SCB & SGB сушеструани трансформатори објаснети

1. Вовед

Трансформатор работи според принципот на електромагнетната индукција. Главните компоненти на трансформаторот се витките и јадрото. Во време на работа, витките служат како пат за електричниот струја, додека јадрото служи како пат за магнетниот поток. Кога се внесува електрична енергија во главната витка, алтернативниот струја создава алтернативно магнетно поле во јадрото (т.е. електричната енергија се претвора во енергија на магнетното поле). Збогу магнетната поврзаност (магнетна поврзаност), магнетниот поток кој минува низ вторичната витка непрекинато се менува, што генерира електродвижење (ЕД) во вторичната витка. Кога е поврзана екстерна кружница, електричната енергија се доставува до оптера (т.е. енергијата на магнетното поле се враќа во електрична енергија). Овој процес на „електричество-магнетизам-електричество“ се реализира според принципот на електромагнетната индукција, и овој процес на претворба на енергија чини основниот принцип на работа на трансформаторот.

U1N2 = U2N1

U1: Главна напонска вредност；N1: Број на виткови на главната витка；U2: Напонска вредност на вторичната витка；N2: Број на виткови на вторичната витка

Според кинескиот национален стандард GB 1094.16, сув трансформатор е дефиниран како трансформатор чие јадро и витки не се потопени во изолативна течност. Неговата изолативна и хладнеца средина е воздух. Широко земено, сувите трансформатори можат да се поделат на две главни типови: капсулирани и отворено намотани.

• „SC(B)“ тип се однесува на епоксидно-резински капсулиран сув трансформатор (буквата „B“ во обележувањето на моделот значи дека витките се направени од медна фолија; буквата „B“ во „SG(B)“ има иста значење). Високонапонската витка е целосно капсулирана со епоксидна резина, додека нисконапонската витка обично не е целосно леена со епоксидна резина - само крајните виткови се запечатени со епоксидна резина (овој поступок е и затоа што нисконапонската страна носи повеќе струја, а целосното леење би негативно влијаало на отстраниувањето на топлина). Momentalno, SC(B)-типовите суви трансформатори се главни производи на пазарот, и оваа статија ги користи како пример за анализа. Повеќето SC(B)-типови трансформатори имаат класа F изолација, со неколку модели со класа H.

• „SG(B)“ тип е отворено намотан сув трансформатор кој користи NOMEX изолативна хартија од DuPont (САД) за изолација меѓу витковите. Нисконапонската витка е направена од медна фолија, а и високонапонската и нисконапонската витка подлегуваат VPI (изолација со вакуумска притисна импрегнација). Површината е покрivenа со слој епоксидна изолативна лака. Повеќето SG(B)-типови суви трансформатори имаат класа H изолација, со неколку модели со класа C.

• Постои уште еден тип сув трансформатор, означен како „SCR(B)“, кој е капсулиран тип, но не е леен со епоксидна резина. Тој е целосно капсулиран со NOMEX хартија и силиконско геле, базиран на француска технологија. Овој производ има многу ограничена потреба на пазарот. Сите SCR(B)-типови суви трансформатори имаат класа H изолација.

2 Предности на суви трансформатори

• Сигурни, пламенобранителни, противопожарни, експлозивно безбедни, без загадување и можат да се инсталираат директно во центарот на оптера;

• Без одржување, со ниски оперативни трошоци;

• Отлична водонепроникливост - можат да работат нормално при 100% влажност и можат да се реенергираат без предварително сушење по исключување;

• Ниски губитоци, ниски парцијални испуштања, ниски шумови, силна хладнеца и способност да работат на 150% од номиналната оптера при услови на притисна хладнеца;

• Опремени со целостен систем за температурска заштита и контрола, што дава надежна гаранција за безбедна работа;

• Компатна големина, лесна маса, мал терен и ниски трошоци за инсталација.

3. Недостатоци на суви трансформатори

• При иста капацитет и напонска класа, сувите трансформатори се подразбираат да се скапи од маслени трансформатори;

• Напонската класа е ограничена - обично до 35 kV, со само неколку модели кои достигнуваат 110 kV;

• Обично се користат во затворено пространство; кога се користат надвор, потребна е заштитна капсула со висок степен на заштита од проникнување (IP);

• За леените витки со епоксидна резина, ако се повредат, често треба да се одбијат целосно, бидејќи поправката обично е тешка.

4. Структура на суви трансформатори

4.1 Витки
(1) Слоевита намотка: Изработена од наслаaganje ravni ili okruglih vodilaca i njihovo namotavanje u helikoidalnom obliku kako bi se formirale više slojeva. Između slojeva su postavljeni izolatori ili ventilacioni kanali. Namotka se lepi i stakne pod vakuumom koristeći kalup i specijalnu opremu za lepljenje. Postupak: helikoidalna namotka slojevito → postavljanje u kalup → vakuumsko lepljenje.

