Penjelasan tentang Transformator Kering SCB & SGB

1. Pengenalan

Pengubahsuaian beroperasi berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Komponen utama pengubahsuaian adalah pembungkusan dan inti. Semasa operasi, pembungkusan bertindak sebagai laluan untuk arus elektrik, manakala inti bertindak sebagai laluan untuk fluks magnet. Apabila tenaga elektrik dimasukkan ke dalam pembungkusan primer, arus bolak-balik mencipta medan magnet yang berbolak-balik di dalam inti (i.e., tenaga elektrik ditukar menjadi tenaga medan magnet). Berkat hubungan magnetik (hubungan fluks), fluks magnet yang melalui pembungkusan sekunder berubah secara berterusan, dengan itu menghasilkan daya gerak elektrik (EMF) di dalam pembungkusan sekunder. Apabila litar luar disambungkan, tenaga elektrik disampaikan kepada beban (i.e., tenaga medan magnet ditukar semula menjadi tenaga elektrik). Proses "elektrik–magnet–elektrik" ini direalisasikan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dan proses pertukaran tenaga ini membentuk prinsip kerja pengubahsuaian.

U1N2 = U2N1

U1: Voltan Primer；N1: Jumlah Putaran Pembungkusan Primer；U2: Voltan Sekunder；N2: Jumlah Putaran Pembungkusan Sekunder

Berdasarkan piawai nasional China GB 1094.16, pengubahsuaian kering didefinisikan dengan jelas sebagai pengubahsuaian yang inti dan pembungkusannya tidak terendam dalam cecair isolasi. Medium isolasi dan penyejukannya adalah udara. Secara umumnya, pengubahsuaian kering boleh dibahagikan kepada dua jenis utama: tertutup dan terbuka.

• Jenis "SC(B)" merujuk kepada pengubahsuaian kering yang dicetak dengan resin epoksi (huruf "B" dalam penunjukan model menunjukkan bahawa pembungkusan dibuat daripada foil tembaga; "B" dalam "SG(B)" mempunyai maksud yang sama). Pembungkusan voltan tinggi sepenuhnya dicetak dengan resin epoksi, manakala pembungkusan voltan rendah biasanya tidak sepenuhnya dicetak dengan resin epoksi—hanya putaran akhir yang disegel dengan resin epoksi (ini juga kerana sisi voltan rendah membawa arus yang lebih tinggi, dan pencetakan penuh akan memberi kesan negatif pada penyejukan). Kini, pengubahsuaian kering jenis SC(B) merupakan produk utama di pasaran, dan artikel ini menggunakan mereka sebagai contoh untuk analisis. Kebanyakan pengubahsuaian jenis SC(B) mempunyai insulasi Kelas F, dengan beberapa diberi peringkat Kelas H.

• Jenis "SG(B)" adalah pengubahsuaian kering yang terbuka yang menggunakan kertas isolasi NOMEX dari DuPont (AS) untuk isolasi antara putaran. Pembungkusan voltan rendah dibuat daripada foil tembaga, dan kedua-dua pembungkusan voltan tinggi dan rendah menjalani rawatan isolasi VPI (Vacuum Pressure Impregnation). Permukaannya dilapisi dengan lapisan varnis isolasi epoksi. Kebanyakan pengubahsuaian kering jenis SG(B) mempunyai insulasi Kelas H, dengan beberapa diberi peringkat Kelas C.

• Terdapat satu lagi jenis pengubahsuaian kering, dikenali sebagai "SCR(B)", yang merupakan jenis tertutup tetapi tidak dicetak dengan resin epoksi. Ia sepenuhnya tertutup menggunakan kertas NOMEX dan gel silikon, berdasarkan teknologi Perancis. Produk ini mempunyai permintaan pasaran yang sangat terhad. Semua pengubahsuaian kering jenis SCR(B) mempunyai insulasi Kelas H.

2 Kelebihan Pengubahsuaian Kering

• Selamat, tahan api, tahan api, tahan letupan, tidak mencemarkan, dan boleh dipasang secara langsung di pusat beban;

• Tanpa pemeliharaan, dengan kos operasi keseluruhan yang rendah;

• Kekuatan tahan air yang baik—boleh beroperasi secara normal di bawah kelembapan 100% dan boleh dihidupkan semula tanpa pengeringan pra-sebelumnya selepas dimatikan;

• Kehilangan rendah, pelepasan separa rendah, hingar rendah, penyejukan yang kuat, dan mampu beroperasi pada 150% beban dinamakan di bawah keadaan penyejukan angin paksa;

• Dilengkapi dengan sistem perlindungan dan kawalan suhu yang lengkap, menyediakan jaminan yang dapat dipercayai untuk operasi selamat;

• Saiz kompak, berat ringan, ruang tapak kecil, dan kos pemasangan rendah.

