Transformatörleri Nasıl Korursunuz? Transformatörleri doğru şekilde korumak, kullanım ömrünü uzatabilir.

Transformatör, sürekli çalışan, daha güvenilir ve arıza olasılığı daha düşük olan statik bir ekipmandır. Ancak transformatörlerin büyük çoğunluğu dış mekanlara kurulduğundan ve çalışma sırasında yüke ve güç sistemindeki kısa devre arızasının etkisine maruz kaldığından, çalışma sürecinde çeşitli arızalar ve anormal durumlar kaçınılmazdır.

1. Transformatörlerde Sık Görülen Arızalar ve Anormallikler

Transformatör arızaları iç arızalar ve dış arızalar olmak üzere ikiye ayrılabilir.

İç arızalar, sargıların fazlar arası kısa devre arızaları, tek fazlı sargıların sargılar arası kısa devre arızaları, sargılar ile demir çekirdek arasındaki kısa devre arızaları ve sargı kopma arızaları gibi kasanın içinde meydana gelen arızaları ifade eder.

Dış arızalar, transformatörlerin dış iletken hatları arasında meydana gelen çeşitli faz kısa devre arızalarını ve iletken hat izolasyon burcunun gövde üzerinden atlama yapması sonucu oluşan tek fazlı topraklama arızalarını ifade eder.

Transformatör arızası büyük zararlara yol açar. Özellikle iç arıza meydana geldiğinde, kısa devre akımının oluşturduğu yüksek sıcaklıktaki ark, transformatör sargısının yalıtımını ve demir çekirdeğini yakmakla kalmaz, aynı zamanda transformatör yağının ayrışmasına ve çok miktarda gaz üretmesine neden olarak transformatör gövdesinde deformasyona ve hatta patlamaya yol açabilir. Bu nedenle, transformatör arızalandığında mutlaka sökülmelidir.

Transformatördeki anormallikler başlıca aşırı yüklenme, yağ seviyesinin düşmesi, aşırı akımdan kaynaklanan harici kısa devre, çalışma halindeki transformatör yağı sıcaklığının çok yüksek olması, sargı sıcaklığının çok yüksek olması, transformatör basıncının çok yüksek olması ve soğutma sistemi arızasıdır. Transformatörde anormallik olduğunda alarm sinyali verilmelidir.

İki, transformatör koruma yapılandırması

Kısa devre arızasına karşı başlıca koruma yöntemleri: boyuna diferansiyel koruma, ağır gaz koruması vb.

Kısa devre arızası yedek koruması: esas olarak bileşik gerilim kilitlemeli aşırı akım koruması, sıfır sıralı (yönlü) aşırı akım koruması, düşük empedans koruması vb.

Anormal çalışma koruması: başlıca aşırı yük koruması, aşırı uyarma koruması, hafif gaz koruması, nötr boşluk koruması, sıcaklık, yağ seviyesi ve soğutma sistemi arızası koruması.

Üçüncüsü, elektriksiz koruma

Yağ, gaz, sıcaklık ve diğer elektrik dışı hacimlerden oluşan transformatör koruma sistemine elektrik dışı koruma denir. Başlıca türleri gaz koruması, basınç koruması, sıcaklık koruması, yağ seviyesi koruması ve soğutucu durdurma korumasıdır. Elektrik dışı koruma, sahanın gerektirdiği şekilde devreyi keser veya sinyal gönderir.

1. Gaz koruması

Transformatörde iç arıza meydana geldiğinde, kısa devre akımı ve kısa devre noktası arkının etkisiyle transformatörün içinde çok miktarda gaz oluşur ve aynı zamanda transformatör yağının akış hızı da artar. Gaz ve yağ akışının birlikte kullanılmasıyla sağlanan koruma yöntemine gaz koruması denir.

(1) Hafif gaz koruması: Transformatörün içinde hafif bir arıza veya anormallik meydana geldiğinde, arıza noktasının yerel aşırı ısınması kısmi yağ genleşmesine neden olur ve yağdaki gaz kabarcıklar oluşturarak gaz rölesine girer. Hafif gaz koruma eylemi hafif gaz sinyali gönderir.

(2) Ağır gaz koruması: Transformatör tankında ciddi bir arıza meydana geldiğinde, arıza akımı büyüktür ve ark, transformatör yağının büyük miktarlarda ayrışmasına neden olarak büyük miktarda gaz ve yağ akışına yol açar. Darbe bölmesi, ağır gazın koruyucu eylemi izlemesini sağlar, ağır gaz sinyali ve çıkış tetikleyicisi gönderir ve transformatör kesilir.

