Системи за растерећење притиска трансформатора и детекцију кварова

​​​​​​​

 

1. Увод

 

Код трансформатора{0}}уроњених у уље, унутрашње промене притиска су нормалан део рада. Како се трансформаторско уље загрева и хлади током циклуса пуњења, затворени гасни простор унутар резервоара се шири и скупља, изазивајући постепене флуктуације притиска унутар кућишта трансформатора. У нормалним радним условима, ове промене притиска се дешавају споро и углавном су повезане са варијацијама температуре околине и оптерећењем трансформатора.

Међутим, унутрашњи електрични кварови стварају потпуно другачије понашање притиска. Догађаји као што су кварови намотаја или унутрашњи лук могу брзо разложити изолационо уље у гас, стварајући изненадни талас притиска унутар резервоара. Пошто се ови порасти притиска-генеришу у року од милисекунди, трансформаторима су потребни не само уређаји за смањење притиска, већ и наменски системи за откривање кварова који могу да идентификују абнормално понашање притиска пре него што дође до катастрофалног квара резервоара.

Из тог разлога, савремени системи заштите трансформатора се генерално деле у две главне категорије:

• Системи за смањење притиска
• Системи за детекцију кварова

Ова слојевита филозофија заштите се широко одражава у ИЕЕЕ Ц57 стандардима и ИЕЦ 60076 пракси дизајна трансформатора.

 

2. Растерећење притиска наспрам откривања грешке

 

Иако се термини „растерећење притиска“ и „откривање квара“ понекад користе наизменично у индустрији трансформатора, они служе фундаментално различитим функцијама.

Уређај за смањење притиска трансформатора је дизајниран да физички ослободи превелики притисак у резервоару како би се спречила механичка деформација или пуцање резервоара трансформатора. Ови уређаји реагују првенствено на величину притиска и чине основу система заштите од притиска трансформатора.

С друге стране, уређаји за детекцију кварова прате брзину или карактеристике промене притиска повезане са унутрашњим електричним кваровима. Уместо да испуштају притисак, они генеришу аларм или сигнале окидања да изолују трансформатор од система напајања.

Ова разлика постаје све важнија како се повећава величина трансформатора и ниво енергије квара.

 

Табела 1 – Разлика између растерећења притиска и детекције квара

3. Трансформаторски уређаји за смањење притиска

 

3.1 Вентил за смањење притиска (ПРВ)​​​​​​​

Вентил за отпуштање притиска је дизајниран да заштити резервоар трансформатора од претераног притиска унутра. Када притисак у резервоару достигне притисак отпуштања, вентил ће се аутоматски отворити како би испустио гас све док притисак не падне на безбедан притисак. Поред тога, кад год је потребно, корисницима је дозвољено да ручно управљају вентилом за смањење притиска у применама трансформатора повлачењем радног прстена да би се смањио унутрашњи притисак.

Према ИЕЕЕ пракси, типичан притисак пуцања за дизајн ПРВ трансформатора је приближно 10 ПСИГ ±2 ПСИГ, док ЦСА апликације често користе ниже поставке притиска. Након спуштања притиска, вентил за смањење притиска у трансформаторским системима се аутоматски поново затвара да би се одржао интегритет резервоара трансформатора.

 

Због своје једноставне конструкције и поузданог рада, ПРВ се широко користи у:

• Трансформатори{0}}постављени на стуб
• Трансформатори{0}}постављени на подлогу
• Уљни{0}}уроњени дистрибутивни трансформатори
• Мале јединичне подстанице

 

У поређењу са већим трансформаторским ПРД системима, ПРВ су генерално пожељнији за трансформаторе ниже кВА где је пораст притиска релативно умерен и предвидљив. У многим применама дистрибутивних трансформатора, ПРВ вентил у резервоарима трансформатора остаје најчешћи облик основне механичке заштите од притиска.

3.2 Уређај за смањење притиска (ПРД)

Уређаји за смањење притиска (ПРД) служе у суштини истој сврси као и вентили за смањење притиска (ПРВ): штите резервоар трансформатора од претераног унутрашњег притиска. Међутим, у пракси се ПРД-ови чешће повезују са већим оценама снаге. Обично не видите ПРД инсталиран на трансформаторима испод око 1.500 кВА, иако технички нема ништа лоше у употреби једног на мањим јединицама ако апликација то захтева.

Већина ПРД-ова је монтирана на врху резервоара трансформатора, где се унутрашњи гас или нагомилани притисак могу брзо ослободити током стања квара.

Терминологија може бити збуњујућа јер се „уређај за смањење притиска“ често користи као општи индустријски термин за ПРВ и ПРД уређаје. У већини случајева, ПРВ се користе на мањим дистрибутивним трансформаторима, док су ПРД чешћи на већим јединицама или апликацијама које захтевају бржи одзив притиска и индикацију квара.

Трансформаторски уређај за растерећење притиска обавља исту основну функцију као ПРВ - ослобађајући прекомерни унутрашњи притисак -, али је обично дизајниран са већом способношћу протока, брзим временом одзива, поузданим перформансама поновног заптивања и опционим функцијама аларма или надзора. Напредни ПРД дизајни обезбеђују тачан притисак отварања, кратко време рада, поуздане дугорочне-перформансе на отвореном и ефикасно заптивање од влаге, прашине и ваздуха, помажући у одржавању позитивног притиска у резервоару и побољшању оперативне поузданости трансформатора.

