Wszystko, co musisz wiedzieć o ochronie przed przepięciami transformatora

Ten artykuł dotyczy zrozumienia systemu ochrony przeciwprzepięciowej transformatora. Zrozumiemy podstawy systemu ochrony przeciwprzepięciowej transformatora, jak on działa, jakie są różne części lub czujniki używane w tym systemie ochrony przeciwprzepięciowej oraz jakie postępy są podejmowane w celu zwiększenia wydajności systemu.

Czym jest ochrona przed przepięciami transformatorów?

Ochrona przeciwprzepięciowa transformatora odnosi się do mechanizmu lub urządzeń specjalnie zaprojektowanych i opracowanych w celu osłonięcia transformator elektrycznyod wszelkiego rodzaju przepięć lub elektrycznych skoków mocy w systemie. Przepięcia mogą być zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne w transformatorze lub w systemie elektroenergetycznym.

Przepięcie zewnętrzne

Zewnętrzne przepięcie, które może wpłynąć na części i działanie transformatora elektrycznego, może wystąpić z powodu czynników zewnętrznych, takich jak uderzenie pioruna podczas burzy lub awaria w zewnętrznym okablowaniu systemu dystrybucji energii elektrycznej.

Przepięcie wewnętrzne

Wewnętrzne przepięcie, które może wpłynąć na części lub działanie transformatora elektrycznego, jest zazwyczaj spowodowane operacjami przełączania, zasilaniem banku kondensatorów lub usuwaniem awarii wewnątrz transformatora.

Oba rodzaje skoków w transformatorze elektrycznym lub systemie dystrybucji energii elektrycznej powodują szybki wzrost napięcia elektrycznego, który jest w stanie przebić izolacje i może uszkodzić części transformatora elektrycznego, takie jak uzwojenie transformatora elektrycznego lub sekcja rdzenia. Przepięcie o bardzo wysokiej intensywności może spowodować całkowite uszkodzenie transformatora. System ochrony przed przepięciami ogranicza te napięcia do bezpiecznego poziomu lub kieruje je do ziemi, aby ocalić części transformatora elektrycznego, zapobiec częściowej lub całkowitej awarii oraz zapewnić długotrwałą żywotność transformatora.

Może Cię zainteresować: Zabezpieczenie nadprądowe transformatora

Dlaczego ochrona przed przepięciami jest kluczowa dla transformatorów

Transformacje elektryczne są niezwykle istotne dla naszego istniejącego systemu dystrybucji energii elektrycznej, a te urządzenia elektryczne są również bardzo drogie w instalacji. Dlatego wszelkie awarie tych transformatorów elektrycznych zakłócają nasz system dystrybucji energii elektrycznej i prowadzą do szerokich blackoutów, a także kosztują firmę dystrybucji energii elektrycznej setki dolarów w wymianach i naprawach. Oto cztery główne powody, dla których transformatory elektryczne mają system ochrony przed przepięciami i dlaczego jest to tak kluczowy element transformatora elektrycznego.

• Każdy rodzaj przepięcia elektrycznego w transformatorze spowoduje dodatkowe obciążenie systemu izolacji transformatora elektrycznego. W zależności od intensywności przepięcia elektrycznego, obciążenie systemu izolacji transformatora elektrycznego może spowodować uszkodzenia, które mogą prowadzić do awarii izolacji, a tym samym do całkowitej awarii transformatora elektrycznego.
• Przepięcie w transformatorze spowoduje powstanie nadmiernego ciepła odpadowego w uzwojeniu i rdzeniu transformatora elektrycznego. To dodatkowe ciepło odpadowe może uszkodzić uzwojenie transformatora elektrycznego lub może uszkodzić połączenia, które są wykonywane w celu połączenia uzwojenia z wejściem i wyjściem transformatora elektrycznego. Przepięcie w sekcji uzwojenia transformatora elektrycznego może spowodować dwa znane zjawiska zwane przebiciem i łukiem elektrycznym.
• Przepięcie elektryczne może łatwo spowodować przepalenie bezpiecznika transformatora lub całkowitą awarię transformatora.. W zależności od charakteru awarii, czas przestoju transformatora elektrycznego, podczas którego będzie on naprawiany lub wymieniany, spowoduje utratę przychodów oraz koszty związane z naprawą i konserwacją lub wymianą transformatora elektrycznego. Tak więc, przepięcie w transformatorach elektrycznych może prowadzić do kosztownego przestoju. System ochrony przed przepięciami transformatora może zaoszczędzić ten kosztowny przestój i związane z nim koszty naprawy i konserwacji.
• System ochrony przed przepięciami transformatora jest kluczowy dla zapewnienia niezawodności systemu sieci. Każdy uszkodzony transformator w linii dystrybucyjnej spowoduje całkowite wstrzymanie systemu dystrybucji energii elektrycznej i postawi pod znakiem zapytania niezawodność systemu sieci. Tak więc, takie urządzenia ochronne na transformatorach elektrycznych zwiększają niezawodność sieci.

