SCB & SGB Dry-Type Transformers Explained IEE-Business na SCB & SGB Dry-Type Transformers Ipinaglabas

1. Pagpapakilala

Ang isang transformer ay gumagana batay sa prinsipyo ng elektromagnetikong induksyon. Ang pangunahing komponente ng isang transformer ay ang mga winding at ang core. Sa panahon ng operasyon, ang mga winding ay nagsisilbing daan para sa elektrikong kasalukuyan, habang ang core ay nagsisilbing daan para sa magnetic flux. Kapag inilapat ang enerhiyang elektriko sa primary winding, ang alternating current ay lumilikha ng alternating magnetic field sa core (o, ang enerhiyang elektriko ay ina-convert sa magnetic field energy). Dahil sa magnetic linkage (flux linkage), ang magnetic flux na dumaan sa secondary winding ay patuloy na nagbabago, kaya nag-iinduce ng electromotive force (EMF) sa secondary winding. Kapag nakonekta ang panlabas na circuit, ang enerhiyang elektriko ay ipinadadaloy sa load (o, ang magnetic field energy ay ina-convert pabalik sa enerhiyang elektriko). Ang prosesong ito ng "electricity–magnetism–electricity" conversion ay isinasagawa batay sa prinsipyo ng elektromagnetikong induksyon, at ang prosesong ito ng konwersyon ng enerhiya ang bumubuo sa working principle ng isang transformer.

U1N2 = U2N1

U1: Primary Voltage；N1: Bilang ng Primary Winding Turns；U2: Secondary Voltage；N2: Bilang ng Secondary Winding Turns

Ayon sa Chinese national standard GB 1094.16, ang isang dry-type transformer ay malinaw na inilalarawan bilang isang transformer na ang core at windings ay hindi naliligo sa insulating liquid. Ang insulating at cooling medium nito ay hangin. Sa mas malawak na perspektibo, ang mga dry-type transformer ay maaaring hatiin sa dalawang pangunahing uri: encapsulated at open-wound.

• Ang "SC(B)" type ay tumutukoy sa epoxy-resin-cast dry-type transformer (ang "B" sa model designation ay nangangahulugan na ang windings ay gawa sa copper foil; ang "B" sa "SG(B)" ay may parehong kahulugan). Ang high-voltage winding ay ganap na encapsulated sa epoxy resin, habang ang low-voltage winding ay karaniwang hindi ganap na cast sa epoxy resin—kung saan lamang ang end turns ang sealed sa epoxy resin (dahil ang low-voltage side ay nagdadala ng mas mataas na kasalukuyan, at ang full casting ay magiging negatibo sa heat dissipation). Sa kasalukuyan, ang mga SC(B)-type dry-type transformer ay ang mainstream products sa merkado, at ang article na ito ay ginagamit ito bilang halimbawa para sa analisis. Karamihan sa mga SC(B)-type transformers ay may Class F insulation, may iilan na rated sa Class H.

• Ang "SG(B)" type ay isang open-wound dry-type transformer na gumagamit ng NOMEX insulation paper mula sa DuPont (USA) para sa turn-to-turn insulation. Ang low-voltage winding ay gawa sa copper foil, at ang parehong high- at low-voltage windings ay sumusunod sa VPI (Vacuum Pressure Impregnation) insulation treatment. Ang ibabaw ay coated ng isang layer ng epoxy insulating varnish. Karamihan sa mga SG(B)-type dry-type transformers ay may Class H insulation, may iilan na rated sa Class C.

• Mayroon pa ring isa pang tipo ng dry-type transformer, na itinalagang "SCR(B)", na isang encapsulated type ngunit hindi cast sa epoxy resin. Ito ay ganap na encapsulated gamit ang NOMEX paper at silicone gel, batay sa French technology. Ang produktong ito ay may napakalimitadong demand sa merkado. Lahat ng SCR(B)-type dry-type transformers ay may Class H insulation.

2 Mga Advantages ng Dry-Type Transformers

• Ligtas, flame-retardant, fireproof, explosion-proof, walang polusyon, at maaaring ilagay diretso sa load center;

• Walang maintenance, mababang overall operating costs;

• Pinakamahusay na moisture resistance—maaaring gumana normal sa 100% humidity at maaaring re-energized nang walang pre-drying pagkatapos mapatigil;

• Mababang losses, mababang partial discharge, mababang noise, malakas na heat dissipation, at maaaring gumana sa 150% ng rated load sa ilalim ng forced-air cooling conditions;

• Kumpleto ang temperature protection at control system, nagbibigay ng reliable assurance para sa ligtas na operasyon;

• Compact size, light weight, maliit na footprint, at mababang installation cost.