(3) Ağır gaz koruması, transformatörün çeşitli iç arızalarını yansıtabilen yakıt deposunun iç arızasının ana korumasıdır. Transformatörde birkaç sargıdan sargıya kısa devre meydana geldiğinde, arıza akımı çok büyük olsa da, diferansiyel korumada üretilen diferansiyel akım büyük olmayabilir ve diferansiyel koruma çalışmayı reddedebilir. Bu nedenle, transformatör iç arızaları için, arızaları gidermek için ağır gaz korumasına güvenmek gereklidir.

Resim

2, basınç koruması

Basınç koruması, transformatör tankının iç arızalarına karşı da ana koruma yöntemidir. Basınç tahliyesi ve basınç değişimi koruması ile transformatör yağının basıncını yansıtmak için kullanılır.

3. Sıcaklık ve yağ seviyesi koruması

Transformatör sıcaklığı uyarı değerine yükseldiğinde, sıcaklık koruma sistemi alarm sinyali gönderir ve yedek soğutucuyu devreye sokar.

Transformatörde yağ sızıntısı olduğunda veya başka nedenlerle yağ seviyesi düştüğünde, yağ seviyesi koruma sistemi devreye girer ve alarm sinyali gönderilir.

4, soğutucunun tüm durdurma koruması

Çalışmakta olan tüm transformatör soğutucuları durduğunda, transformatörün sıcaklığı yükselir. Zamanında müdahale edilmezse, transformatör sargılarının izolasyonu hasar görebilir. Bu nedenle, transformatör çalışırken tüm soğutucular durduğunda, koruma sistemi alarm sinyali gönderir ve uzun bir gecikmeden sonra transformatörü devre dışı bırakır.

Dört, diferansiyel koruma

Transformatör diferansiyel koruması, transformatörün elektrik akımının ana koruma sistemidir ve koruma kapsamı, transformatörün her iki tarafındaki akım bölgesini kapsar. Bu bölgede sargılar arası kısa devre, sargı içi kısa devre ve diğer arızalar meydana geldiğinde diferansiyel koruma devreye girer.

1, transformatör ani akımı

Transformatörün devreden çıkarılmasıyla oluşan alan akımına alan ani akımı denir. Uyarı ani akımının büyüklüğü, transformatör yapısı, kapanma açısı, kapasite, kapanmadan önceki kalıcı manyetik alan ve diğer faktörlerle ilişkilidir. Ölçümler, ani akımın genellikle nominal akımın 2 ila 6 katı olduğunu ve maksimum değerin nominal akımın 8 katından fazla olduğunu göstermektedir. Ani akım sadece şarj tarafında transformatöre aktığı için, diferansiyel devrede büyük bir diferansiyel akım oluşturarak diferansiyel koruma arızasına neden olur.

Ani akım aşağıdaki özelliklere sahiptir: a. Ani akımın değeri çok büyüktür ve belirgin periyodik olmayan bir bileşen içerir; b. Dalga formu sivri ve süreksizdir; c. Özellikle ikinci harmonik bileşen olmak üzere belirgin yüksek dereceli harmonik bileşen içerir; d. Uyarıcı ani akım zayıflar.

Yukarıda belirtilen ani akım özelliklerine göre, ani akımın transformatör diferansiyel korumasının arızalanmasına neden olmasını önlemek için projede üç prensip kullanılmaktadır: yüksek ikinci harmonik içeriği, dalga biçimi asimetrisi ve dalga biçimi süreksizlik açısı; bu prensipler diferansiyel korumanın kilitlenmesini sağlamaktadır.

2. İkinci harmonik frenleme prensibi

İkinci harmonik frenlemenin özü, diferansiyel akımın arıza akımı mı yoksa ani akım mı olduğunu belirlemek için diferansiyel akımın ikinci harmonik bileşenini kullanmaktır. İkinci harmonik bileşenin temel bileşene oranı belirli bir değerden (genellikle %20) büyük olduğunda, diferansiyel akımın ani akımdan kaynaklandığına karar verilir ve diferansiyel koruma devre dışı bırakılır.

Dolayısıyla, ikinci harmonik frenleme oranı ne kadar büyük olursa, izin verilen temel dalgada bulunan ikinci harmonik akım o kadar fazla olur ve frenleme etkisi o kadar kötüleşir.