Czytaj dalej: Urządzenia ochronne transformatora

Komponenty systemu ochrony przed przepięciami transformatorów

Istnieje kilka części, które łączą się w celu opracowania odgromnika przepięciowego transformatora elektrycznego. Każda część systemu ochrony od przepięć transformatora odgrywa specyficzną rolę w zapewnianiu ochrony przepięciowej dla transformatora elektrycznego. Poniżej znajduje się szczegółowa dyskusja na temat każdej części systemu ochrony transformatora elektrycznego.

Ochronniki przeciwprzepięciowe

Odgromnik przepięciowy transformatora jest kluczową częścią systemu ochrony przed przepięciami transformatora i, jak sama nazwa wskazuje, są to urządzenia elektryczne, które ograniczają przepięcia elektryczne do siebie i próbują ograniczyć ich eksponowanie na jakąkolwiek część transformatora elektrycznego. W transformatorach elektrycznych te odgromniki są zazwyczaj instalowane w trzech punktach:

• Wysokoprądowy kołnierz
• Przyłącza transformatora
• Neutralne punkty uziemienia

W tych punktach odgromniki starają się przewodzić nadmiarowe napięcie do ziemi drogą, która nie łączy się ani nie zakłóca działania żadnej innej części transformatora elektrycznego.

Dowiedz się więcej: Różnica między ochronnikiem przepięciowym a odgromnikiem w transformatorach

Systemy osłonowe i uziemiające

Odgromnik transformatora w systemie ochrony przeciwprzepięciowej transformatora prowadzi do systemu ekranowania i uziemienia transformatora elektrycznego, który pomaga przekazywać nadmiarowe napięcie w kierunku ziemi. System został zaprojektowany w taki sposób, że przepięcie elektryczne w dowolnej części transformatora elektrycznego jest zawsze kierowane ku ziemi, a nie do żadnej części transformatora elektrycznego. Kluczowe komponenty systemu ekranowania i uziemienia w systemie ochrony przeciwprzepięciowej transformatora to przewody ekranujące nad ziemią oraz odpowiednio zaprojektowana siatka uziemiająca.

Luki iskrowe i przekaźniki ochronne

W systemie ochrony przeciwprzepięciowej transformatora elektrycznego luki iskrowe i przekaźnik ochronny to dwa systemy awaryjne, które działają w celu ochrony transformatora elektrycznego w przypadku awarii głównego systemu ochrony przeciwprzepięciowej. Luka iskrowa to prosty komponent ochrony przeciwprzepięciowej, który składa się z dwóch elektrod oddzielonych od siebie luką wypełnioną powietrzem. Gdy podczas przepięcia elektrycznego napięcie przekracza wartość utrzymywania, powietrze między elektrodami ulega jonizacji z powodu wysokiego napięcia i staje się przewodzące.

Ta przewodność pozwala przepięciowemu napięciu elektrycznemu bezpiecznie odprowadzać się do ziemi, a tym samym chroni wrażliwe komponenty transformatora elektrycznego. Napięcie przepięciowe przechodzi przez mechanizm do ziemi, a gdy powietrze między lukami dejonizuje się, przewodzenie między dwiema elektrodami ustaje i zaczynają działać jako system izolacyjny.

Przekaźnik ochronny monitoruje napięcie, prąd i częstotliwość w transformatorze elektrycznym. Gdy przekaźnik ochronny wykryje nieprawidłowe warunki pracy, takie jak napięcie powyżej bezpiecznego poziomu lub zwarcie w okablowaniu transformatora elektrycznego, inicjuje działanie ochronne. W zależności od charakteru nieprawidłowości, przekaźnik może uruchomić wyłączniki lub może odłączyć transformator elektryczny od obwodu zasilania lub od obwodu wyjściowego. Przekaźnik ochronny może także działać w celu aktywacji alarmu, który może powiadomić odpowiednich techników o rozwiązaniu problemu, aby zapobiec uszkodzeniu transformatora z powodu długotrwałego obciążenia elektrycznego.

