Paliwanag sa SCB & SGB Dry-Type Transformers

1. Pagpapakilala

Ang isang transformer ay gumagana batay sa prinsipyo ng elektromagnetikong induksyon. Ang mga pangunahing bahagi 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 nakokonberte sa magnetic field energy). Dahil sa magnetic linkage (flux linkage), ang magnetic flux na dumaan sa secondary winding ay patuloy na nagbabago, kaya nagiging sanhi ng electromotive force (EMF) sa secondary winding. Kapag konektado ang panlabas na sirkwito, ang enerhiyang elektriko ay ipinapadala sa load (o, ang magnetic field energy ay nakokonberte pabalik sa enerhiyang elektriko). Ang prosesong "kuryente-magneto-kuryente" na ito ay nailalarawan batay sa prinsipyo ng elektromagnetikong induksyon, at ang prosesong konwersyon ng enerhiya na ito ang bumubuo sa working principle ng isang transformer.

U1N2 = U2N1

U1: Primary Voltage；N1: Number of Primary Winding Turns；U2: Secondary Voltage；N2: Number of Secondary Winding Turns

Ayon sa Chinese national standard GB 1094.16, ang isang dry-type transformer ay malinaw na tiniyak bilang isang transformer kung saan ang core at windings ay hindi nalilibot 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 mga winding ay gawa sa copper foil; ang "B" sa "SG(B)" ay may parehong kahulugan). Ang high-voltage winding ay buong linalabhan ng epoxy resin, habang ang low-voltage winding ay karaniwang hindi buong linalabhan ng epoxy resin—lamang ang end turns ang linalabhan ng epoxy resin (dahil sa mas mataas na kasalukuyan sa low-voltage side, at ang full casting ay magkaroon ng negatibong epekto sa pagtapon ng init). Sa kasalukuyan, ang SC(B)-type dry-type transformers ay ang mainstream products sa merkado, at ang artikulong ito ay gumagamit nito bilang halimbawa para sa analisis. Karamihan sa mga SC(B)-type transformers ay may Class F insulation, ngunit may ilang iyon na may Class H rating.

• 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 parehong high- at low-voltage windings ay dadaanan ng VPI (Vacuum Pressure Impregnation) insulation treatment. Ang ibabaw ay nilalabhan ng isang layer ng epoxy insulating varnish. Karamihan sa SG(B)-type dry-type transformers ay may Class H insulation, ngunit may ilang iyon na may Class C rating.

• Mayroon pa isang uri ng dry-type transformer, na tinatawag na "SCR(B)", na isang encapsulated type ngunit hindi linalabhan ng epoxy resin. Ito ay buong linalabhan gamit ang NOMEX paper at silicone gel, batay sa French technology. Ang produktong ito ay may napakaliit na demand sa merkado. Lahat ng SCR(B)-type dry-type transformers ay may Class H insulation.

2 Mga Pabor ng Dry-Type Transformers

• Ligtas, flame-retardant, fireproof, explosion-proof, walang kontaminasyon, at maaaring i-install diretso sa load center;

• Walang maintenance, mababa ang overall operating costs;

• Matalino sa moisture resistance—maaaring gumana normal sa 100% humidity at maaaring i-re-energize nang walang pre-drying pagkatapos mapatigil;

• Mababa ang losses, mababa ang partial discharge, mababa ang noise, matibay ang heat dissipation, at maaaring gumana sa 150% ng rated load sa ilalim ng forced-air cooling conditions;

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

• Compact size, light weight, maliit ang footprint, at mababa ang installation cost.

3.Kamalian ng Dry-Type Transformers

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

• Limited ang voltage rating—kadalasang hanggang 35 kV, may ilang 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, kadalasang kailangang itapon ang lahat, dahil ang repair ay karaniwang mahirap.

