Transformatorski sustavi za rasterećenje tlaka i detekciju grešaka

​​​​​​​

 

1. Uvod

 

U-uljnim transformatorima promjene unutarnjeg tlaka normalan su dio rada. Kako se transformatorsko ulje zagrijava i hladi tijekom ciklusa opterećenja, zatvoreni plinski prostor unutar spremnika se širi i skuplja, uzrokujući postupne fluktuacije tlaka unutar kućišta transformatora. U normalnim radnim uvjetima, ove promjene tlaka se javljaju sporo i uglavnom su povezane s varijacijama temperature okoline i opterećenjem transformatora.

Međutim, unutarnji električni kvarovi stvaraju potpuno drugačije ponašanje tlaka. Događaji poput kvarova namota ili unutarnjeg luka mogu brzo razgraditi izolacijsko ulje u plin, stvarajući iznenadni val tlaka unutar spremnika. Budući da se ovi-pogoni tlaka uzrokovani kvarom događaju unutar milisekundi, transformatori zahtijevaju ne samo uređaje za rasterećenje tlaka, već i namjenske sustave za otkrivanje kvarova koji mogu identificirati abnormalno ponašanje tlaka prije nego što dođe do katastrofalnog kvara spremnika.

Iz tog razloga, moderni sustavi zaštite transformatora općenito se dijele u dvije glavne kategorije:

• Sustavi za rasterećenje tlaka
• Sustavi za otkrivanje grešaka

Ova slojevita filozofija zaštite široko se odražava u standardima IEEE C57 i IEC 60076 praksi projektiranja transformatora.

 

2. Rasterećenje tlaka u odnosu na otkrivanje greške

 

Iako se pojmovi "rasterećenje tlaka" i "otkrivanje greške" ponekad koriste naizmjenično u industriji transformatora, oni imaju bitno različite funkcije.

Uređaj za rasterećenje tlaka transformatora dizajniran je za fizičko oslobađanje prekomjernog tlaka spremnika kako bi se spriječila mehanička deformacija ili puknuće spremnika transformatora. Ovi uređaji prvenstveno reagiraju na veličinu tlaka i čine temelj sustava za zaštitu od tlaka transformatora.

Uređaji za otkrivanje kvarova, s druge strane, prate brzinu ili karakteristike promjene tlaka povezane s unutarnjim električnim kvarovima. Umjesto otpuštanja tlaka, oni generiraju alarm ili signale isključenja kako bi izolirali transformator od elektroenergetskog sustava.

Ova razlika postaje sve važnija kako se veličina transformatora i razina energije kvara povećavaju.

 

Tablica 1 – Razlika između rasterećenja tlaka i otkrivanja greške

3. Transformatorski uređaji za rasterećenje tlaka

 

3.1 Ventil za smanjenje tlaka (PRV)​​​​​​​

Ventil za otpuštanje tlaka dizajniran je za zaštitu spremnika transformatora od prekomjernog pritiska unutar njega. Nakon što tlak u spremniku dosegne tlak otpuštanja, ventil će se automatski otvoriti kako bi ispustio plin dok tlak ne padne na siguran tlak. Osim toga, kad god je potrebno, korisnicima je dopušteno ručno upravljati ventilom za smanjenje tlaka u primjenama transformatora povlačenjem radnog prstena kako bi se smanjio unutarnji tlak.

Prema IEEE praksi, tipični tlak pucanja za konstrukciju PRV transformatora je približno 10 PSIG ±2 PSIG, dok CSA aplikacije često koriste niže postavke tlaka. Nakon otpuštanja tlaka, ventil za smanjenje tlaka u sustavima transformatora automatski se ponovno zatvara kako bi se održao integritet spremnika transformatora.

 

Zbog svoje jednostavne konstrukcije i pouzdanog rada, PRV ima široku primjenu u:

• Transformatori montirani-na stup
• Transformatori postavljeni-na podloške
• Distribucijski-transformatori uronjeni u ulje
• Trafostanice male jedinice

 

U usporedbi s većim transformatorskim PRD sustavima, PRV-ovi su općenito poželjniji za niže kVA transformatore gdje je porast tlaka relativno umjeren i predvidljiv. U mnogim primjenama distribucijskih transformatora, PRV ventil u spremnicima transformatora ostaje najčešći oblik osnovne mehaničke zaštite od tlaka.