(2) Folija namotka: Izrađena od vitanja tanke, šire vodilice, sa jednim zavojem po sloju. Međuslojna izolacija takođe služi kao izolacija između zavoja. Folija namotka obično koristi osnovne hladne kanale: prilikom namotavanja, međuzavojne trake se unose na određene pozicije zavoja i kasnije se uklanjaju kako bi se formirali osnovni vazdušni kanali. Nakon namotavanja na mašini za foliju, samo je potrebno zagrijati i staknuti - nije potreban kalup ni lepljenje.

Зошто се високонапонското намотување поставува во највнатрешкиот слој, а низконапонското намотување во најнадворешкиот слој?
Бидејќи низконапонскиот дел работи при помал напон и бара помала изолација, неговата поставка поблиску до језглото го намалува растојанието меѓу намотувањето и језглото, што го намалува целосниот големина и цената на трансформаторот. Поминувајќи на тоа, високонапонското намотување обично има поврзни точки; неговата поставка надвор прави операцијата подобро и посигурна.

4.2 Језгло

• Конструирано од ставање на повеќе ламинации од силитум кој е покрит со изолативна боја;

• Језглото е притиснуваано главно со рамки за притиснување и болци за притиснување;

• Горните и долните рамки за притиснување компресираат језглото и намотувањата преку чевли или плочи за врзување;

• Изолативни компоненти на језглото вклучуваат изолација на рамката, изолација на болците или изолација на плочите за врзување.

Зошто мора да биде земела језглото?
Токму во нормална работа, језглото на трансформаторот мора да има една и само една сигурна точка на земла. Без землење, би се развило плавајување на напон меѓу језглото и земјата, што би довело до интермитентни спреци на напон од језглото кон земјата. Землењето на језглото на една точка елиминира можността за плавајување потенцијал.

Меѓутоа, ако језглото е земено на две или повеќе точки, неравномерни потенцијали меѓу деловите на језглото би предизвикале циркулација на стројеви меѓу точките на землење, што би довело до многуточечни грешки на землење и локализирано прекумурање. Таквите грешки на землење на језглото можат да предизвикаат сериозно локално температурно повишување, со можност да се активираат заштитни скокови. Во екстремни случаи, топлени места на језглото создаваат кратки поврзни линии меѓу ламинациите, значително го зголемуваат губитокот на језглото и сериозно го влијаат на перформансата и функционирањето на трансформаторот—понекогаш потребно е замена на ламинациите од силитум за поправка. Затоа, трансформаторите не смее да имаат многуточечни землиња; дозволено е само едно и точно едно землење.

5. Систем за контрола на температурата

Сигурната работа и животниот век на сув трансформатор во голема мера зависат од сигурноста и надежноста на изолацијата на намотувањата. Ако температурата на намотувањата надмине термичката ограничена температура на изолацијата, изолацијата ќе биде повредена—овој е еден од главните причини за нефункционирање на трансформаторот. Затоа, мониторингот на работната температура и примената на аларми и скокови се критички важни.

(1) Автоматско контролирање на вентилаторите: Температурните сигнални се мере со Pt100 резистивни температурни детектори вградени во најтоплиот дел на низконапонското намотување. Со зголемување на оптерењето на трансформаторот и повишување на работната температура, системот автоматски започнува охладувачките вентилатори кога температурата на намотувањето достигне 110°C, и ги спира кога температурата се понизи до 90°C.

(2) Аларма за висока температура и скок поради прекумурање: Температурните сигнални од намотувањата или језглото се собираат со PTC нелинеарни термистори вградени во низконапонското намотување. Ако температурата на намотувањето продолжи да се повисува и достигне 155°C, системот испушта алармен сигнал за прекумурање. Ако температурата се повиси до 170°C, трансформаторот веќе не може да работи сигурно, и мора да се испрати сигнал за прекумурање на вторичната заштитна кола.

(3) Систем за приказ на температурата: Вредностите на температурата се мере со Pt100 термистори вградени во низконапонското намотување и директно прикажуваат температурата на секое фазно намотување (со мониторинг на три фази, приказ на максимална вредност и запис на историскиот максимален температурен висок). Системот дава аналого излез од 4–20 mA за највисоката температура. Ако е потребно да се пренесе на компјутер на растојание до 1200 метри, може да се опреми со компјутерски интерфејс и еден преносник, што овозможува истовремен мониторинг на до 31 трансформатори. Сигналот од Pt100 термисторите исто така може да активира аларми и скокови поради прекумурање, што дополнително го зголемува надежноста на системот за заштита од температура.