3, diferansiyel hızlı kırılma koruması

Transformatörün içinde ciddi bir arıza meydana geldiğinde ve arıza akımı akım trafosunun doygunluğuna yol açacak kadar büyük olduğunda, akım trafosunun sekonder akımı da çok sayıda harmonik bileşen içerir. Yukarıdaki açıklamaya göre, ikinci harmonik frenleme nedeniyle diferansiyel korumanın kilitlenmesi veya gecikmesi muhtemeldir. Bu durum transformatöre ciddi zarar verecektir. Bu sorunu çözmek için genellikle diferansiyel hızlı kesme koruması kurulur.

Diferansiyel hızlı kesme elemanı aslında boyuna diferansiyel korumanın yüksek sabit diferansiyel elemanıdır. Genel diferansiyel elemandan farklı olarak, diferansiyel akımın etkin değerini yansıtır. Diferansiyel akımın dalga biçimi ne olursa olsun, harmonik bileşenin büyüklüğü ne olursa olsun, diferansiyel akımın etkin değeri diferansiyel hızlı kesme ayar değerini (genellikle diferansiyel koruma ayar değerinden daha yüksek) aştığı sürece, uyarma ani akımı ve diğer kriterlerin kilitlenmesi olmadan transformatörü hemen devre dışı bırakır.

Beşinci olarak, transformatör yedek koruması

Transformatörün ana koruma yöntemleri kısaca tanıtıldıktan sonra, transformatörün yedek koruma yöntemlerine geçilecektir. Transformatörlerin birçok yedek koruma konfigürasyonu bulunmaktadır. Burada, çift gerilim kilitlemeli aşırı akım koruması ve topraklama koruması olmak üzere iki tip transformatör yedek koruma yöntemini kısaca tanıtacağız.

1, çift basınç kilitlemeli aşırı akım koruması

Bileşik gerilim kilitlemeli aşırı akım koruması, büyük ve orta ölçekli transformatörler arasındaki kısa devre arızasına karşı yedek koruma sağlar. Aşırı akım korumasının hassasiyet gereksinimlerini karşılayamadığı yükseltici transformatörler, sistem bağlantı transformatörleri ve alçaltıcı transformatörler için uygundur. Negatif sıralı gerilim ve düşük gerilimden oluşan bileşik gerilim, koruma aralığındaki çeşitli arızaları yansıtabilir, aşırı akım korumasının ayar değerini düşürebilir ve hassasiyeti artırabilir.

Bileşik gerilim aşırı akım koruması, bileşik gerilim elemanı, aşırı akım elemanı ve zaman elemanından oluşur. Korumanın erişim akımı, transformatörün yerel tarafındaki üç fazlı ikincil akım trafosu akımıdır ve erişim gerilimi, transformatörün yerel tarafındaki veya diğer taraflarındaki üç fazlı ikincil transformatör gerilimidir. Mikrobilgisayar koruması için, bu tarafın gerilimi yazılım aracılığıyla diğer taraflara sağlanabilir, böylece transformatörün herhangi bir tarafındaki bakımda bile karmaşık gerilim aşırı akım koruması kullanılabilir. Çalışma mantığı aşağıda gösterilmiştir.

2, transformatör topraklama koruması

Büyük ve orta ölçekli transformatörlerin topraklama kısa devre arızasına karşı yedek koruma sistemleri genellikle şunlardır: sıfır dizi aşırı akım koruması, sıfır dizi aşırı gerilim koruması, boşluk koruması vb. Aşağıda, nötr noktaya dayalı üç farklı topraklama modunun kısa bir tanıtımı verilmiştir.

(1) Tarafsız nokta doğrudan topraklanmıştır

Gerilimi 110 kV ve üzeri olan ve nötr noktası doğrudan topraklanmış transformatörlerde, topraklama arızasını yansıtacak şekilde yüksek akım topraklama sisteminin tarafına sıfır dizili akım koruması yerleştirilmelidir. Hem yüksek hem de orta taraflardan doğrudan topraklanmış transformatörlerde ise sıfır dizili akım koruması her bir yan bara yönünde olmalıdır.

Sıfır dizi akımı koruma prensibi, hat sıfır dizi korumasına benzerdir (bkz. 30. konu). Sıfır dizi akımı, nötr noktasının sekonder akım trafosu akımından veya yerel tarafın sekonder üç fazlı akım trafosu akımından elde edilebilir. Yönlendirme elemanına bağlı sıfır dizi gerilimi, yerel tarafın PT açma üçgeni geriliminden veya yerel tarafın sekonder üç fazlı geriliminden elde edilebilir. Mikrobilgisayar koruma cihazında, çoğunlukla kendi üretimimiz olan yöntem kullanılır.