3.2 Uređaj za smanjenje tlaka (PRD)

Uređaji za smanjenje tlaka (PRD) služe uglavnom istoj svrsi kao i ventili za smanjenje tlaka (PRV): štite spremnik transformatora od prekomjernog unutarnjeg tlaka. Međutim, u praksi se PRD-ovi češće povezuju s većim nazivnim snagama. Obično ne vidite PRD instaliran na transformatorima ispod oko 1500 kVA, iako tehnički nema ničeg lošeg u korištenju jednog na manjim jedinicama ako to aplikacija zahtijeva.

Većina PRD-ova montirana je na vrhu spremnika transformatora, gdje se unutarnji plin ili nakupljanje tlaka mogu brzo osloboditi tijekom stanja kvara.

Terminologija može biti zbunjujuća jer se "uređaj za smanjenje tlaka" često koristi kao opći industrijski izraz za PRV i PRD. U većini slučajeva PRV se koriste na manjim distribucijskim transformatorima, dok su PRD češći na većim jedinicama ili aplikacijama koje zahtijevaju brži odziv tlaka i indikaciju greške.

Transformatorski uređaj za rasterećenje tlaka obavlja istu osnovnu funkciju kao PRV - oslobađanje prekomjernog unutarnjeg tlaka -, ali je obično dizajniran s sposobnošću većeg protoka, brzim vremenom odziva, pouzdanom izvedbom ponovnog brtvljenja i dodatnim funkcijama alarma ili nadzora. Napredni dizajni PRD-a pružaju točan tlak otvaranja, kratko vrijeme rada, pouzdane dugoročne-izvedbe na otvorenom i učinkovito brtvljenje protiv vlage, prašine i prodora zraka, pomažući u održavanju pozitivnog tlaka u spremniku i poboljšavajući radnu pouzdanost transformatora.

 

Jedna od glavnih prednosti PRD-ova-pokrivenih je mogućnost nadzora. Mnogi sklopovi uređaja za rasterećenje tlaka transformatora uključuju:

• Vizualni semafori ili indikatori rada
• Kontakti za daljinski alarm
• SCADA-kompatibilni izlazi za nadzor

 

Zbog toga su PRD-ovi posebno prikladni za podstanice i industrijske energetske sustave gdje je potreban daljinski nadzor.

PRD se obično primjenjuju u:

• Jedinica trafostanica transformatori
• Transformatori srednje snage
• Transformatori velike snage
• Transformatori pomoćnih podstanica​​​​​​

 

Za veće uslužne primjene, inženjeri često odabiru transformatorski raspored uređaja za rasterećenje tlaka umjesto manjeg PRV-a zbog veće unutarnje energije greške i količine ulja.

3.3 Puknuti disk

Diskovi za pucanje obično se koriste kao krajnji uređaji za rasterećenje tlaka u hitnim slučajevima u visoko{0}}energetskim transformatorima.

Za razliku od PRV-ova ili standardnih PRD-ova, rupturne pločice su uređaji koji se ne-resetiraju i dizajnirani su za trenutno pucanje kada unutarnji tlak dosegne kritičnu granicu. Njihova primarna svrha je osigurati brzo prozračivanje cijelog-područja tijekom katastrofalnih događaja unutarnjeg kvara.

 

Budući da se rupturne ploče moraju zamijeniti nakon operacije, obično su rezervirane za:

• Transformatori velike snage
• Pećni transformatori
• Vučni transformatori
• Industrijski sustavi-visoke razine kvarova

U inženjerskoj praksi rupturne ploče predstavljaju najviši stupanj zaštite od mehaničkog pritiska.

4. Uređaji za otkrivanje kvara transformatora

 

4.1 Detektor interne greške (IFD)

Unutarnji detektori grešaka (IFD) naširoko se koriste na transformatorima-montiranim na stupove i-postavljenim na podloške kao jednostavni, ali vrlo učinkoviti uređaji za sigurnost polja.