Pułapki falowe

System pułapek falowych w systemie ochrony przeciwprzepięciowej transformatora jest również znany jako system pułapek linii i jest używany głównie w systemach komunikacji przewodowej linii energetycznych. System pułapek falowych został zaprojektowany i opracowany w celu zapobiegania wchodzeniu sygnałów komunikacyjnych o wysokiej częstotliwości do transformatora elektrycznego lub rozprzestrzenianiu się w sieci, jednocześnie pozwalając na przechodzenie normalnych częstotliwości energii. W przypadku jakiegokolwiek nagłego zdarzenia przepięciowego, gdzie następuje nagły wzrost napięcia elektrycznego, ten system pułapek falowych pomaga izolować i chronić wrażliwe obwody komunikacyjne przed wysokonapięciowymi transientami.

Kondensatory

W systemie ochrony przeciwprzepięciowej transformatora elektrycznego, kondensatory lub komponenty pojemnościowe są używane do filtrowania wysokoczęstotliwościowych oscylacji napięcia z głównego systemu zasilania elektrycznego, które mogą wystąpić podczas przepięć elektrycznych. Kondensatory mogą pochłaniać lub przekierowywać energię, redukując w ten sposób skok napięcia, który dociera do uzwojenia transformatora. W połączeniu z opornikami i induktorami, te kondensatory mogą tworzyć sieci tłumienia przepięć lub układy zabezpieczające, aby chronić izolację i wrażliwy sprzęt.

Czytaj dalej: Metody ochrony i konserwacji transformatorów olejowych

Rodzaje urządzeń ochrony przed przepięciami transformatorów

Na rynku dostępne są cztery różne typy systemów ochrony przeciwprzepięciowej transformatora, które są instalowane w transformatorach elektrycznych.

Ochronniki metalowo-tlenkowe (MOV)

Metalochłonne odgromniki są bardzo szeroko stosowane w systemach ochrony przeciwprzepięciowej transformatorów elektrycznych z powodu szybkiej reakcji na nagłe wzrosty napięcia elektrycznego. Te metalochłonne odgromniki są również znane z wysokiej zdolności do obsługi energii. Te odgromniki oferują nieliniowy opór, który drastycznie zmniejsza napięcie, gdy występuje przepięcie w systemie dystrybucji energii elektrycznej lub w systemie transformatora elektrycznego.

Ochronniki z luką z węglika krzemu

Odgromniki z lukami krzemowymi można uznać za starszy system w porównaniu do metalochłonnych odgromników. Te odgromniki wykorzystują luki iskrowe w połączeniu z blokami węglika krzemu, a takie systemy wciąż można znaleźć w systemach dziedziczonych.

Ochronniki hybrydowe

W aplikacjach transformatorów elektrycznych, gdzie istnieje potrzeba warstwowych systemów ochrony dla lepszej ochrony wrażliwego sprzętu elektrycznego zainstalowanego z transformatorem elektrycznym, stosuje się połączenie metalochłonnych odgromników z odgromnikami z lukami krzemowymi.

Moduły ochrony przed przepięciami (SPM)

Moduły ochrony przeciwprzepięciowej, zwane również SPM, to kompaktowe i odpowiednio zaprojektowane urządzenia elektryczne, które są używane do zabezpieczenia transformatorów niskonapięciowych i średnionapięciowych przed jakimkolwiek rodzajem nadmiernego napięcia spowodowanego uderzeniami pioruna, operacjami przełączania lub awariami w systemie energii.

Jedną z najlepszych cech tych modułów ochrony jest to, że mają one modułową konstrukcję i są zaprojektowane z funkcją plug-and-play. Te urządzenia mogą być bardzo łatwo instalowane, wymieniane lub aktualizowane bez konieczności wprowadzania istotnych zmian w istniejącym systemie. Urządzenia te są także dostępne w różnych zakresach napięcia, co oznacza, że można wybrać moduł ochrony przeciwprzepięciowej zgodnie z konkretnym wymaganiem.