3.Disadvantages ng Dry-Type Transformers

• Sa parehong capacity at voltage rating, ang mga dry-type transformers ay mas mahal kaysa sa oil-immersed transformers;

• Limited ang voltage rating—karaniwan hanggang 35 kV, may iilang modelo na umabot sa 110 kV;

• Karaniwang ginagamit sa loob; kapag ginagamit sa labas, kinakailangan ng protective enclosure na may mataas na ingress protection (IP) rating;

• Para sa cast-resin windings, kung nasira, kadalasan kailangan nilang ma-scrap buong-buo, dahil ang repair ay karaniwang mahirap.

4. Estruktura ng Dry-Type Transformers

4.1 Windings
(1) Layer-type winding: Ginawa sa pamamagitan ng pag-stack ng flat o round conductors at pag-wrap nito sa isang helical pattern upang mabuo ang maraming layers. Ang insulation o ventilation ducts ay ilalagay sa pagitan ng mga layer. Ang winding ay cast at cured sa ilalim ng vacuum gamit ang mold at specialized casting equipment. Process: stacked helical winding → ilagay sa mold → vacuum casting.

(2) Foil-type winding: Ginawa sa pamamagitan ng pag-wrap ng thin, wide conductors, na may isang turn bawat layer. Ang interlayer insulation ay din nagsisilbing turn-to-turn insulation. Ang mga foil-type windings karaniwang gumagamit ng axial cooling ducts: sa panahon ng winding, ang spacer strips ay ilalagay sa designated turn positions at hahain pagkatapos upang mabuo ang axial air channels. Pagkatapos ng winding sa foil winding machine, ang coil lamang kailangang ilagay sa heat at curing—walang mold o casting ang kinakailangan.

Bakit ang high-voltage winding ay nakalagay sa labas at ang low-voltage winding naman ay sa loob?
Dahil ang low-voltage side ay gumagana sa mas mababang voltaje at kailangan ng mas maliit na insulasyon clearance, ang paglalagay nito malapit sa core ay nagpapakonti ng layo sa pagitan ng winding at core, kaya nagiging mas maliit ang kabuuang laki at gastos ng transformer. Bukod dito, ang high-voltage winding ay karaniwang may tap connections; ang paglalagay nito sa labas ay nagpapahusay ng operasyon at ligtas.

4.2 Core

• Ginawa sa pamamagitan ng pag-stack ng maraming laminations ng silicon steel na nakalagyan ng insulating varnish;

• Ang core ay pinipigil ng mga clamping frames at clamping bolts;

• Ang upper at lower clamping frames ay pumipigil ng core at windings sa pamamagitan ng tie rods o tie plates;

• Ang komponente ng insulasyon ng core ay kasama ang frame insulation, bolt insulation, o tie-plate insulation.

Bakit kailangan ng core na ma-ground?
Sa normal na operasyon, ang core ng transformer kailangan ng isang at tanging isang reliable ground point. Kung hindi ito grounded, magkakaroon ng floating voltage sa pagitan ng core at ground, na siyang nagdudulot ng intermittent breakdown discharges mula sa core patungo sa ground. Ang pag-ground ng core sa iisang punto ay nagwawala ng posibilidad ng floating potential. 

Gayunpaman, kung ang core ay grounded sa dalawa o higit pang puntos, ang hindi pantay na potentials sa pagitan ng mga seksyon ng core ay magdudulot ng circulating currents sa pagitan ng mga grounding points, na siyang nagreresulta sa multi-point grounding faults at localized overheating. Ang ganitong uri ng core grounding faults ay maaaring magdulot ng malubhang local temperature rise, na maaaring mapabilis ang protective tripping. Sa ekstremong kaso, ang melted spots sa core ay lumilikha ng short circuits sa pagitan ng laminations, na siyang nagsisira ng core losses at lubhang nakakaapekto sa performance at operasyon ng transformer—sa ilang kaso, kinakailangan ang pagpalit ng silicon steel laminations para sa pagpapabuti. Kaya't ang mga transformers ay hindi dapat magkaroon ng maramihang grounding points; tanging isang at eksaktong isang grounding point lamang ang pinahihintulutan.

