedium on õhk. Üldistatult jagunevad kuivtransformaatorid kaheks peamiseks tüübiks: kapseldatud ja avatud võidiga.

• Tüüp "SC(B)" viitab epoksipolüümeriga kaetud kuivtransformaatorile (mudelides tähistatud "B" tähendab, et võid on valmistatud kuparfoliost; "B" "SG(B)"-s on sama tähenduses). Kõrgepinge võid on täielikult kaetud epoksipolüümeeriga, samas kui madalapinge võid on tavaliselt mitte täielikult kaetud epoksipolüümeeriga – ainult lõplikud keerlused on kaetud epoksipolüümeeriga (see on ka selle tõttu, et madalapinge pool kannab suuremat voolu, ja täielik kaetamine mõjutaks soojenemise levikut negatiivselt). Praegu on SC(B)-tüübilised kuivtransformaatorid turul levinud toodete ja see artikkel kasutab neid analüüsi näidisena. Enamus SC(B)-tüübilisi transformaatoreid on F klassi isolatsiooniga, vähesed on H klassi.

• Tüüp "SG(B)" on avatud võidiga kuivtransformaator, mis kasutab DuPonti (Ameerika Ühendriigid) NOMEX-i insulatsioonipaberit keerluse vaheinsulatsiooniks. Madalapinge võid on valmistatud kuparfoliost, ja nii kõrg- kui ka madalapinge võid on käsitlenud VPI (Vakuumi Pinge Impregneerimine) insulatsiooniga. Pind on kaetud kihti epoksipolüümeeriga insulatsiooniveremiga. Enamus SG(B)-tüübilisi kuivtransformaatoreid on H klassi insulatsiooniga, vähesed on C klassi.

• On olemas ka teine tüüp kuivtransformaator, mida nimetatakse "SCR(B)", mis on kapseldatud tüüp, kuid mitte kaetud epoksipolüümeeriga. See on täielikult kapseldatud NOMEXi paberiga ja silikonigeliga, põhinedes Prantsuse tehnoloogial. See toode on turul väga piiratud nõudlusega. Kõik SCR(B)-tüübilised kuivtransformaatorid on H klassi insulatsiooniga.

2 Kuivtransformaatorite eelised

• Ohutud, paluvastased, taimevastased, põletavate vastased, saasteeta ja paigutatavad otse koormuse keskmesse;

• Hoolduse vajamad, üldine töötoimend on kergesti katta saadav;

• Suurepärane niiskuse vastastikku – võimaldavad normaalset tööd 100% niiskuses ja võimaldavad uuesti alustada tööd ilma eelpuhastamata pärast seadme väljalülitamist;

• Madalad kaotused, madal osaline laeng, madal müra, tugev soojenemine, võimaldavad tööd 150% nominalsest koormusest paksukohaliku külmendamise tingimustes;

• Varustatud täieliku temperatuuri kaitse- ja juhtimissüsteemiga, tagades ohutuse töö ajal;

• Kompaktne suurus, kehv sagedus, väike alampindala ja madal paigalduskulu.

3. Kuivtransformaatorite puudused

• Samal kapasitteil ja pingeval tasemel on kuivtransformaatorid kallimad kui ölitundlikud transformaatorid;

• Pingeval taseme piiratusega – tavaliselt kuni 35 kV, ainult mõned mudelid jõuavad 110 kV-ni;

• Üldiselt kasutatakse sisesises – kui kasutatakse välisesises, on vaja kaitsekausta kõrge IP kaitsega;

• Epoksipolüümeeriga võid, kui need on kahjustatud, tuleb tavaliselt täielikult ära teha, kuna parandamine on tavaliselt raske.

4. Kuivtransformaatorite struktuur

4.1 Võid
(1) Kihtidega võid: Valmistatakse tasakaalu või ringi joonte pilvitusena ja neid joontatakse spiraalis, et moodustada mitu kihti. Kihtide vahele paigutatakse insulatsioon või ventilatsioonikanaleid. Võid kaetakse ja kuumeksidatakse vakuumi all moldi ja spetsiaalsete kaetamisevarustuse abil. Protsess: pilvitusjoonte spiraalne joontamise → paigutatakse moldi → vakuumikaetamise.