6. Кожух на сув трансформатор

Во зависност од карактеристиките на работната средина и барањата за заштита, сувите трансформатори можат да се опремат со различни типови на кожухи. Обично се избира кожух со класификација IP20, кој ги пречува телесни предмети со пречник поголем од 12 мм и малите животни како што се мишја, змии, мачки и птици да влегат во трансформаторот, што ги избегнува сериозни грешки како што се кратки поврзни линии и прекинување на струјата, и овозможува безбедносен барьер за живи делови.

Ако трансформаторот мора да се инсталира надвор, може да се користи кожух со класификација IP23. Освен заштитата која ја пружа IP20, тој исто така ги пречува капчиците вода кои падаат под агол до 60° од вертикалната насока. Меѓутоа, кожухот IP23 го намалува охладувачкиот капацитет на трансформаторот, затоа треба да се внимава на намалување на работниот капацитет соодветно кога се избира овој тип на кожух.

7. Методи на хлаѓање на сувите трансформатори

Сувите трансформатори користат два метода на хлаѓање: природно ваздушно хлаѓање (AN) и силувано ваздушно хлаѓање (AF).

При природно ваздушно хлаѓање, трансформаторот може да работи непрекинато на својата номинална капацитет за долг период.

При силувано ваздушно хлаѓање, излезната капацитет на трансформаторот може да се зголеми за 50%, што го прави соодветен за интермитентни прекомерни наглас или емергенцијски прекомерни наглас. Меѓутоа, при прекомерни наглас, губитоците од наглас и импедансната напон претставуваат значително зголемување, што резултира во неекономична работа; затоа, длабоко непрекинато прекомерно наглас треба да се избегнува.

8. Тестирачки предмети за сувите трансформатори

• Мерење на DC отпорност на виткавите:
  Проверува качеството на сварката на внатрешните проводници, контактната состојба помеѓу тап чангери и леди, и дали фазните отпорности се небалансирани. Обично, нембалансот на отпорност меѓу линии не треба да надмине 2%, а нембалансот меѓу фази не треба да надмине 4%. Прекумерен нембаланс на DC отпорност може да предизвика циркуларни струи меѓу три фази, што ја зголемува губитокот од циркуларните струи и доведува до нежелени ефекти како прекумерно загревање на трансформаторот.

• Проверка на односот на напони на сите тап позиции:
  Верификува дали бројот на виткаци е точен и дали сите тап конексии се правилно поврзани. Кога се применува 1000 В на високонапонската страна (и неговите различни тапи), проверете дали трансформаторот излегува приближно 400 В на нисконапонската страна.

• Проверка на групата на поврзување на трифазните виткави и поларитет.

• Мерење на изолационата отпорност на изолираните фиксирачки елементи на жежето и самото жеже.

• Мерење на изолационата отпорност на виткавите:
  Оценува нивото на изолација помеѓу високонапонските, нисконапонските виткави, и земјата. Обично, се користи мегометар од 2500 В, и измерените вредности на изолационата отпорност (HV–LV, HV–земја, LV–земја) мораат да надминат определените стандардни вредности.

• Тест на AC издржливост на напон за виткавите:
  Оценува главната изолационата сила помеѓу HV, LV, и земјата преку тест на диелектрична издржливост. Овој тест е одлучувачки во детекцијата на локализирани дефекти воведени при производството. За сувите трансформатори, типичните тест напони се: 35 кВ за 10 кВ виткави и 3 кВ за 0.4 кВ виткави, секое применено за 1 минута без разаривање за да се смета приемливо.

• Пребарување и тест на взаемно спојување за прекинувачите на сите страни на трансформаторот:
  Верификува надежноста на операциите на заштитни релеа и потврдува дека превклучувачката опрема е целосна и без дефекти.

9. Импулсни превклучување (Импулсни наглас) тест

(1) Кога се одсечува ненагласен трансформатор, може да се појави превклучувачки наднапон. Во системите со неврзеан neutral или neutral врзеан преку аркусечкиот колец, големината на наднапонот може да достигне 4–4.5 пати фазниот напон; во системи со директно врзеан neutral, може да достигне до 3 пати фазниот напон. За да се верификува дали изолацијата на трансформаторот може да издржи полн напон или превклучувачки наднапон, потребен е импулсни тест.

(2) Енергирањето на ненагласен трансформатор произведува магнетизиращ импулсни наглас, кој може да достигне 6–8 пати номиналната струја. Импулсни наглас брзо се намалува на почетокот - обично се намалува на 0.25–0.5 пати номиналната струја во 0.5–1 секунда - но полното намалување може да потрае многу подолго, до неколку десетици секунди за големи капацитетни трансформатори. Због големих електромагнетских силите генериран со импулсни наглас, импулсниот тест се извршува за оценка на механичката сила на трансформаторот и за оценка дали заштитни релеа можат да мала функционираат во раната фаза на намалување на импулсни наглас.
Обично, ново инсталирани трансформатори подлежат на 5 импулсни тестови, додека ремонтирани трансформатори подлежат на 3 импулсни тестови.