5.Temperature Control System

Ang ligtas na operasyon at serbisyo ng buhay ng dry-type transformer ay malaking nakasalalay sa seguridad at reliabilidad ng winding insulation. Kung ang temperatura ng winding ay lumampas sa thermal withstand limit ng insulation, sira ang insulation—ito ang isa sa pangunahing dahilan ng pagkawala ng function ng transformer. Kaya't mahalaga ang pag-monitor ng operating temperature at pag-implement ng alarm at trip controls.

(1) Automatic fan control: Ang temperature signals ay sinukat ng Pt100 resistance temperature detectors na inembed sa pinakamainit na bahagi ng low-voltage winding. Habang tumataas ang load ng transformer at ang operating temperature, ang sistema ay awtomatikong nagsisimula ng cooling fans kapag ang temperatura ng winding ay umabot sa 110°C, at natitigil kapag bumaba ang temperatura sa 90°C.

(2) High-temperature alarm at over-temperature trip: Ang temperature signals mula sa windings o core ay kinolekta ng PTC nonlinear thermistors na inembed sa low-voltage winding. Kung ang temperatura ng winding ay patuloy na tumataas at umabot sa 155°C, ang sistema ay lumilikha ng over-temperature alarm signal. Kung ang temperatura ay patuloy na tumataas hanggang sa 170°C, hindi na ligtas ang operasyon ng transformer, at kailangan ng over-temperature trip signal na isend sa secondary protection circuit.

(3) Temperature display system: Ang temperature values ay sinukat ng Pt100 thermistors na inembed sa low-voltage winding at direktang nagpapakita ng temperatura ng bawat phase winding (na may three-phase monitoring, maximum value display, at historical peak temperature recording). Ang sistema ay nagbibigay ng 4–20 mA analog output para sa pinakamataas na temperatura. Kung kailangan ang remote transmission sa computer (hanggang 1200 meters away), maaari itong makapaglagay ng computer interface at isang transmitter, na nagbibigay ng kakayahan na sumubaybay ng hanggang 31 transformers. Ang Pt100 thermistor signal ay maaari ring magtrigger ng over-temperature alarms at trips, na nagpapahusay ng reliability ng temperature protection system.

6. Enclosure of Dry-Type Transformers

Bukod sa katangian ng operating environment at protection requirements, ang dry-type transformers ay maaaring makapaglagay ng iba't ibang uri ng enclosures. Karaniwan, ang IP20-rated enclosure ang pinili, na nagpapahintulot na maprotektahan ang solid foreign objects na mas malaki sa 12 mm sa diameter at maliit na hayop tulad ng rats, snakes, cats, at birds mula sa pagpasok sa transformer, upang maiwasan ang severe faults tulad ng short circuits at power outages, at nagbibigay ng safety barrier para sa live parts.

Kung ang transformer ay kailangang ilagay sa labas, maaaring gamitin ang IP23-rated enclosure. Bukod sa proteksyon na ibinibigay ng IP20, ito rin ay nagpapahintulot na maprotektahan ang water droplets na tumutubo sa angles hanggang 60° mula sa vertical direction. Gayunpaman, ang IP23 enclosure ay nagbabawas ng cooling capacity ng transformer, kaya dapat bigyan ng pansin ang derating ng operating capacity nito sa tamang panahon sa pagpili ng ganitong uri ng enclosure.

7. Mga Paraan ng Paggamot ng Dry-Type Transformers

Ang mga dry-type transformers ay gumagamit ng dalawang paraan ng paggamot: natural na paggamot ng hangin (AN) at pinipilit na paggamot ng hangin (AF).

Sa ilalim ng natural na paggamot ng hangin, ang transformer ay maaaring mag-operate nang patuloy sa kanyang inilaang kapasidad sa mahabang panahon.

Sa ilalim ng pinipilit na paggamot ng hangin, ang output capacity ng transformer ay maaaring tumaas ng 50%, nagbibigay-daan para sa intermitenteng overload operation o emergency overload conditions. Gayunpaman, sa panahon ng overload operation, ang load losses at impedance voltage ay lumalaki nang significante, na nagresulta sa hindi ekonomikal na operasyon; kaya, dapat iwasan ang matagal na patuloy na overload operation.