IFD detektira iznenadni unutarnji porast tlaka uzrokovan lukom unutar spremnika transformatora. Kada se aktivira, iskoči vizualni indikator jarkih boja, omogućujući timovima komunalnih usluga da odmah prepoznaju da je transformator doživio unutarnji kvar i da ga ne treba ponovno -pokretati.

 

Jedna od glavnih prednosti modernih IFD sustava je da mnogi dizajni integriraju standardni PRV usklađen s IEEE ili CSA u sklopove transformatora u isti uređaj, kombinirajući:

• Otpuštanje tlaka
• Indikacija kvara

u jednu kompaktnu strukturu.

 

IFD se obično koriste u:

• Jednofazni-polni-transformatori
• Trofazni-transformatori montirani-na stup
• Transformatori postavljeni-na podloške
• Mali trafostanički transformatori

U usporedbi sa SPR sustavima, IFD-ovi su jednostavniji, ekonomičniji i posebno prikladni za primjene-na razini distribucije.

4.2 Relej za iznenadni pritisak (SPR / RPR)

 

Ovi se sustavi obično koriste u:

• Transformatori srednje snage
• Transformatori velike snage
• Ispravljački transformatori
• Pećni transformatori
• Vučni transformatori

 

U usporedbi s IFD-ovima, sustavi relejne zaštite s brzim porastom tlaka pružaju bržu električnu integraciju i prikladniji su za kritične komunalne i industrijske primjene.

4.3 Buchholz štafeta

Buchholzov relej je plinski{0}} i-protočni-uređaj za otkrivanje kvara koji se koristi u transformatorima-tipa konzervatora.

Za razliku od SPR i IFD sustava, koji prvenstveno reagiraju na promjene tlaka, Buchholzovi releji detektiraju unutarnje greške putem:

• Akumulacija plinova
• Uljno valovito kretanje

 

Relej obično radi u dvije faze:

• Alarm za početne kvarove
• Putovanje zbog ozbiljnih unutarnjih kvarova

 

Buchholzovi releji imaju široku primjenu u:

• Trafostanice tipa konzervator-
• Transformatori srednje snage
• Transformatori velike snage

 

Zbog svoje sposobnosti otkrivanja kvarova izolacije koji se sporo razvijaju, Buchholzovi releji ostaju jedan od najvažnijih uređaja za otkrivanje kvarova u velikim transformatorima-napunjenim uljem.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Hijerarhija zaštite u inženjerskoj praksi

 

U stvarnim primjenama transformatora, ti se uređaji ne koriste jednako u svim klasama transformatora. Umjesto toga, zaštitni sustavi postaju sve napredniji kako se veličina transformatora i energija kvara povećavaju.

 

Tablica 2 – Tipična primjena zaštitnog uređaja prema klasi transformatora

Ova slojevita konfiguracija odražava inženjersko načelo da se zaštita transformatora razvija od osnovnog mehaničkog rasterećenja tlaka prema integriranim mehaničkim i električnim sustavima zaštite od grešaka.

6. Zaključak

 

Suvremeni sigurnosni dizajn transformatora temelji se na koordinaciji sustava za rasterećenje tlaka i detekciju kvara, a ne na oslanjanju na jedan uređaj.

PRV i PRD osiguravaju kontrolirano mehaničko rasterećenje tlaka tijekom normalnih i nenormalnih radnih uvjeta. Rupturni diskovi pružaju vrhunsku zaštitu u hitnim slučajevima tijekom katastrofalnih kvarova. IFD-ovi i sustavi releja za iznenadni tlak otkrivaju iznenadni porast tlaka uzrokovan unutarnjim električnim kvarovima, dok Buchholz releji nadziru stvaranje plina i kretanje ulja povezano s razvojem kvarova na izolaciji.

Zajedno, ovi uređaji tvore više{0}}slojnu arhitekturu zaštite transformatora koja poboljšava radnu pouzdanost, sigurnost osoblja i sposobnost izolacije kvarova u distribucijskim, industrijskim i komunalnim energetskim sustavima.