3. Kelemahan Pengubahsuaian Kering

• Untuk kapasiti dan peringkat voltan yang sama, pengubahsuaian kering lebih mahal daripada pengubahsuaian yang terendam dalam minyak;

• Peringkat voltan terhad—biasanya hingga 35 kV, dengan hanya sedikit model yang mencapai 110 kV;

• Secara umumnya digunakan di dalam bangunan; apabila digunakan di luar, enklosur pelindung dengan peringkat perlindungan masuk (IP) yang tinggi diperlukan;

• Untuk pembungkusan yang dicetak dengan resin, jika rusak, sering kali perlu dibuang sepenuhnya, kerana perbaikan biasanya sukar.

4. Struktur Pengubahsuaian Kering

4.1 Pembungkusan
(1) Pembungkusan bertingkat: Dibuat dengan menumpuk konduktor datar atau bulat dan menggulungnya dalam corak helikal untuk membentuk beberapa tingkat. Isolasi atau saluran ventilasi diletakkan di antara tingkat. Pembungkusan dicetak dan diseimbangkan di bawah vakum menggunakan cetakan dan peralatan pencetakan khusus. Proses: gulungan helikal bertingkat → diletakkan ke dalam cetakan → pencetakan vakum.

(2) Pembungkusan foil: Dibuat dengan menggulung konduktor tipis dan lebar, dengan satu putaran per tingkat. Isolasi antara tingkat juga bertindak sebagai isolasi antara putaran. Pembungkusan foil biasanya menggunakan saluran penyejukan aksial: semasa penggulungan, jalur pemisah dimasukkan pada posisi putaran yang ditentukan dan kemudian dikeluarkan untuk membentuk saluran udara aksial. Setelah digulung pada mesin penggulung foil, koil hanya perlu dipanaskan dan diseimbangkan—tidak diperlukan cetakan atau pencetakan.

Mengapa gulungan tegangan tinggi diletakkan pada lapisan luar dan gulungan tegangan rendah pada lapisan dalam?
Kerana sisi tegangan rendah beroperasi pada tegangan yang lebih rendah dan memerlukan jarak isolasi yang lebih kecil, meletakkannya lebih dekat dengan inti mengurangi jarak antara gulungan dan inti, sehingga mengurangi ukuran keseluruhan transformator dan kos. Selain itu, gulungan tegangan tinggi biasanya mempunyai sambungan tap; meletakkannya di luar membuat operasi lebih mudah dan selamat.

4.2 Inti

• Dibina dengan menumpuk pelbagai lembaran besi silikon yang dilapisi dengan vernis isolasi;

• Inti dipencet utamanya oleh rangka pencet dan baut pencet;

• Rangka pencet atas dan bawah mencekik inti dan gulungan melalui batang penghubung atau plat penghubung;

• Komponen isolasi inti termasuk isolasi rangka, isolasi baut, atau isolasi plat penghubung.

Mengapa inti harus di-ground?
Semasa operasi normal, inti transformator harus mempunyai satu dan hanya satu titik ground yang boleh dipercayai. Tanpa grounding, voltan mengambang akan berkembang antara inti dan ground, menyebabkan pemutusan sela-sela dari inti ke ground. Meng-ground inti pada satu titik menghapuskan kemungkinan voltan mengambang. 

Namun, jika inti di-ground pada dua atau lebih titik, potensial tidak seimbang antara bahagian inti akan menyebabkan arus edar antara titik-titik grounding, mengakibatkan kerosakan grounding multi-titik dan pemanasan tempatan. Kerosakan grounding inti seperti ini boleh menyebabkan peningkatan suhu tempatan yang serius, mungkin memicu trip perlindungan. Dalam kes ekstrem, tempat yang meleleh pada inti mencipta sambungan pendek antara lembaran, meningkatkan kerugian inti secara signifikan dan memberi kesan serius kepada prestasi dan operasi transformator—kadang-kadang memerlukan penggantian lembaran besi silikon untuk perbaikan. Oleh itu, transformator tidak boleh mempunyai titik grounding berbilang; hanya satu dan tepat satu titik grounding sahaja yang dibenarkan.

5. Sistem Kawalan Suhu

Operasi selamat dan umur simpan transformator tipe kering sangat bergantung pada keselamatan dan kebolehpercayaan isolasi gulungan. Jika suhu gulungan melebihi had tahan panas isolasi, isolasi akan rosak—ini adalah salah satu sebab utama kerosakan transformator. Oleh itu, pemantauan suhu operasi dan pelaksanaan kawalan alarm dan trip sangat penting.

(1) Kawalan kipas automatik: Isyarat suhu diukur oleh detektor suhu rintangan Pt100 yang tertanam di bahagian paling panas dari gulungan tegangan rendah. Apabila beban transformator meningkat dan suhu operasi naik, sistem secara automatik memulakan kipas pendingin apabila suhu gulungan mencapai 110°C, dan menghentikannya apabila suhu turun hingga 90°C.

(2) Alarm suhu tinggi dan trip suhu terlalu tinggi: Isyarat suhu dari gulungan atau inti dikumpulkan oleh termistor nonlinear PTC yang tertanam di gulungan tegangan rendah. Jika suhu gulungan terus meningkat dan mencapai 155°C, sistem mengeluarkan isyarat alarm suhu terlalu tinggi. Jika suhu meningkat lagi hingga 170°C, transformator tidak dapat beroperasi dengan selamat, dan isyarat trip suhu terlalu tinggi harus dikirim ke litar perlindungan sekunder.

(3) Sistem paparan suhu: Nilai suhu diukur oleh termistor Pt100 yang tertanam di gulungan tegangan rendah dan menunjukkan suhu setiap fasa gulungan (dengan pemantauan tiga fasa, paparan nilai maksimum, dan rekod suhu puncak sejarah). Sistem menyediakan output analog 4–20 mA untuk suhu tertinggi. Jika transmisi jauh ke komputer diperlukan (hingga 1200 meter), ia boleh dilengkapi dengan antara muka komputer dan satu pemancar, membolehkan pemantauan serentak hingga 31 transformator. Isyarat termistor Pt100 juga boleh memicu alarm dan trip suhu terlalu tinggi, meningkatkan kebolehpercayaan sistem perlindungan suhu.

6. Enklosur Transformator Tipe Kering

Bergantung pada ciri-ciri persekitaran operasi dan keperluan perlindungan, transformator tipe kering boleh dilengkapi dengan jenis enklosur yang berbeza. Biasanya, enklosur berperingkat IP20 dipilih, yang mencegah objek asing padat dengan diameter lebih besar daripada 12 mm dan haiwan kecil seperti tikus, ular, kucing, dan burung masuk ke transformator, sehingga mengelakkan kerosakan serius seperti sambungan pendek dan gangguan bekalan elektrik, dan memberikan halangan keselamatan untuk bahagian hidup.

Jika transformator harus dipasang di luar, enklosur berperingkat IP23 boleh digunakan. Selain perlindungan yang ditawarkan oleh IP20, ia juga mencegah titisan air yang jatuh pada sudut hingga 60° dari arah menegak. Namun, enklosur IP23 mengurangkan kapabiliti pendinginan transformator, jadi perhatian harus diberikan kepada derating kapasiti operasinya secara berasingan apabila memilih jenis enklosur ini.

7. Kaedah Pemeluaran Haba Transformator Jenis Kering

Transformator jenis kering menggunakan dua kaedah pemeluaran haba: pemeluaran haba udara semula jadi (AN) dan pemeluaran haba udara dipaksa (AF).

Di bawah pemeluaran haba udara semula jadi, transformator boleh beroperasi secara berterusan pada kapasiti yang ditetapkan untuk tempoh yang lama.

Di bawah pemeluaran haba udara dipaksa, kapasiti output transformator boleh meningkat sebanyak 50%, menjadikannya sesuai untuk operasi beban berlebihan sementara atau keadaan beban berlebihan kecemasan. Walau bagaimanapun, semasa operasi beban berlebihan, kerugian beban dan voltan impedans meningkat dengan ketara, menyebabkan operasi tidak ekonomi; oleh itu, operasi beban berlebihan berterusan yang panjang harus dielakkan.

8. Item Ujian untuk Transformator Jenis Kering

• Pengukuran rintangan DC pelapan:
  Memeriksa kualiti penyambungan penghantar dalaman, keadaan hubungan antara perubahan tap dan utas, dan sama ada rintangan fasa tidak seimbang. Secara umumnya, ketidakseimbangan rintangan antara garisan tidak patut melebihi 2%, dan ketidakseimbangan antara fasa tidak patut melebihi 4%. Ketidakseimbangan rintangan DC yang terlalu tinggi boleh menyebabkan arus sirkulasi di antara tiga fasa, meningkatkan kerugian arus sirkulasi dan membawa kepada kesan yang tidak diingini seperti pemanasan berlebihan transformator.

• Semak nisbah voltan pada semua kedudukan tap:
  Mengesahkan sama ada bilangan putaran adalah betul dan sama ada semua sambungan tap telah disambung dengan betul. Semasa mengaplikasikan 1000 V pada bahagian voltan tinggi (dan tap-tapnya), semak sama ada transformator mengeluarkan kira-kira 400 V pada bahagian voltan rendah.

• Semak kumpulan sambungan pelapan tiga fasa dan polariti.

• Ukur rintangan isolasi pengekod insulasi dan inti sendiri.

• Ukur rintangan isolasi pelapan:
  Mengevaluasi tahap isolasi antara pelapan voltan tinggi, voltan rendah, dan tanah. Biasanya, megohmmeter 2500 V digunakan, dan nilai rintangan isolasi yang diukur (HV–LV, HV–tanah, LV–tanah) mesti melebihi nilai piawai yang ditetapkan.

• Ujian voltan AC tahanan pelapan:
  Mengesahkan kekuatan isolasi utama antara HV, LV, dan tanah melalui ujian ketahanan dielektrik. Ujian ini menentukan dalam mendeteksi cacat tempatan yang diperkenalkan semasa pembuatan. Untuk transformator jenis kering, voltan ujian biasa adalah: 35 kV untuk pelapan 10 kV dan 3 kV untuk pelapan 0.4 kV, setiap satu dikenakan selama 1 minit tanpa kerosakan dianggap dapat diterima.

• Ujian pemindahan dan interlock untuk pemutus litar pada semua sisi transformator:
  Mengesahkan kebolehpercayaan operasi relai perlindungan dan mengesahkan bahawa peralatan pemindahan adalah utuh dan tiada cacat.

9. Ujian Pemindahan Impuls (Inrush)

(1) Semasa memutuskan transformator yang tidak dibebani, tegangan pemindahan mungkin berlaku. Dalam sistem kuasa dengan neutral tidak bergerak atau neutral bergerak melalui koil penekan lengkung, magnitud tegangan berlebihan boleh mencapai 4–4.5 kali voltan fasa; dalam sistem dengan neutral bergerak secara langsung, ia boleh mencapai sehingga 3 kali voltan fasa. Untuk mengesahkan sama ada isolasi transformator boleh menahan voltan penuh atau tegangan pemindahan, ujian impuls diperlukan.

(2) Menyalakan transformator yang tidak dibebani menghasilkan arus inrush magnetisasi, yang boleh mencapai 6–8 kali arus yang ditetapkan. Arus inrush merosot dengan cepat pada awal—biasanya mengurangkan kepada 0.25–0.5 kali arus yang ditetapkan dalam 0.5–1 saat—tetapi rosot penuh mungkin mengambil masa yang lebih lama, sehingga puluhan saat untuk transformator kapasiti besar. Disebabkan oleh daya elektromagnetik yang besar yang dihasilkan oleh arus inrush, ujian impuls dilakukan untuk menilai kekuatan mekanikal transformator dan menilai sama ada relai perlindungan mungkin beroperasi dengan salah semasa fasa awal rosot arus inrush.
Secara umumnya, transformator baru yang dipasang menjalani 5 ujian impuls, manakala transformator yang telah dibaiki menjalani 3 ujian impuls.

10. Ujian Tanpa Beban

Tujuan ujian tanpa beban adalah:

• Untuk mengukur kerugian tanpa beban dan arus tanpa beban transformator;

• Untuk mengesahkan sama ada reka bentuk dan pembuatan inti memenuhi spesifikasi dan piawaian teknikal;

• Untuk mendeteksi cacat inti seperti pemanasan tempatan atau isolasi tempatan yang buruk.

Semasa ujian, sisi voltan tinggi dibuka, dan voltan yang ditetapkan dikenakan pada sisi voltan rendah. Kerugian tanpa beban terutamanya adalah kerugian inti (besi).