(2) Folio võid: Valmistatakse õiged, laiad joonestega, üks pööre ühe kihi kohta. Kihtide vaheinsulatsioon on ka pöörete vaheinsulatsioon. Folio võid kasutavad tavaliselt telgliste külmenduskanaleid: joontamise ajal lisatakse määratud pööre positsioonides vaheldusstriibid, mis hiljem eemaldatakse, et moodustada telglised õhukanalid. Pärast folio võid masinasse joontamist, on koil vaja ainult kuumeksidada – pole vaja moldi ega kaetamist.

Miks kõrgepinge katt on väljaspool ja madalpinge katt sisemal pool?
Kuna madalpingeline pool töötab madalamal pingel ja nõuab väiksemat eralduskaugust, siis selle asetamine lähedal tuumale vähendab katte ja tuuma vahelise kauguse, mis omakorda vähendab transformatori üldist suurust ja hinda. Lisaks tavaliselt kõrgepinge kattel on tap-ülekandmed; selle asetamine välisse muudab operatsiooni mugavamaks ja ohutumaks.

4.2 Tuum

• Ehitatakse mitmeid silikooniterase kihtide paigutamisel, millel on eralduskirjeldus;

• Tuum pinnitatakse peamiselt pinnitamisraamidest ja -boltsidest;

• Ülemine ja alumine pinnitamisraam pinnitavad tuuma ja katte sidemeid või -plaatide kaudu;

• Tuumade eralduskomponendid hõlmavad raami eraldust, boltside eraldust või -plaatide eraldust.

Miks tuum peab olema maadetud?
Tavalises töös peab transformatori tuuma olema maadetud ühes ja ainult ühes punktis. ilma maadeta tekiks tuuma ja maas vahel liivlev volt, mis viiks ajutiste katkeseisunditele tuuma ja maavahel. Ühe punkti maademine takistab liivleva potentsiaali tekkimist. 

Kui tuum maadetakse kahes või rohkemates punktides, siis ebatüüpilised potentiaalid tuuma segmentide vahel põhjustavad tsirkuleeriva voolu maapunktide vahel, mis tulemusena viib mitmepunktilistesse maadepeteadesse ja lokaliseeritud ülitõkke. Sellised tuuma maadepeted võivad põhjustada tõsise lokaliseeritud temperatuuri tõusu, mis võib käivitada kaitsekäivitamise. Kõrgeimas olukorras sulavat kohad tuumas loovad lamineeritud teraste vahel lühisingid, mis tõstavad tuuma kaotusi tõsiselt ja mõjutavad transformatori toimimist ja tööd – mõnikord on vaja lamineeritud silikooniteraseid asendada parandamiseks. Seega ei tohi transformatoritel olla mitmeid maapeid; lubatud on ainult üks ja täpselt üks maape.

5. Temperatuuri juhtimissüsteem

Kõrvaldatud transformatori turvaline töö ja kasutusaeg sõltuvad suuresti katte eralduse ohutusest ja usaldusväärsusest. Kui kate temperatuur ületab eralduse soojuskestvuse, kahjustatakse eraldus – see on üks peamisi põhjuseid transformatoriga seotud petete põhjustamiseks. Seetõttu on äärmiselt oluline jälgida töötamise temperatuuri ja rakendada häire- ja katkeseisundi juhtimist.

(1) Automaatne ventilaatori juhtimine: Temperatuursignaalid mõõdetakse Pt100 vastuslike temperatuuriandurite abil, mis on upotatud madalpinge kate kõige soojemas osas. Kui transformatori laastus kasvab ja töötemperatuur tõuseb, käivitab süsteem automaatselt jahutusventilaatoreid, kui kate temperatuur jõuab 110°C, ja peatab need, kui temperatuur langeb 90°C-ni.

