Все о защите трансформаторов и схемах защиты трансформаторов

Трансформатор переменного тока (AC) представляет собой устройство, которое изменяет напряжение или ток в электрических цепях с использованием электромагнитной индукции.

Содержание

Трансформатор — это устройство, которое распределяет электрическую энергию от одной цепи к другим цепям, повышая или понижая напряжение. Трансформаторы используются для широкого спектра применений, включая снижение напряжения в традиционных силовых цепях для работы низковольтных устройств, таких как дверные звонки и игрушечные электропоезда, и повышение напряжения электрических генераторов для обеспечения передачи электроэнергии на большие расстояния.

Трансформаторы изменяют напряжение с помощью электромагнитной индукции. Ток генерируется во вторичной катушке по мере того, как линии потока поднимаются и схлопываются в ответ на изменения тока, проходящего через первичную катушку. Вторичное напряжение рассчитывается с использованием соотношения витков: отношения числа витков вторичной катушки к числу витков основной катушки.

Трансформатор переменного тока представляет собой электрическое устройство, которое используется для изменения напряжения в электрических цепях переменного тока (AC). Трансформаторы переменного тока имеют преимущества перед трансформаторами постоянного тока, поскольку их можно повышать или понижать в зависимости от использования, чего нельзя сделать с трансформаторами постоянного тока.

Типы трансформаторов переменного тока

Трансформаторы классифицируются в зависимости от их функции, применения и конструкции. Иногда классификации могут пересекаться — например, трансформатор может быть как трехфазным, так и повышающим трансформатором.

Вот несколько типов трансформаторов:

1. Трансформаторы с повышающей и понижающей функцией: Повышающие трансформаторы преобразуют низкое напряжение (LV) и большой ток на первичной стороне трансформатора в высокое напряжение (HV) и малый ток на вторичной стороне. Понижающие трансформаторы преобразуют высокое напряжение (ВН) и малый ток в низкое напряжение (НН) и большой ток вторичной обмотки.

2. Однофазные и трехфазные трансформаторы: Однофазные трансформаторы менее экономичны, чем трехфазные энергосистемы. Однако, когда пространство ограничено, блок из трех однофазных трансформаторов предпочтительнее одного трехфазного трансформатора, поскольку его легче транспортировать.

3. Трансформаторы для электричества, распределения и КИПиА: Силовые трансформаторы часто используются для увеличения или уменьшения уровня напряжения в сетях передачи. Он наиболее эффективен при полной или почти полной нагрузке; таким образом, он используется в основном при высоких или пиковых нагрузках.

Читайте также:
Типы бревенчатых хижин: круглые бревна против квадратных бревен

Распределительный трансформатор снижает напряжение для распределения между бытовыми или коммерческими потребителями. Он отличается превосходным контролем напряжения и работает 24 часа в сутки при 50% полной нагрузки для оптимальной эффективности.

Измерительные трансформаторы уменьшают большие напряжения и токи до меньших значений, чем могут контролировать обычные приборы.

4. Автотрансформаторы с двумя обмотками: Когда отношение сторон высокого и низкого напряжения больше 2, часто применяют двухобмоточный трансформатор. Использование автотрансформатора более рентабельно, когда отношение сторон высокого и низкого напряжения меньше 2.

5. Трансформаторы с масляным охлаждением и сухие трансформаторы: В эту категорию входит система охлаждения трансформатора. Трансформаторное масло используется для охлаждения трансформаторов с масляным охлаждением. В трансформаторе сухого типа используется воздушное охлаждение.

6. Трансформаторы с воздушным сердечником: Трансформаторы с воздушным сердечником имеют две или более катушек, намотанных на твердый изоляционный материал, или имеют форму изолирующей катушки (т. е. токи, необходимые для радиопередачи) для передачи токов радиочастоты. Трансформаторы с железным сердечником выполняют аналогичные функции в диапазоне звуковых частот.