8. Mga Item ng Test para sa Dry-Type Transformers

• Pagsukat ng DC resistance ng mga winding:
  Nagche-check ito ng kalidad ng pag-weld ng internal conductors, ang kondisyon ng kontak sa pagitan ng tap changers at leads, at kung ang phase resistances ay balanced. Sa pangkalahatan, ang imbalance ng resistance line-to-line ay hindi dapat lampaan ang 2%, at ang imbalance ng phase-to-phase ay hindi dapat lampaan ang 4%. Ang labis na imbalance ng DC resistance ay maaaring magresulta sa circulating currents sa pagitan ng tatlong phases, na nagdudulot ng pagtaas ng circulating current losses at nagdudulot ng hindi kagustuhan na epekto tulad ng sobrang init ng transformer.

• Suriin ang ratio ng voltag sa lahat ng posisyon ng tap:
  Ini-verify kung ang bilang ng turns ay tama at kung ang lahat ng connections ng tap ay wastong nakakonekta. Kapag inilapat ang 1000 V sa high-voltage side (at ang iba pang taps nito), suriin kung ang transformer ay lumilikha ng humigit-kumulang 400 V sa low-voltage side.

• Suriin ang three-phase winding connection group at polarity.

• Pagsukat ng insulation resistance ng core-insulated fasteners at ng core mismo.

• Pagsukat ng insulation resistance ng mga winding:
  Ina-evaluate ang insulation level sa pagitan ng high-voltage, low-voltage windings, at ground. Karaniwan, ginagamit ang 2500 V megohmmeter, at ang sukatin na insulation resistance values (HV–LV, HV–ground, LV–ground) ay dapat lampaan ang naka-specify na standard values.

• AC withstand voltage test ng mga winding:
  Ina-assess ang pangunahing lakas ng insulation sa pagitan ng HV, LV, at ground sa pamamagitan ng dielectric strength testing. Ang test na ito ay decisive sa pag-detect ng localized defects na idinugtong sa panahon ng manufacturing. Para sa dry-type transformers, ang karaniwang test voltages ay: 35 kV para sa 10 kV winding at 3 kV para sa 0.4 kV winding, bawat isa ay inilapat sa loob ng 1 minuto nang walang breakdown upang ituring na acceptable.

• Switching at interlock tests para sa circuit breakers sa lahat ng sides ng transformer:
  Ini-verify ang reliabilidad ng operasyon ng protective relay at kinukumpirma na ang switching equipment ay buo at walang defect.

9. Impulse Switching (Inrush) Test

(1) Kapag inalis ang isang unloaded transformer, maaaring mangyari ang switching overvoltage. Sa power systems na may ungrounded neutral o neutral grounded through an arc-suppression coil, ang magnitude ng overvoltage ay maaaring umabot sa 4–4.5 beses ang phase voltage; sa systems na may directly grounded neutral, maaaring umabot sa 3 beses ang phase voltage. Upang masuri kung ang insulation ng transformer ay maaaring tanggapin ang full voltage o switching overvoltage, kinakailangan ng isang impulse test.

(2) Ang pagsupply ng enerhiya sa isang unloaded transformer ay naglalabas ng magnetizing inrush current, na maaaring umabot sa 6–8 beses ang rated current. Ang inrush current ay unti-unting bumababa—karaniwan, bumababa sa 0.25–0.5 beses ang rated current sa loob ng 0.5–1 segundo—ngunit ang kumpletong pagbaba ay maaaring magtagal ng mas mahaba, hanggang sa tens of seconds para sa malaking-capacity transformers. Dahil sa malaking electromagnetic forces na idinudulot ng inrush current, ang impulse test ay isinasagawa upang masuri ang mechanical strength ng transformer at ang assessment kung ang protective relays ay maaaring mag-maloperate sa panahon ng unang yugto ng pagbaba ng inrush current.
Karaniwan, ang newly installed transformers ay dadaanan ng 5 impulse tests, habang ang overhauled transformers ay dadaanan ng 3 impulse tests.

10. No-Load Test

Ang layunin ng no-load test ay:

• Upang sukatin ang no-load loss at no-load current ng transformer;

• Upang suriin kung ang disenyo at paggawa ng core ay tumutugon sa teknikal na specifications at standards;

• Upang masuri kung mayroong core defects tulad ng lokal na sobrang init o mahina na lokal na insulation.

Sa panahon ng test, ang high-voltage side ay open-circuited, at inilalapat ang rated voltage sa low-voltage side. Ang no-load loss ay pangunahing core (iron) loss.