(2) Kõrgete temperatuuride häire ja üle temperatuuri katkeseisund: Temperatuursignaalid katest või tuumast kogitakse PTC mittelineaarsete termistorite abil, mis on upotatud madalpinge kate. Kui kate temperatuur jätkab tõusvat ja jõuab 155°C-ni, annab süsteem üle temperatuuri häire signaali. Kui temperatuur veelgi tõuseb 170°C-ni, ei saa transformatori enam turvaliselt töötada, ja süsteem peab saatma üle temperatuuri katkeseisundi signaali sekundaarsele kaitsekõrgingule.

(3) Temperatuuri näitamissüsteem: Temperatuurivalued mõõdetakse Pt100 termistorite abil, mis on upotatud madalpinge kate, ja näitatakse iga faasi kate temperatuuri (kolmefaasilise jälgimisega, maksimaalse väärtuse näitamisega ja ajaliku maksimumtemperatuuri salvestamisega). Süsteem pakub 4–20 mA analoogsignaali kõrgeimale temperatuurile. Kui vajalik on kaugtransmiitmine arvuti (kuni 1200 meetrit), võib seda varustada arvuti liidese ja ühe edastajaga, mis võimaldab samal ajal jälgi kuni 31 transformatorit. Pt100 termistorite signaal võib ka käivitada üle temperatuuri häire- ja katkeseisundi, mis edasi tugevdab temperatuurikaitseküla usaldusväärsust.

6. Kõrvaldatud transformatorite kere

Sõltuvalt töökeskkonna omadustest ja kaitse nõuetest, võib kõrvaldatud transformatoritega varustada erinevaid tüüpi kerre. Tavaliselt valitakse IP20-keri, mis takistab suuremaid kui 12 mm diameetriga soliidsete võõradobjektide ja väikesed loomad nagu rotid, madised, kassid ja linnud sisenemast transformatori, mis vältib tõsiseid pete, nagu lühitinged ja elektri puudumine, ja pakub ohutust taaskattetele osadele.

Kui transformatori tuleb paigutada väliskohta, võib kasutada IP23-keri. Lisaks IP20 pakutavale kaitsele takistab see ka kuni 60 kraadi nurkade all tippuvat vett. Siiski vähendab IP23-keri transformatori jahutusvõimet, nii et sellise tüübi keri valimisel tuleb tähelepanelikult alahindada selle töökapasitati.

7. Kõrvaldamismeetodid kuivtransformaatorite puhul

Kuivtransformaatorid kasutavad kahte kõrvaldamismeetodit: looduslikku õhukõrvaldamist (AN) ja sunnitud õhukõrvaldamist (AF).

Loodusliku õhukõrvaldamise korral saab transformaator pidevalt oma niminaalse võimsusega pikka aega töötada.

Sunnitud õhukõrvaldamise korral saab transformaatori väljundvõimsust suurendada 50%, mis muudab selle sobivaks lülituvale ülekoormatud režiimile või hädaolukordadeks. Kuid ülekoormatud töö ajal suurenevad märkimisväärselt koormuskaotused ja impedantsispänne, mis teevad töö majanduslikult ebasoodsaks; seetõttu tuleks pikka aega jätkuvat ülekoormatud tööd vältida.

8. Kuivtransformaatorite testimise üksused

• Kergete vastupindavälgude DC vastuse hindamine:
  Kontrollib sisemiste juhtmete laekumisalaadi, tap-changerite ja juhtmete kontaktseisu ning seda, kas fasi vastused on tasakaalus. Tavaliselt ei tohi lineaarvastuse ebavõrdlusk tõusta 2% üle ja fasi vahelise ebavõrdlusk 4% üle. Liiga suur DC vastuse ebavõrdsus võib põhjustada kolme fasi vahel sirkuleeriva ströömi, mis suurendab sirkuleeriva strömikaotusi ja viib mitteingimustele tulemustele nagu transformaatori ülekuumenemine.