Типы трансформаторов на основе обмоток

Обмотки трансформатора можно разделить на две категории:

1. Трансформатор с сердечником: Две вертикальные ножки или ветви и горизонтальные части ярма составляют трансформатор сердечникового типа. Магнитопровод универсальный, сердечник прямоугольный. Цилиндрические катушки установлены в обеих конечностях (HV и LV).

2. Трансформатор типа Shell: Основной стержень и два внешних стержня составляют трансформатор оболочечного типа. На среднюю конечность вставляют катушки HV и LV. Имеется двойная магнитная цепь.

3. Трансформатор ягодного типа: Спицы колеса можно увидеть в сердечнике ягодного трансформатора. Трансформатор такого типа находится в заполненных трансформаторным маслом плотно прилегающих баках из листового металла.

Структура трансформатора переменного тока

Сердечник трансформатора представляет собой магнитопровод. Основная и вторичная обмотки позволяют электричеству течь через сердечник. Переменный ток протекает при подаче переменного напряжения на основную обмотку. Переменный ток создает магнитное поле в обмотке, которое колеблется по силе и частоте. Магнитный поток трансформатора колеблется в зависимости от частоты переменного напряжения.

Трансформатор состоит из двух или более катушек, соединенных железным сердечником. Обмотка трансформатора представляет собой изолированный медный провод, намотанный на железный сердечник.

Читайте также:
Сделай сам: как установить дровяную печь

Первичная обмотка трансформатора получает входное напряжение. Основная катушка названа так потому, что находится сверху. Переменное напряжение на первичной обмотке создает переменное магнитное поле. Вторичная катушка получает магнитный поток от железного сердечника. Вторичная сторона трансформатора может использоваться для получения выходного напряжения. Вторичная катушка соответствует основной катушке.

Выходное напряжение определяется соотношением намотки основной и вторичной катушек. Выходное напряжение больше, когда вторичная катушка имеет больше витков, чем основная катушка. Когда вторичная катушка имеет меньше витков, выходное напряжение ниже. Если обе катушки имеют одинаковое количество витков и намотаны проволокой, выходное напряжение будет одинаковым. Основная задача трансформатора заключается в преобразовании переменного напряжения в постоянное. Отношение витков имеет решающее значение для изменения мощности, напряжения и тока. Когда трансформаторы изменяют напряжение или силу тока, обратное значение уменьшается или увеличивается.

Заключение

Трансформаторы бывают разных форм и размеров, чтобы соответствовать различным приложениям. Некоторые трансформаторы достаточно велики, чтобы их можно было использовать с зарядными устройствами, и их часто можно найти на электростанциях или электростанциях. Они служат одной и той же цели независимо от формы и размера: для передачи электроэнергии.

Все о защите трансформаторов и схемах защиты трансформаторов

Схемы защиты трансформатора

Трансформаторы являются одним из наиболее важных и дорогих компонентов любой распределительной системы. Это закрытое статическое устройство, обычно пропитанное маслом, и, следовательно, неисправности, возникающие с ним, ограничены. Но последствия редкой неисправности могут быть очень опасны для трансформатора, а большие сроки ремонта и замены трансформаторов усугубляют ситуацию. Следовательно защита силовых трансформаторов становится очень важным.

Неисправности, возникающие на трансформаторе, в основном делятся на два типа: внешние неисправности и внутренние неисправности, чтобы избежать любой опасности для трансформатора, внешняя неисправность устраняется сложной релейной системой в кратчайшие сроки. Внутренние неисправности в основном связаны с датчиками и измерительными системами. Об этих процессах мы поговорим далее в статье. Прежде чем мы доберемся до этого, важно понять, что существует много типов трансформаторов, и в этой статье мы будем обсуждать в основном силовой трансформатор, который используется в распределительных системах. Вы также можете узнать о работе силового трансформатора, чтобы понять его основы.

Читайте также:
Изоляция из пенопласта: как определить и осмотреть строительную изоляцию из пенопласта

Основные функции защиты, такие как защита от перевозбуждения и защита по температуре, могут распознавать условия, которые в конечном итоге приводят к отказу, но полная защита трансформатора, обеспечиваемая реле и трансформаторами тока, подходит для трансформаторов в критических приложениях.