Ang mga defect na maaaring masuri sa pamamagitan ng no-load test ay kinabibilangan ng:

• Mahina na insulation sa pagitan ng silicon steel laminations;

• Lokal na short circuits o burn damage sa pagitan ng core laminations;

• Insulation failure sa core-through bolts, steel binding straps, clamping plates, upper yokes, atbp., na nagdudulot ng short circuits;

• Maluwag, misaligned silicon steel sheets o excessive air gaps sa magnetic circuit;

• Multi-point grounding ng core;

• Inter-turn o inter-layer short circuits sa windings, o unequal turns sa parallel branches na nagdudulot ng ampere-turn imbalance;

• Ang paggamit ng high-loss, low-quality silicon steel sheets o errors sa design calculations.

11.Short-Circuit Test

Ang pagsubok sa short-circuit pangunahin ay nagmamasid ng pagkawala sa short-circuit at impedansya. Ito ay isinasagawa sa panahon ng komisyon para i-verify ang tama ng struktura ng winding, at pagkatapos ng pagpapalit ng winding upang suriin ang malaking pagbabago mula sa mga resulta ng naunang pagsusulit.

Ang pinagmulan ng lakas para sa pagsusulit ay maaaring tatlong-phase o single-phase, na ipinapadala sa high-voltage side habang ang low-voltage side ay naka-short-circuit. Sa panahon ng pagsusulit, ang kuryente sa high-voltage side ay itinataas hanggang sa rated value, at ang kuryente sa low-voltage side ay pinapamahalaan upang manatili sa rated current.

12.Pag-handle ng Abnormal na Kalagayan ng Dry-Type Transformers

12.1 Abnormal na Ingay ng Transformer

• Mechanical noise dahil sa:

• Maluwag na core clamping bolts;

• Deformation ng core corners dahil sa hindi maayos na pag-handle sa panahon ng transport o installation;

• Kabaliwan na nag-uugnay sa bahagi ng core;

• Maluwag na fan mounting screws o kabaliwan sa loob ng fan;

• Maluwag na enclosure mounting screws na nagdudulot ng pagbibigwas ng panel at ingay;

• Maluwag na low-voltage busbar fixing screws o kakulangan ng flexible connections, na nagdudulot ng pagbibigwas at ingay.

• Sobrang mataas na input supply voltage na nagdudulot ng over-excitation at mas malakas na humming noise.

• Ingay mula sa high-order harmonics: irregular sa pattern—nagbabago ang volume at intermitently present. Pangunahing sanhi ng harmonic-generating equipment (hal. electric furnaces, thyristor rectifiers) sa supply o load side na nagpapadala ng harmonics pabalik sa transformer.

• Pangkapaligiran: maliit na silid ng transformer na may smooth walls na nagdudulot ng resonant "speaker box" effect, na nagpapalakas sa napapansin na ingay.

12.2 Abnormal na Pagsipon ng Temperatura

• Sensor na hindi inilagay sa socket sa likod ng unit ng pagsipon ng temperatura—nagliliwanag ang fault indicator light;

• Maluwag na koneksyon sa sensor plug na nagdudulot ng pagtaas ng resistance, na nagdudulot ng mali na mataas na pagsipon ng temperatura;

• Walang katapusang pagsipon ng temperatura sa isang phase na nagpapahiwatig ng open circuit sa platinum resistance wire ng sensor;

• Abnormally mataas na pagsipon sa isang phase na nagpapahiwatig na ang platinum resistor ay nasa partially broken (intermittent) state.

Ang isang transformer ay gumagana batay sa prinsipyong electromagnetic induction. Ang pangunahing komponente ng isang transformer ay ang windings at ang core. Sa panahon ng operasyon, ang windings ay nagbibigay daan para sa electric current, habang ang core ay nagbibigay daan para sa magnetic flux. Kapag ang electrical energy ay inilapat sa primary winding, ang alternating current ay lumilikha ng alternating magnetic field sa core (i.e., ang electrical energy ay nakokonberte sa magnetic field energy). Dahil sa magnetic linkage (flux linkage), ang magnetic flux na lumalampas sa secondary winding ay patuloy na nagbabago, na nagreresulta sa induksiyon ng electromotive force (EMF) sa secondary winding. Kapag ang external circuit ay konektado, ang electrical energy ay inililipat sa load (i.e., ang magnetic field energy ay nakokonberte pabalik sa electrical energy). Ang proseso ng "electricity–magnetism–electricity" conversion ay isinasagawa batay sa prinsipyong electromagnetic induction, at ang prosesong ito ng konwersyon ng enerhiya ang bumubuo sa working principle ng isang transformer.