 

Једна од главних предности ПРД-ова{0}}на поклопцу је могућност надгледања. Многи склопови уређаја за растерећење притиска трансформатора укључују:

• Визуелни семафори или индикатори рада
• Даљински контакти аларма
• СЦАДА{0}}компатибилни излази за праћење

 

Ово чини ПРД-ове посебно погодним за комуналне подстанице и индустријске енергетске системе где је потребан даљински надзор.

ПРД се обично примењују у:

• Трансформатори јединичне трафостанице
• Трансформатори средње снаге
• Велики енергетски трансформатори
• Трансформатори комуналних подстаница​​​​​​

 

За веће комуналне апликације, инжењери често бирају трансформаторски распоред уређаја за растерећење притиска уместо мањег ПРВ-а због веће унутрашње енергије квара и запремине уља.

3.3 Руптуре Дисц

Дискови за пуцање се обично користе као крајњи уређаји за растерећење притиска у случају нужде у апликацијама високо{0}}енергетских трансформатора.

За разлику од ПРВ-а или стандардних ПРД-ова, дискови за пуцање су уређаји који се-не могу ресетовати, дизајнирани да моментално пуцају када унутрашњи притисак достигне критичну границу. Њихова примарна сврха је да обезбеде брзу потпуну-вентилацију у току катастрофалних унутрашњих кварова.

 

Пошто дискови за пуцање морају да се замене након операције, обично су резервисани за:

• Велики енергетски трансформатори
• Пећни трансформатори
• Тракциони трансформатори
• Индустријски системи{0}}високог нивоа грешке

У инжењерској пракси, дискови од пуцања представљају највиши ниво механичке заштите од притиска.

4. Уређаји за детекцију грешака трансформатора

 

4.1 Детектор унутрашње грешке (ИФД)

Интерни детектори кварова (ИФД) се широко користе на трансформаторима{0}}монтираним на стубове{1}}као једноставан, али веома ефикасан уређај за безбедност на терену.

ИФД детектује изненадни пораст унутрашњег притиска узрокован кваровима у облику лука унутар резервоара трансформатора. Када се активира, искочи визуелни индикатор јарких боја, омогућавајући тимовима да одмах идентификују да је трансформатор доживео унутрашњу грешку и да га не треба поново-напајати.

 

Једна од главних предности модерних ИФД система је то што многи дизајни интегришу стандардни ПРВ који је усклађен са ИЕЕЕ или ЦСА у склоповима трансформатора у исти уређај, комбинујући:

• Растерећење притиска
• Индикација грешке

у јединствену компактну структуру.

 

ИФД се обично користе у:

• Трансформатори монтирани на-фазни стуб{1}}
• Трансформатори за три{0}}фазне{1} стубове
• Трансформатори{0}}постављени на подлогу
• Мали трансформатори подстанице

У поређењу са СПР системима, ИФД су једноставнији, економичнији и посебно погодни за апликације{0}}на нивоу дистрибуције.

4.2 Релеј изненадног притиска (СПР / РПР)

 

Ови системи се обично користе у:

• Трансформатори средње снаге
• Велики енергетски трансформатори
• Исправљачки трансформатори
• Пећни трансформатори
• Тракциони трансформатори

 

У поређењу са ИФД-овима, системи заштите релеја за брзи пораст притиска обезбеђују бржу електричну интеграцију и погоднији су за критичне комуналне и индустријске апликације.

4.3 Бухолц штафета

Бухолц релеј је уређај за откривање кварова- и уља{{1}током{2}}који се користи у трансформаторима типа конзерватора{3}}.

За разлику од СПР и ИФД система, који реагују првенствено на промене притиска, Бухолц релеји откривају унутрашње кварове кроз:

• Акумулација гаса
• Кретање таласа уља

 

Релеј обично ради у две фазе:

• Аларм за почетне грешке
• Путовање због озбиљних унутрашњих кварова

 

Бухолц релеји се широко користе у:

• Јединичне подстанице типа конзерватор{0}}
• Трансформатори средње снаге
• Велики енергетски трансформатори

 

Због своје способности да детектују споро развијајуће грешке на изолацији, Бухолц релеји остају један од најважнијих уређаја за откривање кварова у великим трансформаторима{0}}пуњеним уљем.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Хијерархија заштите у инжењерској пракси

 

У стварним применама трансформатора, ови уређаји се не користе подједнако у свим класама трансформатора. Уместо тога, заштитни системи постају све напреднији како се величина трансформатора и енергија квара повећавају.

 

Табела 2 – Типична примена заштитних уређаја према класи трансформатора

Ова слојевита конфигурација одражава инжењерски принцип да заштита трансформатора еволуира од основног механичког растерећења притиска ка интегрисаним механичким и електричним системима заштите од кварова.

6. Закључак

 

Савремени сигурносни дизајн трансформатора заснива се на координацији система за растерећење притиска и детекције кварова, а не на ослањању на један уређај.

ПРВ и ПРД обезбеђују контролисано механичко растерећење притиска током нормалних и абнормалних радних услова. Дискови за пуцање пружају врхунску заштиту у хитним случајевима током катастрофалних кварова. ИФД и системи релеја за изненадни притисак детектују нагли пораст притиска изазван унутрашњим електричним кваровима, док Бухолц релеји прате стварање гаса и кретање уља повезано са развојем кварова изолације.

Заједно, ови уређаји формирају више-слојну архитектуру заштите трансформатора која побољшава оперативну поузданост, безбедност особља и способност изолације кварова у дистрибутивним, индустријским и комуналним системима напајања.