Trafo rõhu vähendamise ja rikete tuvastamise süsteemid

​​​​​​​

 

1. Sissejuhatus

 

Õli{0}}kasutustrafode puhul on siserõhu muutused tavaline tööosa. Kui trafoõli soojeneb ja jahtub laadimistsüklite ajal, paisub ja tõmbub suletud gaasiruum paagis kokku, põhjustades järkjärgulisi rõhukõikumisi trafo korpuses. Tavalistes töötingimustes toimuvad need rõhumuutused aeglaselt ja on peamiselt seotud ümbritseva õhu temperatuuri kõikumise ja trafo koormusega.

Sisemised elektririkked tekitavad aga hoopis teistsuguse survekäitumise. Sellised sündmused nagu mähise rikked või sisemine kaar võib isolatsiooniõli kiiresti gaasiks lagundada, tekitades paagis äkilise rõhulaine. Kuna need rikete tekitatud rõhutõusud toimuvad millisekundite jooksul, ei vaja trafod mitte ainult rõhualandusseadmeid, vaid ka spetsiaalseid tõrketuvastussüsteeme, mis suudavad tuvastada ebatavalise rõhu käitumise enne paagi katastroofilise rikke ilmnemist.

Sel põhjusel jagunevad tänapäevased trafokaitsesüsteemid üldiselt kahte suurde kategooriasse:

• Rõhuvabastussüsteemid
• Vigade tuvastamise süsteemid

See kihilise kaitse filosoofia kajastub laialdaselt IEEE C57 standardites ja IEC 60076 trafo projekteerimise praktikas.

 

2. Surve vähendamine vs veatuvastus

 

Kuigi termineid "rõhuvabastus" ja "tõrketuvastus" kasutatakse mõnikord trafotööstuses sünonüümidena, täidavad need põhimõtteliselt erinevaid funktsioone.

Trafo rõhualandusseade on ette nähtud liigse paagi rõhu füüsiliseks vabastamiseks, et vältida trafo paagi mehaanilist deformatsiooni või purunemist. Need seadmed reageerivad peamiselt rõhu suurusele ja moodustavad trafo rõhukaitsesüsteemide aluse.

Veatuvastusseadmed seevastu jälgivad sisemiste elektriliste riketega seotud rõhumuutuse kiirust või omadusi. Rõhu vabastamise asemel genereerivad nad häire- või väljalülitussignaale, et isoleerida trafo toitesüsteemist.

See eristamine muutub üha olulisemaks, kui trafo suurus ja rikkeenergia tase suurenevad.

 

Tabel 1 – Erinevused rõhu vähendamise ja tõrketuvastuse vahel

3. Trafo rõhualandusseadmed

 

3.1 Survealandusklapp (PRV)​​​​​​​

Survevabastusklapp on ette nähtud trafo paagi kaitsmiseks liigse rõhu eest. Kui rõhk paagis jõuab vabastusrõhuni, avaneb klapp automaatselt gaasi vabastamiseks, kuni rõhk langeb ohutu rõhuni. Lisaks on kasutajatel alati lubatud traforakendustes rõhualandusklappi käsitsi juhtida, tõmmates siserõhu vähendamiseks juhtrõngast.

IEEE praktika kohaselt on PRV-trafo tüüpiline pragunemisrõhk ligikaudu 10 PSIG ±2 PSIG, samas kui CSA-rakendused kasutavad sageli madalamaid rõhuseadeid. Pärast rõhu alandamist sulgub trafosüsteemide rõhualandusklapp automaatselt uuesti, et säilitada trafo paagi terviklikkus.

 

Tänu oma lihtsale ehitusele ja töökindlale töökindlusele kasutatakse PRV-d laialdaselt:

• Pole{0}}paigaldatud trafod
• Pad{0}}paigaldatud trafod
• Õli-jaotustrafod
• Väikesõlmede alajaamad

 

Võrreldes suuremate trafo PRD-süsteemidega on PRV-d üldiselt eelistatud madalama kVA trafode jaoks, kus rõhu tõus on suhteliselt mõõdukas ja prognoositav. Paljudes jaotustraforakendustes on trafopaakide PRV-ventiil endiselt kõige levinum põhilise mehaanilise rõhukaitse vorm.