• Kõigi tap-asendite spännuse suhte kontroll:
  Veendub, et keerdelisi ringeid on õigesti ja kõik tap-yhendused on õigesti paigaldatud. Kui kõrgepingeosal (ja selle erinevatel tapsidel) rakendatakse 1000 V, kontrollitakse, kas transformaator väljastab madalpingeosal umbes 400 V.

• Kontrolli kolmefase kergete yhendamisgrupp ja poolus.

• Mõõda südame-isoleeritud kiirguste ja südame isoleerimisvastust.

• Kergete isoleerimisvastuse mõõtmine:
  Hinnab isoleerimistaseme kõrgepinge, madalpinge kergete ja maapinna vahel. Tavaliselt kasutatakse 2500 V megohmmeterit, ja mõõdetud isoleerimisvastused (HV–LV, HV–maa, LV–maa) peavad ületama määratud standardväärtusi.

• Kergete AC vastuspõhjakatsetus:
  Hinnab peamist isoleerimistugevust kõrgepinge, madalpinge ja maapinna vahel dielektrilise tugevuse testide kaudu. See katse on otsustav lokaalsete puuduste tuvastamisel valmistamise käigus. Kuivtransformaatorite puhul on tavalised katsepinged: 35 kV 10 kV kerre jaoks ja 3 kV 0,4 kV kerre jaoks, mille rakendamiseks kulub 1 minut ilma purunemiseta, mis on aktsepteeritav.

• Kõigi transformaatori pooltel asuvate lülitete lülitamise ja lukustamise katsetused:
  Kontrollib kaitsekätteseade operatsioonide usaldusväärsust ja veendub, et lülitamise seadmed on täielikud ja vigadeta.

9. Impulsilülitamise (inrush) katsetus

(1) Kui lahutatakse tühi transformaator, võib esineda lülitamisülepinge. Eriteta neutraali või neutraali läbi arc-suppression coil’i maandatud elektrivõrkudes võib ülepinge suurus jõuda 4–4,5 korda faaspinge; otse maandatud neutraaliga süsteemides võib see jõuda kuni 3 korda faaspinge. Tõestamiseks, kas transformaatori isoleerimine kannatab täispinge või lülitamisülepinge, on vaja impulsi katset.

(2) Tühi transformaator energiseerimisel tekib magnetiseerimis-inrush ströömi, mis võib jõuda 6–8 korda niminaalströömi. Inrush strööm alguses kiiresti kahanedes – tavaliselt väheneb see 0,5 sekundi jooksul 0,25–0,5 korda niminaalströömi – kuid täielik kahanemine võib võtta palju kauem, kuni tsünteeritud kapasiteediga transformaatorites kuni kümmend sekundit. Inrush ströömi suure elektromagnetilise jõu tõttu tehakse impulsikatsetus, et hinnata transformaatori mehaanilist tugevust ja arvesse võtta, kas kaitsekätteseadmed võivad inrush ströömi algse kahanemise perioodil valesti toimida.
Tavaliselt uute transformaatorite puhul tehakse 5 impulsikatsetust, remonteeritud transformaatorite puhul 3 impulsikatsetust.

10. Tühi katsetus

Tühikatsetuse eesmärk on:

• Mõõta transformaatori tühi kaotus ja tühiströömi;

• Veenduda, kas südame disain ja valmistamine vastavad tehnilistele spetsifikatsioonidele ja standarditele;

• Tuua esile südame puudused, nagu kohaliku ülekuumenemine või halb kohalik isoleerimine.

Katse ajal on kõrgepingeosa avatud tsüklitega, ja madalpingeosa rakendatakse niminaalpinge. Tühi kaotus on peamiselt südame (raud) kaotus.

Tühikatsetuse kaudu tuvastatavad puudused hõlmavad:

• Halb silitsiumterava lamineeritud platvaheline isoleerimine;

• Kohalikud lühitinged või põletuskahjustused südame lamineeritud plaatide vahel;

• Südame-läbisülgede, teraste sidemariide, klemmplatade, ülemiste kandlaste jms isoleerimise kadumine, mis põhjustab lühitingeid;

• Heledad, valejoondatud silitsiumterava plaadid või liiga suured õhkugaped magnetihoonega;

• Mitme punkti maandumine südames;

• Kerrede või kerreliste lühitinged või paralleelsete sammude ebatasakaal neelamisringide tõttu;

• Kõrgekaotuslike, madala kvaliteediga silitsiumterava plaatide kasutamine või disainiarvutuste vead.