4. Struktura ng Dry-Type Transformers

4.1 Windings
(1) Layer-type winding: Gawa sa pag-stack ng flat o round conductors at pag-wind sa helical pattern upang lumikha ng maraming layers. Ang insulation o ventilation ducts ay ilalagay sa pagitan ng mga layer. Ang winding ay linalabhan at cured under vacuum gamit ang mold at specialized casting equipment. Process: stacked helical winding → ilalagay sa mold → vacuum casting.

(2) Foil-type winding: Gawa sa pag-wind 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 pagkatapos ay alisin upang lumikha ng axial air channels. Pagkatapos ma-wind sa foil winding machine, ang coil lamang kailangang i-heat at i-cure—walang mold o casting na kailangan.

Saanhi nang malaking kuryente ang nakalagay sa labas at ang maliit na kuryente sa loob?
Dahil ang panig ng mababang kuryente ay gumagana sa mas mababang voltaje at nangangailangan ng mas maliit na insulation clearance, ang paglalapat nito mas malapit sa core ay binabawasan ang layo sa pagitan ng winding at core, samantalang binabawasan din ang kabuuang sukat at gastos ng transformer. Bukod dito, ang high-voltage winding karaniwang may tap connections; ang paglalagay nito sa labas ay nagpapahusay sa operasyon at ligtas.

4.2 Core

• Isinilid mula sa maraming laminations ng silicon steel na napakapat ng insulating varnish;

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

• Ang itaas at ibabaw na clamping frames ay pumipigil sa core at windings sa pamamagitan ng tie rods o tie plates;

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

Bakit kailangan ang core na ma-ground?
Sa normal na operasyon, ang core ng transformer ay dapat magkaroon ng isang at tanging isang maasintado na ground point. Kung walang grounding, ang floating voltage ay maaaring lumitaw sa pagitan ng core at ground, na nagdudulot ng intermittent breakdown discharges mula sa core patungo sa ground. Ang pag-ground ng core sa iisang punto ay natatanggal ang posibilidad ng floating potential. 

Gayunpaman, kung ang core ay na-ground 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 nagresulta sa multi-point grounding faults at localized overheating. Ang ganitong uri ng core grounding faults ay maaaring magdulot ng malubhang local na pagtaas ng temperatura, na maaaring makapag-trigger ng protective tripping. Sa ekstremong kaso, ang melted spots sa core ay lumilikha ng short circuits sa pagitan ng laminations, na lubhang bumabawas sa core losses at malubhang nakakaapekto sa performance at operasyon ng transformer—sa ilang kaso, kailangan ang pagpalit ng silicon steel laminations para sa pagwawasto. Kaya't ang mga transformers ay hindi dapat magkaroon ng maraming grounding points; tanging isang at eksaktong isang grounding point lamang ang pinapayagan.

5.Temperature Control System

Ang ligtas na operasyon at serbisyo ng buhay ng dry-type transformer ay malaki ang kinalaman sa kaligtasan at reliabilidad ng winding insulation. Kung ang temperatura ng winding ay lumampas sa thermal withstand limit ng insulation, ang insulation ay sasira—ito ang isa sa pangunahing dahilan ng pagkasira ng transformer. Kaya't mahalagang bantayan ang operating temperature at ipatupad ang alarm at trip controls.

(1) Automatic fan control: Ang temperature signals ay inimata sa pamamagitan ng Pt100 resistance temperature detectors na inilapat sa pinakamainit na bahagi ng low-voltage winding. Habang tumaas ang load ng transformer at ang operating temperature, ang sistema ay awtomatikong sisimulan ang cooling fans kapag ang temperatura ng winding ay umabot sa 110°C, at titigil nito kapag ang temperatura ay bumaba sa 90°C.

(2) High-temperature alarm and over-temperature trip: Ang temperature signals mula sa windings o core ay inilokal sa pamamagitan ng PTC nonlinear thermistors na inilapat sa low-voltage winding. Kung ang temperatura ng winding ay patuloy na tumaas at umabot sa 155°C, ang sistema ay lalabas ng over-temperature alarm signal. Kung ang temperatura ay paalis pa at umabot sa 170°C, ang transformer ay hindi na ligtas na gumana, at kailangan ng over-temperature trip signal upang ipagbigay alam sa secondary protection circuit.