Итак, в этой статье мы поговорим о самых общие принципы защиты трансформаторов от катастрофических неудач.

Защита трансформатора для различных типов трансформаторов

Система защиты, используемая для силового трансформатора, зависит от категории трансформатора. Таблица ниже показывает, что,

  • Трансформаторы в диапазоне 500 кВА подпадают под категорию (категория I и II), поэтому они защищены предохранителями, но для защиты трансформаторов до 1000 кВА (распределительные трансформаторы на 11 кВ и 33 кВ) обычно используются автоматические выключатели среднего напряжения.
  • Для трансформаторов мощностью 10 МВА и выше, подпадающих под категории III и IV, для их защиты необходимо было использовать дифференциальные реле.

Кроме того, механические реле, такие как Реле Бухгольца, и реле внезапного давления широко применяются для защиты трансформаторов. В дополнение к этим реле часто применяется защита от тепловой перегрузки для продления срока службы трансформатора, а не для обнаружения неисправностей.

Общие типы защиты трансформатора

  1. Защита от перегрева
  2. Защита от сверхтока
  3. Дифференциальная защита трансформатора
  4. Защита от замыкания на землю (ограничено)
  5. Реле Бухгольца (обнаружение газа)
  6. Защита от перегрузки

Защита от перегрева в трансформаторах

Трансформаторы перегреваются из-за перегрузок и условий короткого замыкания. Допустимая перегрузка и соответствующая продолжительность зависят от типа трансформатора и класса изоляции трансформатора.

Более высокие нагрузки могут выдерживаться в течение очень короткого промежутка времени, если это происходит очень долго, это может привести к повреждению изоляции из-за повышение температуры выше предполагаемой максимальной температуры. Температура в маслоохлаждаемом трансформаторе считается максимальной при ее 95°С, выше которой срок службы трансформатора снижается и это оказывает пагубное влияние на изоляцию провода. Вот почему защита от перегрева становится необходимой.

Большие трансформаторы имеют масло или обмотка устройства для измерения температуры, которые измеряют масло или обмотка температуры, как правило, существует два способа измерения, один из которых называется измерение горячих точек а второй называется измерение уровня масла, На изображении ниже показан типичный термометр с блоком контроля температуры от reinhausen, используемый для измерения температуры трансформатора консервативного типа с жидкостной изоляцией.

Читайте также:
Анатомия дымохода и камина » Full Service Chimney™

Термометр с блоком контроля температуры от Reinhausen

В коробке есть стрелочный индикатор что указывает на температура трансформатора (черная стрелка), а красная стрелка указывает уставка сигнализации. Если черная стрелка превысит красную стрелку, устройство активирует сигнал тревоги.

Если мы посмотрим вниз, мы увидим четыре стрелки, с помощью которых мы можем настроить устройство для работы в качестве тревога или отключение или их можно использовать для запускать или останавливать насосы или охлаждающие вентиляторы.

Термометр, установленный на трансформаторе

Как вы можете видеть на картинке, термометр монтируется в верхней части бака трансформатора над сердечником и обмоткой, это сделано потому, что самая высокая температура будет в центре бака из-за сердечника и обмоток. Эта температура известна как верхняя температура масла. Эта температура дает нам оценку Горячая точка Температура сердечника трансформатора. Сегодняшний день волоконно-оптические кабели используются внутри обмотки низкого напряжения для точного измерения температуры трансформатора. Так реализована защита от перегрева.

Защита от перегрузки по току в трансформаторе

Система защиты от перегрузки по току является одной из первых разработанных систем защиты. Система градуированной перегрузки по току была разработана для защиты от условий перегрузки по току. распределительные устройства используют этот метод для обнаружения неисправностей с помощью реле IDMT. то есть реле, имеющие:

  1. Обратная характеристика и
  2. Минимальное время работы.

Возможности реле IDMT ограничены. Реле такого типа должны быть настроены на 150–200 % от максимального номинального тока, в противном случае реле сработает в условиях аварийной перегрузки. Таким образом, эти реле обеспечивают незначительную защиту от повреждений внутри бака трансформатора.