Büyük üç sargılı transformatörler için sıfır dizi akımı koruması üç kademeli olabilir. I ve II. bölümlerde bir yönlendirme varken, III. bölümde yönlendirme yoktur. Her bölüm genellikle iki kademeli bir gecikmeye sahiptir; daha kısa gecikme arıza aralığını azaltmak (bus atlama veya yerel anahtar) için, daha uzun gecikme ise transformatörü devre dışı bırakmak (üç taraflı atlama anahtarı) içindir. Spesifik koruma konfigürasyonu, gerçek duruma bağlıdır.

Şekilde gösterildiği gibi, I veya II bölümünde sıfır dizi yönlü akım korumasının çalışmasından sonra, arızanın etki alanını azaltmak için önce kısa gecikmeli t1 veya T3 bara veya yerel şalter atlanmalıdır. Arıza miktarı hala mevcutsa, transformatör uzun gecikmeli t2 veya T4 üç yollu şalter ile kesilmelidir. Yönlendirme olmayan III bölümünde ise transformatör gecikme ile doğrudan devreden çıkarılır.

(2) nötr nokta topraklanmamıştır

Sıfır dizi akımı, transformatörün nötr noktasından geçerek sıfır dizi döngüsünü oluşturur. Ancak, transformatörün tüm nötr noktaları topraklanırsa, topraklama noktasındaki kısa devre akımı her transformatöre dağılır ve bu da sıfır dizi aşırı akım korumasının hassasiyetinin azalmasına neden olur. Bu nedenle, sıfır dizi akımını belirli bir aralıkta sınırlamak için, nötr noktasına topraklanan transformatör sayısı düzenlenir.

Topraklanmamış transformatörlerde, topraklama arızası meydana geldiğinde arıza noktasındaki boşluk arkının transformatöre aşırı gerilim hasarı vermesini önlemek için sıfır dizili gerilim koruması yapılandırılmalıdır.

Tamamen yalıtımlı transformatör, nötr noktasının yüksek yalıtım seviyesi nedeniyle, sistemde topraklama hatası oluştuğunda, önce sıfır dizili akım koruması devreye girerek nötr nokta topraklama transformatörünü devreden çıkarır; hata hala devam ediyorsa, daha sonra sıfır dizili gerilim koruması devreye girerek nötr nokta topraklanmamış transformatörü devreden çıkarır.

(3) Nötr nokta, deşarj boşluğu yoluyla topraklanır.

Tüm yüksek gerilim transformatörleri yarı yalıtımlıdır ve nötr bobinin toprağa olan yalıtımı diğer kısımlara göre daha zayıftır. Nötr yalıtımı arızaya yatkındır. Bu nedenle, mesafe koruması yapılandırmanız gerekir.

Boşluk korumasının görevi, topraklanmamış transformatör izolasyonunun nötr noktasının güvenliğini korumaktır.

Görselde gösterildiği gibi, transformatörün nötr noktası ile toprak arasına bir arıza aralığı yerleştirilmiştir. Topraklama izolasyon şalteri kapatıldığında, transformatör doğrudan topraklanır ve sıfır dizi aşırı akım koruması devreye girer. Topraklama izolasyon şalteri devre dışı bırakıldığında, transformatör aralık üzerinden topraklanır ve aralık korumasına geçer.

Aralık koruması, transformatörün nötr noktasından geçen aralık akımı 3I0 ve bara PT'nin açma üçgeni gerilimi 3U0'ın kriter olarak kullanılmasıyla gerçekleştirilir.

Arızanın bulunduğu yere göre nötr noktanın gerilimi yükselirse, büyük bir aralık akımı 3I0'a neden olan aralık arızası meydana gelir; bu durumda, transformatör devreden çıkarıldıktan sonra bir süre aralık koruma işlemi gerçekleşir. Ayrıca, sistemde topraklama arızası olduğunda, nötr nokta topraklama işlemi transformatörünün sıfır dizi koruma işlemi gerçekleşir ve önce nötr nokta topraklama transformatörü devreden çıkarılır. Sistem topraklama noktasını kaybettikten sonra, arıza hala devam ediyorsa, bara PT'nin açık üçgen gerilimi 3U0 büyük olacaktır ve bu durumda da aralık koruma işlemi devreye girecektir.

Kaynak: Power Pulpit