11.Lühitingekatsetus

Lühikese sulamise katse mõõdab peamiselt lühikese sulamise kahju ja impedantsi. See tehakse käivitamisel, et kontrollida vedru struktuuri õigsust, ja pärast vedru vahetamist, et kontrollida olulisi eelmiste testitulemuste eest võimalikke erinevusi.

Katseelektritoe võib olla kolmfaasiline või ühefaasiline, mis rakendatakse kõrgepingevale poolele, samal ajal kui madalapingeline pool on lühikutatud. Katse käigus tõstetakse kõrgepingevale poolele kulutav elektrivool oma nimilisele väärtusele, ja madalapingevale poolele kulutav elektrivool hoidetakse nimilisel väärtusel.

12.Kuivtransformaatorite ebaprotsesside lahendamine

12.1 Ebaprotsed transformaatori müra osas

• Mehaaniline müra, mis tekib:

• Vabalt hooldatud tuumapüsimöövik;

• Tuumanurgade muutumine transpordi või paigaldamise käigus toime tõttu;

• Väline objekt, mis ühendab tuuma osasid;

• Vabalt hooldatud ventilaatori paigalduskurte või ventilaatori sees olev väline materjal;

• Vabalt hooldatud korpusi paigalduskurte tõttu tekkinud paneeli vibratsioon ja müra;

• Vabalt hooldatud madalapingelise busbari paigalduskurte või paindliku ühenduse puudumine, mis tekitab vibratsiooni ja müra.

• Liiga kõrge sisendienergia tõstb ülekaalutuse ja suurendab hummitamismürat.

• Kõrgema järku harmonikate müra: mitteregulaarne – muutuv tugevuses ja ajutiselt esinev. Peamiselt tekitatud harmonika tootjate (nt elektroplivid, tiristorrektilisaatorid) poolt, kes tagastavad harmonikad transformaatorisse varustus- või koormuspuhvers.

• Ümbritseva keskkonna tegurid: väike transformaatoriruum laduneid seinte juures loovad resoneeriva "klahvi" efekti, mis suurendab tundmatut müra.

12.2 Ebatavaline temperatuuri näitmine

• Sensor pole paigutatud temperatuurnäitja taga asuvasse soketisse – veaindikaator valgub;

• Vaba sensori plugiga ühendus suurendab vastust, mis tekitab ebatäpse kõrge temperatuurinäituse;

• Ühe fasi lõpmatune temperatuurinäit näitab sensoori plaatina vastuseadme avatud ringi;

• Ühe fasi ebatavaliselt kõrge näit näitab, et plaatina vastus on osaliselt katkenud (vahelduv) olekus.

Transformaator töötab elektromagnetilise induktsiooni printsiibil. Transformaatori peamised komponendid on vedrud ja tuuma. Töö käigus teenivad vedrud elektrivoo kanalina, samal ajal kui tuuma teenib magnetvoo kanalina. Kui elektriline energia sisestatakse primäärvoodesse, siis alati muutuv elektrivool loob tuumas alati muutuva magnetvälja (nagu elektriline energia teisendatakse magnetvälja energiaks). Magnetlinkimise (voolilinkimise) tõttu läbib tuumas sekundaarvedru magnetvoo jätkuvalt muutudes, mille tulemuseks on sekundaarvedrus sündinud elektromotorkoht (EMF). Kui välisring on ühendatud, edastatakse elektriline energia koormusele (nagu magnetvälja energia teisendatakse taas elektriliseks energiaks). See "elekter-magneet-elekter" teisendusprotsess realiseeritakse elektromagnetilise induktsiooni printsiibil, ja see energia teisendusprotsess moodustab transformaatori tööpõhimõtte.