(3) Temperature display system: Ang temperatura values ay inimata sa pamamagitan ng Pt100 thermistors na inilapat sa low-voltage winding at direktang ipinapakita ang 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 ang remote transmission sa computer ay kinakailangan (hanggang 1200 meters away), maaari itong mailagay ng computer interface at isang transmitter, na nagbibigay-daan sa simultaneous monitoring ng hanggang 31 transformers. Ang Pt100 thermistor signal maaari ring magtrigger ng over-temperature alarms at trips, na nagpapahusay pa sa reliabilidad ng temperature protection system.

6. Enclosure of Dry-Type Transformers

Batay sa katangian ng operating environment at proteksyon requirements, ang dry-type transformers ay maaaring maipagbigay na may iba't ibang uri ng enclosures. Karaniwan, ang IP20-rated enclosure ang pinili, na nagpipigil sa solid foreign objects na mas malaki sa 12 mm sa diameter at maliit na hayop tulad ng daga, ahas, pusa, at langgam mula pumasok sa transformer, na nagbabawas ng severe faults tulad ng short circuits at power outages, at nagbibigay ng safety barrier para sa live parts.

Kung ang transformer ay dapat ilagay sa labas, maaaring gamitin ang IP23-rated enclosure. Kasama sa proteksyon na ibinibigay ng IP20, ito rin ay nagpipigil sa water droplets na tumutubo sa angles hanggang 60° mula sa vertical direction. Gayunpaman, ang IP23 enclosure ay nagbabawas sa cooling capacity ng transformer, kaya dapat ang attention ay ibigay sa derating ng operating capacity nito sa tamang paraan kapag ito ay pinili.

7. Mga Paraan ng Paglamig ng Dry-Type na Transformer

Ang dry-type na transformer ay gumagamit ng dalawang paraan ng paglamig: likas na paglamig gamit ang hangin (AN) at pilit na paglamig gamit ang hangin (AF).

Sa ilalim ng likas na paglamig gamit ang hangin, maaaring magpatuloy ang transformer sa operasyon nito sa buong rated capacity nito nang mahabang panahon.

Sa ilalim ng pilit na paglamig gamit ang hangin, maaaring mapataas ng 50% ang output capacity ng transformer, na angkop para sa pansamantalang overload operation o emergency overload condition. Gayunpaman, sa panahon ng overload operation, malaki ang pagtaas ng load losses at impedance voltage, na nagdudulot ng hindi ekonomikal na operasyon; kaya dapat iwasan ang matagalang patuloy na overload operation.

8. Mga Item sa Pagsusuri para sa Dry-Type na Transformer

• Pagsukat ng DC resistance ng mga winding:
  Sinusuri ang kalidad ng pagwelding ng mga panloob na conductor, ang kondisyon ng contact sa pagitan ng tap changer at mga lead, at kung may imbalance ang phase resistances. Karaniwan, ang linyahan-linyahan na resistance imbalance ay hindi dapat lumampas sa 2%, at ang phase-isang-phase na imbalance ay hindi dapat lumampas sa 4%. Ang labis na DC resistance imbalance ay maaaring magdulot ng circulating currents sa tatlong phase, na tumataas ang circulating current losses at nagdudulot ng di-nais na epekto tulad ng pagkakainit ng transformer.

• Suriin ang voltage ratio sa lahat ng tap position:
  Nagpapatunay kung tama ang bilang ng mga turns at kung maayos na nakakabit ang lahat ng tap connection. Kapag inilapat ang 1000 V sa high-voltage side (at ang iba't ibang taps nito), suriin kung ang transformer ay nag-ooutput ng humigit-kumulang 400 V sa low-voltage side.

