Transformator jest kluczowym elementem systemu elektroenergetycznego i konieczne jest wdrożenie systemów zabezpieczeń zapewniających jego bezpieczną i niezawodną pracę. Schematy zabezpieczeń transformatorów mają na celu wykrywanie i reagowanie na nietypowe warunki pracy, takie jak przeciążenia, zwarcia i awarie izolacji, w celu zapobiegania uszkodzeniom sprzętu i przestojom systemu elektroenergetycznego. W tym artykule dokonamy przeglądu różnych schematów ochrony transformatorów stosowanych w branży, w tym ich zasad, urządzeń i zastosowań.
Zabezpieczenie różnicowe jest jednym z najpowszechniejszych i powszechnie stosowanych schematów ochrony transformatorów. Działa na zasadzie porównywania prądu wpływającego i wypływającego z uzwojeń transformatora. Jeśli w chronionej strefie wystąpi awaria, prąd będzie niezrównoważony, a przekaźnik różnicowy zadziała, aby wyłączyć transformator. Zabezpieczenie różnicowe zapewnia wysoką czułość na zwarcia wewnętrzne i jest odporne na zwarcia przelotowe i zakłócenia zewnętrzne. Jest zwykle stosowany w dużych transformatorach mocy i jest skuteczny w wykrywaniu początkowych usterek i uszkodzeń izolacji.
Przekaźnik Buchholza jest specjalistycznym urządzeniem zabezpieczającym montowanym w rurociągu pomiędzy kadzią transformatora a konserwatorem. Został zaprojektowany do wykrywania początkowych usterek, takich jak uszkodzenie izolacji, przegrzanie i obecność powietrza lub gazu w oleju transformatorowym. Przekaźnik działa na zasadzie przepływu gazu i oleju ze względu na zwarcie wewnętrzne. Kiedy wystąpi awaria, w kadzi transformatora wytwarzany jest gaz, powodując, że przepływ oleju przesuwa pływak w przekaźniku, co z kolei powoduje wyłączenie transformatora. Ochrona Buchholza jest szczególnie skuteczna w wykrywaniu usterek w transformatorach zanurzonych w oleju i jest opłacalnym sposobem zapobiegania katastrofalnym awariom transformatorów.
Zabezpieczenie nadprądowe jest podstawowym schematem stosowanym do ochrony transformatorów przed przeciążeniami i zwarciami. Działa poprzez monitorowanie prądu przepływającego przez uzwojenia transformatora i wyzwalanie wyłącznika, jeśli prąd przekroczy wstępnie zdefiniowany próg. Ochronę nadprądową można wdrożyć za pomocą różnych urządzeń, takich jak przekaźniki nadprądowe, przekaźniki elektroniczne i cyfrowe systemy zabezpieczające. Jest niezbędny do zabezpieczenia transformatorów przed uszkodzeniami termicznymi spowodowanymi długotrwałymi przeciążeniami i zwarciami.
Monitorowanie gazu i temperatury jest istotnym aspektem ochrony transformatora, ponieważ zapewnia wczesne ostrzeganie o usterkach wewnętrznych i degradacji izolacji. Monitorowanie gazów obejmuje wykrywanie i analizę gazów wytwarzanych w oleju transformatorowym w wyniku wyładowania łukowego, przegrzania i uszkodzenia izolacji. Typowe gazy wadliwe obejmują metan, etylen i wodór, które wskazują na określone typy usterek. Z kolei monitorowanie temperatury polega na wykorzystaniu czujników do pomiaru temperatury uzwojeń transformatora oraz oleju. Nienormalny wzrost temperatury może wskazywać na awarię wewnętrzną lub stan przeciążenia i może zostać wykorzystany do zainicjowania działań ochronnych, takich jak zapowiedź alarmu lub wyłączenie.
Zabezpieczenie przed nadmiernym napływem ma na celu ochronę transformatorów przed nadmiernym poziomem strumienia magnetycznego, który może prowadzić do nasycenia rdzenia i przegrzania. Nadmierne natężenie prądu może wystąpić podczas zakłóceń systemu, zasilenia nieobciążonych transformatorów lub w warunkach niskiego współczynnika mocy. Schemat zabezpieczenia zazwyczaj obejmuje zastosowanie dedykowanego przekaźnika nadprądowego, który mierzy przebiegi napięcia i prądu na zaciskach transformatora i wyłącza transformator, jeśli poziomy strumienia przekraczają dopuszczalne limity. Zabezpieczenie przed nadmiernym strumieniem jest niezbędne, aby zapobiec uszkodzeniu rdzenia i zapewnić długoterminową niezawodność transformatora.
Podsumowując, systemy ochrony transformatorów odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu bezpiecznej i wydajnej pracy transformatorów mocy. Zabezpieczenie różnicowe, zabezpieczenie Buchholza, zabezpieczenie nadprądowe, monitorowanie gazu i temperatury oraz zabezpieczenie przed przegrzaniem to tylko kilka przykładów różnorodnego zakresu dostępnych schematów ochrony transformatorów. Każdy schemat ma swoje unikalne zasady, urządzenia i zastosowania, które współpracują ze sobą, aby zapewnić kompleksową ochronę przed różnymi warunkami awaryjnymi. Wdrażając odpowiednie systemy zabezpieczeń, zakłady użyteczności publicznej i obiekty przemysłowe mogą zminimalizować ryzyko awarii transformatorów i poprawić odporność swoich systemów elektroenergetycznych.
.