Ochrona przed przepięciami w różnych konfiguracjach transformatorów

Transformatory rozdzielcze

W transformatora rozdzielczegos System ochrony przeciwprzepięciowej transformatora jest instalowany na terminalach pierwotnych transformatora elektrycznego oraz w pobliżu gumowych przelotów transformatora. Można znaleźć te systemy ochrony przeciwprzepięciowej transformatora w prawie wszystkich transformatorach mieszkalnych i komercyjnych używanych w systemach dystrybucji.

Transformatory mocy w stacjach transformatorowych

Transformatory, a zwłaszcza te dużej skali, transformatory mocy które są używane w stacjach transformacyjnych i w stacjach krajowej sieci, mają zainstalowany system ochrony przeciwprzepięciowej transformatora dużej mocy na obu terminalach wysokiego napięcia i połączeniu neutralnym dużego transformatora mocy. Niemniej jednak w tych wszystkich zastosowaniach, gdzie wymagana jest dodatkowa ochrona, te systemy ochrony przeciwprzepięciowej transformatora są również instalowane na transformatorach uziemiających, aby mogły mieć dodatkową warstwę bezpieczeństwa.

Transformatory montowane na podkładach

Transformator transformatory elektryczne montowane na podłożu są zawsze instalowane w kompaktowej obudowie i zawsze w aplikacjach wewnętrznych, więc nie ma szansy na jakiekolwiek uderzenie pioruna, a wszelkie przepięcia, które występują, będą spowodowane awarią systemu elektrycznego. W takich przypadkach system ochrony transformatora jest instalowany wewnątrz zamkniętej obudowy, aby zapewnić alternatywną drogę dla wszelkiego napięcia przepięciowego, chroniąc tym samym transformator elektryczny i obudowę jednocześnie.

Transformatory montowane na słupach

W pole-mounted electrical transformer przepięcie elektryczne spowodowane uderzeniem pioruna jest najczęstszą przyczyną wszelkich innych przyczyn przepięcia elektrycznego. W takich zastosowaniach system ochrony przeciwprzepięciowej transformatora elektrycznego zwykle składa się z odgromników i bezpieczników zamontowanych na słupach. Można zaobserwować takie rodzaje transformatorów elektrycznych i ich systemów ochrony przeciwprzepięciowej w wszystkich typach wiejskich i miejskich systemów dystrybucji energii.

Najnowsze osiągnięcia w ochronie przed przepięciami transformatorów

Ponieważ te systemy ochrony przed przepięciami transformatorów elektrycznych są tak kluczową częścią naszych nowoczesnych transformatorów elektrycznych, że żaden nowoczesny transformator elektryczny nie jest uznawany za kompletny bez tych urządzeń bezpieczeństwa. Wraz z postępem w projektowaniu i rozwoju transformatorów elektrycznych, w systemie ochrony przed przepięciami transformatorów mogą występować pewne usprawnienia, które możesz zauważyć w najbliższej przyszłości.

Pierwszym i najbardziej powszechnym usprawnieniem, które zauważysz w systemie ochrony przed przepięciami transformatorów, jest zdigitalizowane monitorowanie tych systemów, które umożliwi nam uzyskanie danych o stanie zdrowia systemu ochrony przed przepięciami i jego konserwacji w czasie rzeczywistym.

Kolejnym oczywistym usprawnieniem w systemach ochrony przed przepięciami będą inteligentne odgromniki z funkcjami IoT. Włączenie czujników i urządzeń do komunikacji bezprzewodowej do systemu ochrony przed przepięciami pomoże nam dostarczać dane na żywo dotyczące napięcia, wewnętrznej temperatury oraz zużycia odgromnika.

Wraz z postępem w projektowaniu i rozwoju wszystkich produktów, projekt systemu ochrony przed przepięciami stanie się kompaktowy i umożliwi nam zastosowanie systemu ochrony przed przepięciami nawet w najwęższych i ciasnych przestrzeniach. Postępy w naukach materiałowych pozwolą nam opracować mniejszy system ochrony przepięciowej transformatora, który będzie mniejszy, ale wystarczająco wydajny, aby kontrolować najwyższe dotychczasowe przepięcie w elektryczności spowodowane awarią.

Mając na uwadze aspekt środowiskowy każdego produktu, system ochrony przed przepięciami transformatora również będzie wyposażony w obudowę odporną na UV i tolerancję zanieczyszczeń, co zapewni długą żywotność nawet w trudnych warunkach atmosferycznych przy minimalnym wpływie na środowisko.