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

• Sukatin ang insulation resistance ng core-insulated fasteners at ng mismong core.

• Sukatin ang insulation resistance ng mga winding:
  Binibigyang-pansin ang antas ng insulasyon sa pagitan ng mataas na boltahe, mababang boltahe ng mga winding, at sa lupa. Karaniwan, ginagamit ang 2500 V megohmmeter, at ang nasukat na mga halaga ng insulation resistance (HV–LV, HV–lupa, LV–lupa) ay dapat lumampas sa itinakdang mga standard na halaga.

• AC withstand voltage test ng mga winding:
  Nagtatasa sa pangunahing lakas ng insulasyon sa pagitan ng HV, LV, at lupa sa pamamagitan ng dielectric strength testing. Mahalaga ang pagsusuring ito upang matukoy ang lokal na depekto na idinaragdag sa panahon ng pagmamanupaktura. Para sa dry-type na transformer, karaniwang mga boltahe ng pagsusuri ay: 35 kV para sa 10 kV winding at 3 kV para sa 0.4 kV winding, bawat isa ay inilalapat nang 1 minuto nang walang breakdown upang ituring na katanggap-tanggap.

• Mga switching at interlock test para sa mga circuit breaker sa lahat ng gilid ng transformer:
  Nagpapatunay sa reliability ng mga protective relay operations at nagkokonpirmang buo at walang depekto ang switching equipment.

9. Impulse Switching (Inrush) Test

(1) Kapag pinutol ang isang unloaded na transformer, maaaring mangyari ang switching overvoltage. Sa mga power system na may ungrounded neutral o neutral na grounded sa pamamagitan ng arc-suppression coil, maaaring umabot ang magnitude ng overvoltage sa 4–4.5 beses ang phase voltage; sa mga system na may direktang grounded neutral, maaaring umabot ito sa 3 beses ang phase voltage. Upang mapatunayan kung ang transformer insulation ay kayang tumagal sa buong boltahe o switching overvoltage, kinakailangan ang impulse test.

(2) Ang pagbibigay-boltahe sa isang unloaded na transformer ay nagdudulot ng magnetizing inrush current, na maaaring umabot sa 6–8 beses ang rated current. Mabilis na bumababa ang inrush current sa simula—karaniwang bumababa sa 0.25–0.5 beses ang rated current sa loob ng 0.5–1 segundo—ngunit maaaring tumagal nang mas mahaba ang ganap na pagbaba, hanggang sa sampu-sampung segundo para sa mga transformer na mataas ang kapasidad. Dahil sa malaking electromagnetic forces na dulot ng inrush current, isinasagawa ang impulse test upang suriin ang mekanikal na lakas ng transformer at upang suriin kung maaaring mag-maloperate ang mga protective relay sa maagang yugto ng pagbaba ng inrush current.
Karaniwan, ang mga bagong na-install na transformer ay dumaaran sa 5 impulse test, habang ang mga na-repair na transformer ay dumaaran sa 3 impulse test.

10. No-Load Test

Ang layunin ng no-load test ay:

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

• Upang patunayan kung ang disenyo at paggawa ng core ay sumusunod sa teknikal na mga espesipikasyon at pamantayan;

• Upang matukoy ang mga depekto sa core tulad ng lokal na overheating o mahinang lokal na insulasyon.

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

Ang mga depekto na matutukoy sa pamamagitan ng no-load test ay kinabibilangan ng:

• Mahinang insulasyon sa pagitan ng mga silicon steel laminations;

• Lokal na mga short circuit o nasirang bahagi sa pagitan ng mga core laminations;

• Pagkabigo ng insulasyon sa core-through bolts, bakal na binding straps, clamping plates, upper yokes, atbp., na nagdudulot ng mga short circuit;

• Loose, misaligned na silicon steel sheets o sobrang air gaps sa magnetic circuit;

• Multi-point grounding ng core;

• Inter-turn o inter-layer short circuits sa mga winding, o hindi pantay na bilang ng turns sa parallel branches na nagdudulot ng ampere-turn imbalance;

• Paggamit ng mataas na loss, mababang kalidad na silicon steel sheets o mga pagkakamali sa design calculation.