10. Тест без наглас

Целта на тестот без наглас е:

• Да се измерат губитокот без наглас и струјата без наглас на трансформаторот;

• Да се верификува дали дизајнот и производството на жежето се во согласност со техничките спецификации и стандарди;

• Да се детектираат дефекти на жежето како локално прекумерно загревање или слаба локална изолација.

При тестот, високонапонската страна е отворена, а номиналниот напон се применува на нисконапонската страна. Губитокот без наглас е главно губиток на жеже (железо).

Дефекти детектабилни преку тест без наглас вклучуваат:

• Слаба изолација помеѓу ламинациите на силиконска желе;

• Локални кратки поврзувања или штета од горење помеѓу ламинациите на жежето;

• Изолациони дефекти на болците кои минуваат низ жежето, челичните врзници, клипсите, горниот јок, итн., што предизвикуваат кратки поврзувања;

• Раздвојени, неправилно поређани листи на силиконско железо или прекумерни воздушни простори во магнетната путања;

• Многопунктно земјиште на жежето;

• Кратки поврзувања помеѓу виткави или слоеви, или нееднакви броеви на виткаци во паралелни гранки што предизвикуваат нембаланс на ампервиткачи;

• Користење на високогубиточни, низоквалитетни листи на силиконско железо или грешки во дизајнските пресметки.

11. Тест на кратки поврзувања

Испитот за кратко поврзување вистински мери губитоци од кратко поврзување и импеданса. Се извршува при воведувањето во експлоатација за да се провери точноста на структурата на намотките, и по замена на намотките за да се проверат значителните одклонувања од претходните резултати на испит.

Напонот за испит може да биде трифазен или једнофазен, применет на високонапонската страна, додека низконапонската страна е кратко поврзана. Токот на високонапонската страна се подигнува до номиналната вредност, а токот на низконапонската страна се контролира да остане на номинален ток.

12. Обработка на несвојствени услови на трансформаторите со сув обмотки

12.1 Несвојствени шумови на трансформаторот

• Механички шум поради:

• Лозни фиксирачки болци;

• Деформација на аглите на жернето поради неправилна третмана при превоз или инсталација;

• Страна материја која поврзува делови од жернето;

• Лозни болци за монтажа на вентилатор или страна материја во вентилаторот;

• Лозни болци за монтажа на каркаса што предизвикува вибрации и шум;

• Лозни болци за фиксирање на низконапонската магистрала или недостаток на флексибилни врски, што предизвикува вибрации и шум.

• Прекумерно висок напон на входот што предизвикува прекумерна екситација и поголем зумбалиш.

• Шум од високи хармоници: нерегуларен по модел—променлив во волумен и интермитентно присутен. Главно предизвикан од уреди што генерираат хармонии (на пример, електрични печи, тиристорни правоугулачи) на страната на напон или оптерање што ги враќаат хармониите обратно во трансформаторот.

• Екологиски фактори: малата соба за трансформатор со гладки стени создава резонантен „бокс“ ефект, што го амплифицира перцептираната шум.

12.2 Несвојствено прикажување на температурата

• Сензорот не е вметнат во сокетот на задната страна на единицата за прикажување на температурата—индикаторот за грешка светлува;

• Лозна врска на плугот на сензорот зголемува отпор, што предизвикува лажно висока читања на температурата;

• Бескрајно читање на температурата на една фаза указува на прекинување во платинската резистивна нишка на сензорот;

• Аномално високо читање на една фаза указува дека платинскиот резистор е во делично прекинат (интермитентен) состојба.

Трансформаторот функционира според принципот на електромагнетна индукција. Главните компоненти на трансформаторот се намотките и жернето. Во време на работа, намотките служат како пат за електричниот ток, додека жернето служи како пат за магнетниот поток. Кога се внесува електрична енергија во основната намотка, алтернативниот ток создава алтернативно магнетно поле во жернето (тоест, електричната енергија се конвертира во енергија на магнетното поле). Збогувајќи на магнетна врска (магнетен поток), магнетниот поток што минува низ вторичната намотка непрекинато се менува, што индуцира електродвижечки потенцијал (ЕДП) во вторичната намотка. Кога е врзана надворешна кола, електричната енергија се доставува на оптерањето (тоест, енергијата на магнетното поле се конвертира обратно во електрична енергија). Овој процес на конверзија „електричество–магнетизам–електричество“ се реализира според принципот на електромагнетна индукција, и овој процес на конверзија на енергија составува работен принцип на трансформаторот.