Дифференциальная защита трансформатора

Процентная дифференциальная защита по току смещения используется для защитить силовые трансформаторы и это один из самых распространенных схемы защиты трансформаторов которые обеспечивают наилучшую общую защиту. Эти виды защиты применяются для трансформаторов мощностью более 2 МВА.

Трансформатор соединен звездой с одной стороны и треугольником с другой стороны. ТТ со стороны звезды соединены треугольником, а со стороны треугольника соединены звездой. Нейтраль обоих трансформаторов заземлена.

Трансформатор имеет две катушки, одна из них рабочая катушка а другой ограничительная катушка. Как следует из названия, сдерживающая катушка используется для создания сдерживающей силы, а рабочая катушка используется для создания действующей силы. Ограничивающая катушка подключается к вторичной обмотке трансформаторов тока, а рабочая катушка подключается между эквипотенциальной точкой ТТ.

Читайте также:
Солнечные шляпы и резиновые сапоги: самодельные мозаичные подставки (сделанные из детских рисунков и напольной плитки)

Схема дифференциальной защиты трансформатора

Работа дифференциальной защиты трансформатора:

Обычно рабочая катушка не пропускает ток, так как ток согласуется с обеих сторон силовых трансформаторов, когда в обмотках возникает внутренняя неисправность, баланс изменяется и рабочие катушки дифференциальное реле начать производить дифференциальный ток между двумя сторонами трансформатора. Таким образом, реле отключает автоматические выключатели и защищает главный трансформатор.

Ограниченная защита от замыканий на землю

Ограниченная защита от замыканий на землю

При возникновении неисправности на проходном изоляторе трансформатора может протекать очень высокий ток короткого замыкания. В этом случае неисправность необходимо устранить как можно скорее. Досягаемость конкретного защитного устройства должна быть ограничена только зоной трансформатора, а это означает, что если какое-либо замыкание на землю произойдет в другом месте, реле, предназначенное для этой зоны, должно сработать, а другие реле должны остаться прежними. Так вот почему реле названо ограниченный реле защиты от замыкания на землю.

На приведенной выше картинке Защитное оборудование находится на защищенной стороне трансформатора. Предположим, что это первичная сторона, а также предположим, что на вторичной стороне трансформатора имеется замыкание на землю. Теперь, если есть неисправность на стороне земли из-за замыкания на землю, Компонент нулевой последовательности будет там, и это будет циркулировать только на вторичной стороне. И это не отразится на первичной обмотке трансформатора.

Это реле имеет три фазы, в случае неисправности они будут состоять из трех компонентов, компоненты прямой последовательности, компоненты обратной последовательности и компоненты нулевой последовательности. Поскольку положительные компоненты пайеток смещены на 120*, то в любой момент сумма всех токов будет протекать через реле защиты. Значит, сумма их токов будет равна нулю, так как они смещены на 120*. Аналогично обстоит дело и с компонентами обратной последовательности.

Теперь предположим, что возникла неисправность. Эта неисправность будет обнаружена ТТ, поскольку она имеет составляющую нулевой последовательности, и ток начинает течь через защитное реле, когда это происходит, реле срабатывает и защищает трансформатор.

Реле Бухгольца (обнаружение газа)

Эстафета Бухгольца

На приведенном выше рисунке показано реле Бухгольца. Эстафета Бухгольца Устанавливается между блоком основного трансформатора и баком-расширителем, когда в трансформаторе возникает неисправность, он обнаруживает растворенный газ с помощью поплавкового выключателя.

Читайте также:
Стиральная машина Лиана: by

Если внимательно присмотреться, то можно увидеть стрелку, газ из основного бака вытекает в бак расширителя, в норме в самом трансформаторе газа быть не должно. Большая часть газа называется растворенным газом, и в зависимости от состояния неисправности может образовываться девять различных типов газов. В верхней части этого реле есть два клапана, эти клапаны используются для уменьшения скопления газа, а также для отбора пробы газа.