Cacat yang boleh didedahkan melalui ujian tanpa beban termasuk:

• Isolasi yang buruk antara lembaran besi silikon;

• Kortim tempatan atau kerosakan bakar antara lembaran inti;

• Kegagalan isolasi pada mur melalui inti, talian baja, plat klip, yoke atas, dll., menyebabkan kortim;

• Lembaran besi silikon yang longgar, tidak sejajar atau jurang udara yang berlebihan dalam litar magnet;

• Penggalian multi-titik inti;

• Kortim antara lilitan atau lapisan, atau putaran yang tidak sama dalam cabang-cabang selari menyebabkan ketidakseimbangan ampere-lilitan;

• Penggunaan lembaran besi silikon yang berkadar rugi tinggi atau kesilapan dalam pengiraan reka bentuk.

11. Ujian Kortim

Ujian hubungan pendek terutamanya mengukur kehilangan hubungan pendek dan rintangan. Ia dijalankan semasa pemasangan untuk mengesahkan betulnya struktur pembungkusan, dan selepas penggantian pembungkusan untuk memeriksa penyimpangan yang signifikan daripada hasil ujian sebelumnya.

Sumber kuasa ujian mungkin tiga fasa atau satu fasa, dikenakan pada sisi voltan tinggi manakala sisi voltan rendah dipendekkan. Semasa ujian, arus sisi voltan tinggi dinaikkan kepada nilai beratnya, dan arus sisi voltan rendah dikawal untuk kekal pada arus berat.

12. Penanganan Keadaan Abnormal Transformator Jenis Kering

12.1 Bunyi Transformator Abnormal

• Bunyi mekanikal disebabkan oleh:

• Bolt pemampatan inti longgar;

• Pemotongan sudut inti akibat penanganan yang tidak tepat semasa pengangkutan atau pemasangan;

• Objek asing yang menghubungkan bahagian-bahagian inti;

• Screw pemasangan kipas longgar atau serpihan asing di dalam kipas;

• Screw pemasangan rangka longgar menyebabkan getaran panel dan bunyi;

• Screw pembaikan busbar voltan rendah longgar atau kurang sambungan fleksibel, menyebabkan getaran dan bunyi.

• Voltan bekalan input yang terlalu tinggi menyebabkan over-excitation dan bunyi mendengung yang lebih keras.

• Bunyi dari harmonik tingkat tinggi: tidak beraturan—berubah dalam volum dan kadang-kadang hadir. Utamanya disebabkan oleh peralatan yang menghasilkan harmonik (contohnya, tungku elektrik, rektifier tiristor) pada sisi bekalan atau beban yang memberikan harmonik kembali ke transformator.

• Faktor persekitaran: bilik transformator yang kecil dengan dinding licin mencipta kesan "speaker box" resonan, meningkatkan bunyi yang dirasakan.

12.2 Pemameran Suhu Abnormal

• Sensor tidak dimasukkan ke soket di belakang unit pemameran suhu—lampu indikator rosak menyala;

• Sambungan longgar pada stopper sensor meningkatkan rintangan, menyebabkan bacaan suhu palsu yang tinggi;

• Bacaan suhu yang tak terhingga pada satu fasa menunjukkan litar terbuka dalam wayar rintangan platinum sensor;

• Bacaan yang sangat tinggi pada satu fasa menunjukkan resistor platinum dalam keadaan separuh putus (intermiten).

Transformator beroperasi berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Komponen utama transformator adalah pembungkusan dan inti. Semasa operasi, pembungkusan bertindak sebagai laluan untuk arus elektrik, manakala inti bertindak sebagai laluan untuk fluks magnet. Apabila tenaga elektrik dimasukkan ke pembungkusan primer, arus bolak-balik mencipta medan magnet bolak-balik dalam inti (iaitu, tenaga elektrik ditukar menjadi tenaga medan magnet). Berdasarkan penghubungan magnet (penghubungan fluks), fluks magnet yang melalui pembungkusan sekunder berubah secara berterusan, seterusnya menginduksi daya gerak elektromagnetik (EMF) dalam pembungkusan sekunder. Apabila litar luar disambungkan, tenaga elektrik dihantar ke beban (i.e., tenaga medan magnet ditukar semula menjadi tenaga elektrik). Proses "elektrik–magnet–elektrik" ini direalisasikan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dan proses pertukaran tenaga ini membentuk prinsip kerja transformator.