3.2 Survevabastusseade (PRD)

Survealandusseadmed (PRD) täidavad põhimõtteliselt sama eesmärki kui rõhualandusventiilid (PRV): need kaitsevad trafo paaki liigse siserõhu eest. Praktikas seostatakse PRD-sid aga sagedamini suuremate võimsusvõimsustega. Tavaliselt ei näe PRD-d paigaldatud trafodele, mille võimsus on alla umbes 1500 kVA, kuigi selle kasutamisel väiksematel seadmetel pole midagi tehniliselt valesti, kui rakendus seda nõuab.

Enamik PRD-sid on paigaldatud trafo paagi ülaossa, kus sisemine gaas või rõhk saab rikke korral kiiresti vabastada.

Terminoloogia võib olla segadusttekitav, sest "rõhuvabastusseadet" kasutatakse sageli nii PRV-de kui ka PRD-de jaoks üldise tööstuse terminina. Enamasti kasutatakse PRV-sid väiksematel jaotustrafodel, samas kui PRD-d on tavalisemad suuremates seadmetes või rakendustes, mis nõuavad kiiremat rõhureaktsiooni ja veateadet.

Trafo rõhulangetusseade täidab sama põhifunktsiooni nagu PRV -, vabastades liigse siserõhu -, kuid tavaliselt on sellel suurem vooluvõime, kiire reageerimisaeg, usaldusväärne taassulgemisjõudlus ja valikulised häire- või jälgimisfunktsioonid. Täiustatud PRD-konstruktsioonid pakuvad täpset avanemisrõhku, lühikest tööaega, usaldusväärset pikaajalist-välist jõudlust ning tõhusat tihendust niiskuse, tolmu ja õhu sissepääsu eest, aidates säilitada paagi positiivset rõhku ja parandada trafo töökindlust.

 

Kattele{0}}monteeritud PRD-de üks peamisi eeliseid on jälgimisvõime. Paljud trafo rõhualandusseadmete komplektid hõlmavad järgmist:

• Visuaalsed semaforid või töönäidikud
• Kaughäire kontaktid
• SCADA{0}}ühilduvad jälgimisväljundid

 

See muudab PRD-d eriti sobivaks kommunaalalajaamade ja tööstuslike elektrisüsteemide jaoks, kus on vaja kaugseiret.

PRD-sid kasutatakse tavaliselt:

• Üksuste alajaama trafod
• Keskmise võimsusega trafod
• Suured jõutrafod
• Kommunaalalajaama trafod​​​​​​​

 

Suuremate kommunaalrakenduste jaoks valivad insenerid suurema sisemise rikkeenergia ja õlimahu tõttu sageli väiksema PRV asemel rõhualandusseadme trafo.

3.3 Ketta purunemine

Rebenemiskettaid kasutatakse tavaliselt ülima hädaolukorra rõhualandusseadmetena suure{0}}energiaga trafode rakendustes.

Erinevalt PRV-dest või tavalistest PRD-dest on purunemiskettad mitte-lähtestatavad seadmed, mis on loodud koheselt lõhkema, kui siserõhk jõuab kriitilise piirini. Nende esmane eesmärk on pakkuda katastroofiliste sisemiste rikete korral piirkonna kiiret täielikku -ventilatsiooni.

 

Kuna purunenud kettad tuleb pärast kasutamist välja vahetada, on need tavaliselt ette nähtud:

• Suured jõutrafod
• Ahjutrafod
• Veojõutrafod
• Kõrge rikketaseme{0}}tööstussüsteemid

Inseneripraktikas esindavad purunemiskettad mehaanilise survekaitse kõrgeimat taset.

4. Trafo tõrketuvastusseadmed

 

4.1 Sisemine veadetektor (IFD)

Sisemisi tõrkedetektoreid (IFD-sid) kasutatakse laialdaselt post{0}}kinnitatud ja polsterdatud-trafodel lihtsa, kuid väga tõhusa väliohutusseadmena.