11. Short-Circuit Test

Ang pagsubok sa maikling-kuryente pangunahing sumusukat ng pagkawala ng enerhiya sa maikling-kuryente at impedansya. Ito ay isinasagawa sa panahon ng komisyoning upang ipapatotoo ang tama na istraktura ng paglililit, at pagkatapos ng pagpapalit ng paglililit upang suriin kung mayroong malubhang pagbabago mula sa mga resulta ng dating pagsusulit.

Ang suplay ng lakas para sa pagsusulit maaaring tatlong-phase o iisang-phase, na ipinapakilos sa mataas na volt side habang ang mababang volt side ay naka-short-circuit. Sa panahon ng pagsusulit, ang kuryente sa mataas na volt side ay itinataas hanggang sa nakatakdang halaga, at ang kuryente sa mababang volt side ay pinapamahalaan upang manatili sa nakatakdang kuryente.

12.Pag-aaddress ng Abnormal na Kondisyon ng mga Dry-Type Transformers

12.1 Abnormal na Ingay ng Transformer

• Mekanikal na ingay dahil sa:

• Maluwag na bulto ng core clamping;

• Deformasyon ng sulok ng core dahil sa hindi mahusay na pamamahala sa transportasyon o instalasyon;

• Dayuhang bagay na nag-uugnay sa bahagi ng core;

• Maluwag na bulto ng pagsasama ng fan o dayuhang basura sa loob ng fan;

• Maluwag na bulto ng pagsasama ng enclosure na nagdudulot ng pagkalat ng panel at ingay;

• Maluwag na bulto ng pagsasama ng mababang-voltage busbar o kulang na flexible na koneksyon, na nagdudulot ng pagkalat at ingay.

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

• Ingay mula sa high-order harmonics: irregular sa pattern—varying sa volume at intermittently present. Pangunahing dahilan ay ang harmonic-generating na kagamitan (halimbawa, electric furnaces, thyristor rectifiers) sa supply o load side na nagbibigay ng harmonics pabalik sa transformer.

• Pangkapaligiran na faktor: maliit na silid ng transformer na may smooth na pader na lumilikha ng resonant "speaker box" effect, na nagpapalakas ng naiintindihan na ingay.

12.2 Abnormal na Pagsiply ng Temperatura

• Sensor na hindi inilapat sa socket sa likod ng unit ng pagsiply ng temperatura—fault indicator light ay nagsisingil;

• Maluwag na koneksyon sa plug ng sensor na nagdudulot ng taas na resistansiya, na nagdudulot ng maliwanag na mataas na pagsiply ng temperatura;

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

• Abnormal na mataas na pagsiply sa isang phase na nagpapahiwatig na ang platinum resistor ay nasa partial na broken (intermittent) state.

Ang isang transformer ay gumagana batay sa prinsipyong electromagnetic induction. Ang pangunahing komponente ng isang transformer ay ang mga paglililit at ang core. Sa panahon ng operasyon, ang mga paglililit ay naglilingkod bilang landas para sa elektrikong kuryente, samantalang ang core ay naglilingkod bilang landas para sa magnetic flux. Kapag ipinasok ang enerhiyang elektriko sa primary winding, ang alternating current ay lumilikha ng alternating magnetic field sa core (i.e., ang enerhiyang elektriko ay inaconvert 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 isinasama ang external circuit, ang enerhiyang elektriko ay ipinadadaloy sa load (i.e., ang magnetic field energy ay inaconvert pabalik sa enerhiyang elektriko). Ang "electricity–magnetism–electricity" conversion process ay isinasagawa batay sa prinsipyong electromagnetic induction, at ang prosesong ito ng konwersyon ng enerhiya ang bumubuo sa working principle ng isang transformer.