Normy i testowanie

System ochrony przed przepięciami transformatora elektrycznego, który zainstalujesz w swoim transformatorze elektrycznym, musi być zgodny z międzynarodowymi standardami, takimi jak seria IEEE C62 oraz IEEE C57 dla zastosowania odgromnika i ochrony transformatora oraz IEC 60076-5 dla koordynacji izolacji i wymagań dotyczących wytrzymałości na przepięcia. Cały system ochrony przed przepięciami transformatora elektrycznego musi być zaprojektowany, rozwijany, obsługiwany i wykonywany zgodnie z tymi międzynarodowymi standardami lub wszelkimi innymi krajowymi standardami lub prawami regulowanymi przez lokalny rząd.

Jeśli chodzi o testowanie systemu ochrony przed przepięciami transformatora elektrycznego, system musi przejść trzy różne testy, które zapewnią, że projekt i rozwój konkretnego systemu ochrony przed przepięciami są zgodne z wymaganiami. Testy te obejmują test napięcia wyładowania, w którym testowana jest zdolność systemu do radzenia sobie z napięciem elektrycznym. Testy obejmują również test zdolności do przenoszenia energii, w którym testowana jest ilość energii, jaką system ochrony może obsłużyć. Trzeci i ostatni test, który zostanie przeprowadzony na systemie ochrony przed przepięciami transformatora, to koordynacja izolacji z BIL transformatora.

Zdobądź za darmo: Jak przetestować transformator mocy?

Najlepsze praktyki instalacji i utrzymania

Istnieje około czterech specyficznych punktów dotyczących instalacji i konserwacji najlepszych praktyk systemu ochrony przed przepięciami transformatora.

• Pierwszym jest montaż i musisz upewnić się, że odgromnik systemu ochrony przed przepięciami jest zainstalowany jak najbliżej zacisków transformatora.
• Drugim jest uziemienie systemu. Musisz upewnić się, że istnieje droga uziemiająca o niskiej oporności dla napięcia przepięciowego.
• Trzecim jest inspekcja systemu ochrony przed przepięciami i musisz przeprowadzać regularne kontrole wzrokowe oraz korzystać z kamer termograficznych do sprawdzania wszelkich typu gorących punktów na całym systemie ochrony przed przepięciami oraz ścieżce uziemienia.
• Wymiana zużytych części przed ich czasem, musisz upewnić się, że monitorujesz wskaźniki żywotności lub korzystasz z cyfrowego śledzenia, aby podejmować decyzje o terminowej wymianie części, które osiągnęły koniec swojej użyteczności.

Wnioski

Transformatory elektryczne są równocześnie kluczowymi elementami naszego systemu dystrybucji energii elektrycznej i polegamy na nich tak bardzo, że nie możemy znieść ich awarii z powodu jakiegokolwiek rodzaju przepięcia w systemie. Aby temu przeciwdziałać, system ochrony przed przepięciami transformatora jest niezwykle ważny i uważany za obowiązkową część nowoczesnych systemów transformatorowych. W systemach ochrony przed przepięciami transformatorów znajduje się kilka elementów, a na rynku dostępnych jest wiele typów systemów, które odpowiadają Twoim potrzebom. Istnieją również pewne usprawnienia, takie jak wprowadzenie monitorowania cyfrowego, integracja IoT oraz kompaktowy design do zastosowań w ograniczonych przestrzeniach. Ogólnie rzecz biorąc, system ochrony przed przepięciami transformatora stał się już częścią transformatorów elektrycznych i ewoluuje wraz z branżą transformatorów elektrycznych.

Kontynuacja

Nowoczesne transformatory elektryczne nie mogą zapewnić niezawodności i bezpieczeństwa działania bez systemu ochrony przed przepięciami transformatora. W Transformator Daelim oferujemy transformatory elektryczne wszystkich typów, rozmiarów, mocy i zakresów napięcia z systemem ochrony przed przepięciami transformatora zainstalowanym jako funkcja wbudowana, a także dostarczamy specjalnie zaprojektowane systemy ochrony przed przepięciami transformatora zgodnie z wymaganiami klienta. Nasze systemy spełniają wszelkie międzynarodowe standardy, takie jak IEEE, ANSI, CSA, IEC oraz wszelkie inne regionalne lub krajowe standardy w Twoim obszarze.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące transformatorów elektrycznych lub systemu ochrony przed przepięciami transformatora, możesz skontaktuj się z nami, a nasz zespół ekspertów pomoże Ci rozwiązać Twój problem.