IFD tuvastab järsu siserõhu tõusu, mis on põhjustatud trafo paagi sees esinevatest kaarhäiretest. Kui see on aktiveeritud, hüppab välja erksavärviline visuaalne indikaator, mis võimaldab kommunaalteenuste meeskondadel kohe tuvastada, et trafos on tekkinud sisemine rike ja seda ei tohiks uuesti{1}}pingestada.

 

Kaasaegsete IFD-süsteemide üks peamisi eeliseid on see, et paljud konstruktsioonid integreerivad samasse seadmesse trafokoostudes oleva standardse IEEE või CSA-ga ühilduva PRV-d, kombineerides:

• Surve leevendamine
• Vea indikatsioon

ühtseks kompaktseks struktuuriks.

 

IFD-sid kasutatakse tavaliselt:

• Ühefaasilised-poolusega-paigaldatud trafod
• Kolme-faasilise poolusega-paigaldatud trafod
• Pad{0}}paigaldatud trafod
• Väikesed alajaama trafod

Võrreldes SPR-süsteemidega on IFD-d lihtsamad, ökonoomsemad ja sobivad eriti hästi levitamis{0}}taseme rakendusteks.

4.2 Äkksurverelee (SPR / RPR)

 

Neid süsteeme kasutatakse tavaliselt:

• Keskmise võimsusega trafod
• Suured jõutrafod
• Alaldi trafod
• Ahjutrafod
• Veojõutrafod

 

Võrreldes IFD-dega pakuvad kiire rõhutõusu releekaitsesüsteemid kiiremat elektrilist integreerimist ja sobivad paremini kriitiliste kommunaal- ja tööstuslike rakenduste jaoks.

4.3 Buchholzi relee

Buchholzi relee on gaasi- ja õli-voolu-juhitav rikketuvastusseade, mida kasutatakse konservaator-tüüpi trafodes.

Erinevalt SPR- ja IFD-süsteemidest, mis reageerivad peamiselt rõhumuutustele, tuvastavad Buchholzi releed sisemised vead järgmiselt:

• Gaasi kogunemine
• Õli tõusulaine liikumine

 

Relee töötab tavaliselt kahes etapis:

• Alarm algavate rikete korral
• Väljasõit tõsiste sisemiste vigade korral

 

Buchholzi releed kasutatakse laialdaselt:

• Konservaator{0}}tüüpi üksuse alajaamad
• Keskmise võimsusega trafod
• Suured jõutrafod

 

Kuna Buchholzi releed suudavad tuvastada aeglaselt arenevaid isolatsioonivigu, jäävad need üheks kõige olulisemaks veatuvastusseadmeks suurtes õliga täidetud{0}}trafodes.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Kaitsehierarhia inseneripraktikas

 

Päris traforakendustes ei kasutata neid seadmeid kõigis trafoklassides võrdselt. Selle asemel muutuvad kaitsesüsteemid järk-järgult arenenumaks, kui trafo suurus ja rikkeenergia suurenevad.

 

Tabel 2 – tüüpiline kaitseseadme rakendus trafoklasside järgi

See kihiline konfiguratsioon peegeldab tehnilist põhimõtet, et trafo kaitse areneb põhilisest mehaanilisest rõhulangusest integreeritud mehaaniliste ja elektriliste rikkekaitsesüsteemide suunas.

6. Järeldus

 

Kaasaegne trafo ohutuskonstruktsioon põhineb rõhulangetamise ja rikete tuvastamise süsteemide koordineerimisel, mitte ühele seadmele tuginemisel.

PRV-d ja PRD-d tagavad kontrollitud mehaanilise rõhu vähendamise tavalistes ja ebatavalistes töötingimustes. Rebenemiskettad pakuvad ülimat hädakaitset katastroofiliste rikete korral. IFD-d ja äkilise rõhu releesüsteemid tuvastavad sisemiste elektriliste rikete põhjustatud järsu rõhutõusu, samas kui Buchholzi releed jälgivad gaasi teket ja õli liikumist, mis on seotud isolatsioonitõrgetega.

Üheskoos moodustavad need seadmed mitmekihilise trafo kaitsearhitektuuri, mis parandab töökindlust, personali ohutust ja rikete eraldamise võimet jaotus-, tööstus- ja elektritoitesüsteemides.