Когда возникает неисправность, между обмотками или между обмотками и сердечником возникают искры. Эти небольшие электрические разряды в обмотках нагревают изоляционное масло, и масло разрушается, при этом выделяются газы, тяжесть пробоя определяет, какие стекла создаются.

Большой энергетический разряд будет производить ацетилен, а, как вы, возможно, знаете, для производства ацетилена требуется много энергии. И вы всегда должны помнить, что любой тип неисправности будет производить газы, анализируя количество газа, мы можем определить серьезность неисправности.

Как работает реле Бухгольца (обнаружение газа)?

Эстафета Бухгольца

Как видно из изображения, у нас есть два поплавка: верхний поплавок и нижний поплавок, также у нас есть перегородка, которая давит на нижний поплавок.

Когда возникает крупная электрическая неисправность, образуется больше газа, чем газ течет по трубе, что смещает перегородку и заставляет нижний поплавок опускаться, теперь у нас есть комбинация, верхний поплавок вверх, а нижний поплавок вниз, а перегородка наклонилась. Эта комбинация указывает на то, что произошла массовая неисправность. который отключает трансформатор, а также генерирует аварийный сигнал. На изображении ниже показано именно это,

Эстафета Бухгольца

Но это не единственный сценарий, где это реле может быть полезным, представьте себе ситуацию, когда внутри трансформатора есть небольшая дуга что происходит, эти ковчеги производят небольшое количество газа, этот газ создает давление внутри реле, и верхний поплавок опускается, вытесняя масло внутри него, теперь реле генерирует сигнал тревоги в этой ситуации, верхний поплавок опущен, нижний поплавок не изменился, и перегородка не изменилась, если такая конфигурация обнаружена, мы можем быть уверены, что имеем медленное накопление газа. На изображении ниже показано именно это,

Читайте также:
Твин блок

Реле Бухгольца работает

Теперь мы знаем, что у нас есть неисправность, и мы выпустим часть газа, используя клапан над реле, и проанализируем газ, чтобы выяснить точную причину его скопления газа.

Это реле также может обнаруживать условия, при которых уровень изоляционного масла падает из-за утечек в корпусе трансформатора, при этом верхний поплавок опускается, нижний поплавок опускается, а перегородка остается в том же положении. В этом состоянии мы получаем другой сигнал тревоги. На изображении ниже показана работа.

Реле Бухгольца работает

С помощью этих трех методов реле Бухгольца обнаруживает неисправности.

Защита от перегрузки

Трансформатор предназначен для работы при фиксированном уровне потока, превышающем этот уровень потока, и сердечник насыщается, насыщение сердечника вызывает нагрев сердечника, который быстро распространяется на другие части трансформатора, что приводит к перегреву компонентов и, таким образом, к перегреву. становится необходимой защита от флюса, поскольку она защищает сердечник трансформатора. Ситуации перетока могут возникать из-за перенапряжения или снижения частоты системы.

Для защиты трансформатора от перенапряжения реле перенапряжения используется. Реле избыточного потока измеряет отношение напряжения/частоты для расчета плотности потока в сердечнике. Быстрое увеличение напряжения из-за переходных процессов в энергосистеме может вызвать перенапряжение, но переходные процессы быстро затухают, поэтому мгновенное отключение трансформатора нежелательно.

Плотность потока прямо пропорциональна отношению напряжение к частоте (V/f) и прибор должен определять соотношение, если значение этого отношения становится больше единицы, это делает реле на основе микроконтроллера, которое измеряет напряжение и частоту в режиме реального времени, затем вычисляет скорость и сравнивает ее с предварительно -расчетные значения. Реле запрограммировано на обратное определенное минимальное время (Характеристики IDMT). Но настройку можно выполнить вручную, если это необходимо. Таким образом, цель будет достигнута без ущерба для защиты от перетока. Теперь мы видим, насколько важно предотвратить отключение трансформатора от перенапряжения.

Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или используйте наши форумы для других технических вопросов.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: