Zabezpieczenia

transformatorów

Wykonali: Jarosław Słodziński

Marek Milewski

Transformator jest bardzo ważnym

urządzeniem w energetyce, od niego

zależy bowiem głównie niezawodność

dostaw energii. Energia elektryczna

docierająca do odbiorcy średnio jest

pięciokrotnie transformowana.

Wszelkie stany awaryjne transformatora

mają wpływ na jakość dostarczanej

energii. Są przypadki, że z winy

transformatora duże obszary kraju nie

mają dostępu do energii elektrycznej.

Transformatory są elementami o małej

awaryjności. Statystyki wykazują, że ich

uszkodzenia liczone dla 100

transformatorów zdarzają się przeciętnie

2 razy w roku.   Dane dotyczące

skandynawskiego systemu NORDEL za

lata 1981-1990,nie odbiegające zresztą

od międzynarodowych statystyk

publikowanych przez CIGRE, wykazują, że

awaryjność wzrasta wraz z poziomem

napięcia znamionowego górnej strony

transformatora, ale jest niewielka.

Statystyki amerykańskiej IEEE, biorące pod
uwagę około 1000 uszkodzeń
transformatorów, jakie wystąpiły w latach
1975-1985, podają następujący procentowy
rozkład rodzajów uszkodzeń :

-uszkodzenia uzwojeń - 51%,
-uszkodzenia przełączników zaczepów - 19%,
-uszkodzenia izolatorów przepustowych - 9%,
-uszkodzenia przewodów wyjściowych - 6%,
-uszkodzenia rdzeni - 2%,
-inne uszkodzenia (kadzi, obieg oleju itp.)
-13%.

Statystyki podają również, że

przeciętnie około:

- 42% uszkodzeń jest wywołane
przyczynami mechanicznymi
- 35% przyczynami elektrycznymi
- 23% przyczynami cieplnymi.

Uszkodzenia mechaniczne wywoływane są

najczęściej przez :

- brak lub niepełne przeglądy okresowe
- zużycie się elementów
- warunki środowiskowe
- czynnik ludzki

Zapobiegnięcie im jest bardzo proste.

Wystarczy z odpowiednią dokładnością oraz

w odpowiednim czasie dokonywać

okresowych przeglądów, konserwacji oraz

napraw.

Uszkodzenia wywołane przez

przepływający prąd oraz przez wysoką

temperaturę są bardzo kosztowne i

niejednokrotnie konieczna jest wymiana

całego transformatora.

Rodzaje zabezpieczeń transformatorów

zestawiono w tabeli, Są one zróżnicowane

w zależności od mocy transformatora i

jego górnego napięcia.

Zabezpieczenie różnicowo prądowe

Działa na wyłączenie wszystkie wyłączników

łączących transformator z siecią zasilającą i

odbiorczą, zwłoka czasowa od 0,5 do 0,6s mierzy

prąd po obydwu stronach transformatora. W

przypadku zwarcia wewnątrz transformatora

prądy te znacznie różnią się od siebie co

powoduje zadziałanie zabezpieczenia.

Zabezpieczenie od zwarć zewnętrznych

jest zabezpieczeniem rezerwowym dla linii

wychodzących z transformatora. Stosuje się do
tego celu przekaźniki nadprądowe zwłoczne

lub odległościowe w jednostkach o napięciu

górnym 220 kV i 400 kV

Zabezpieczenie gazowo - przepływowe

Umieszcza się w połączeniu kadzi

transformatora z konserwatorem

1 -pływak

2 - płytka przepływowa

3 - łącznik rtęciowy

4-zawór odpowietrzający

5 -zawór spustowy

W – wyłączenie

S - sygnalizacja

Przekaźnik ten działa bądź w przypadku
uszkodzeń izolacji uzwojeń powodujących

gazowanie oleju bądź gdy poziom oleju

obniży się na skutek nieszczelności kadzi.

Przy mniejszych uszkodzeniach przekaźnik

uruchamia sygnalizację, przy większych

wyłącza transformator z pracy. Przekaźnik

charakteryzuje się sięgającym nawet do 50%

odsetkiem nieprawidłowych zadziałań.

Autotransformatory i transformatory o napięciu

górnym 400 kV, 220 kV, powinny mieć dwa

komplety zabezpieczeń podstawowych,

rezerwujących się wzajemnie,

transformatory o napięciu górnym <= 110 kV -

jeden komplet.

Czujniki temperatury

O ile bezpieczniki topikowe lub wyłączniki chronią, przed skutkami

przeciążeń i zwarć, to istnieje szereg czynników nieelektrycznych,

które mogą doprowadzić do przegrzania i uszkodzenia izolacji. Z

tego powodu dodatkowo umieszcza się w uzwojeniach czujniki

temperatury zależnie od aplikacji i potrzeb użytkownika.

Mogą być zastosowane czujniki wykonane jako:

• rezystancyjne (typu Pt),
• półprzewodnikowe (np. pozystory PTC),
• miniaturowe wyłączniki bimetalowe : NO – (normalnie otwarte) lub NC –

(normalnie zamknięte).

Umieszcza się je wewnątrz uzwojenia. Niektóre zastosowania np.
górnicze lub medyczne wymagają zamontowania nawet dwóch
rodzajów czujników w jednym uzwojeniu.
Przykład: za pomocą czujnika typu Pt100 realizowany jest ciągły
monitoring temperatury uzwojeń, a dodatkowo zamontowany
wyłącznik bimetalowy NO lub NC sygnalizuje przekroczenie
temperatury dopuszczalnej.

Jest to istotne z punktu widzenia
eksploatacji, ale przede wszystkim
korzystne dla wydłużenia żywotności
transformatora, gdyż stałe przegrzanie
izolacji o 5ºC powoduje dwukrotnie
szybsze skrócenie jej żywotności.

Przykład kolejności

montowanych

zabezpieczeń

Zabezpieczenia transformatora 110 kV/SN, 16

MVA

1 - zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne

od zwarć zewnętrznych (w 3 fazach)

2 - od przeciążeń (w 1 fazie)

3 - różnicowe stabilizowane od

zwarć wewnętrznych

4 gazowe i gazowo przepływowe

przełącznika zaczepów transformatora

5 - temperaturowe dwustopniowe

W

1

, W

2

– wyłączniki

SO - sygnalizacja ostrzegawcza

W wyłączenie (W

1

, W

2

)

ODR-2W - Ostatnia Deska

Ratunku

Obecnie wszystkie stacje wysokich napięć i

prawie wszystkie stacje transformatorowe

średnich napięć wyposażone są w

nowoczesne zabezpieczenia elektroniczne

rezerwowego zabezpieczania

transformatorów

Nastawialne wartości prądu rozruchowego i

opóźnienia zadziałania pozwalają na

selektywne nastawienie przekaźnika

zapewniające właściwe rezerwowanie

zabezpieczeń linii odpływowych SN, szyn

zbiorczych SN i transformatora

zasilającego 110 kV/SN.

Przekaźnik nadmiarowo – prądowy, typu ODR-2WA, zasilany jest

z zewnętrznych przekładników prądowych. Po przekroczeniu
przez prąd wartości rozruchowej przekaźnika rozpoczyna się

gromadzenie energii w dwóch zasobnikach kondensatorowych.

Z chwilą naładowania zasobników do wymaganego poziomu

napięcia następuje galwaniczne rozdzielanie obu zasobników, a

po upływie nastawionego czasu zasobniki zostają dołączone do

cewek wyłączających wyłączników. Prawidłowe działanie nie

jest uzależnione od zasilania napięciem pomocniczym, tym

samym przekaźnik ODR-2WA spowoduje prawidłowe wyłączenie

zabezpieczanego transformatora - także w przypadku gdy na

skutek zaniku pomocniczego napięcia stałego zawiodą

podstawowe zabezpieczenia transformatora i linii odpływowych

SN. Przekaźnik nadmiarowo – prądowy, typu ODR-2WA, jest

urządzeniem elektronicznym. Przekaźnik składa się z zespołu

transformatorów wejściowych, zespołu zasobników

kondensatorowych i zespołu pomiarowo – wykonawczego

zawierającego: układ rozruchowo – opóźniający, obwód kontroli

stanu zasobników energii i ograniczenia napięcia oraz elementy

wykonawcze.

Inne sposoby

zabezpieczania

transformatorów

Stosowanie bardzo szybkich

urządzeń do odłączania

obwodów zwartych

Należą tu szybki bezpieczniki i ograniczniki mocy

zwarciowej. Przerywają prąd zwarciowy w czasie

krótszym niż 1/4 okresu, nie dopuszczając do

przepływu maksymalnego prądu zwarciowego. W

Polsce w sieciach średnich i niskich napięć do

przerywania niedużych prądów zwarciowych stosuje

się bezpieczniki. Do przerywania dużych prądów

zwarciowych (do 40kA) w sieciach średnich napięć

stosuje się ograniczniki, w których najczęściej

przerwanie głównego toru prądowego następuje

dzięki wybuchowi ładunku pobudzonego przez układ

elektroniczny mierzący szybkość narastania prądu.

Transformatory niskich

napięć małych osiedli

mieszkalnych oraz wiejskie.

Zabezpieczeniem

transformatorów przed ich

przegrzaniem (wywołanym

przez przeciążenia jak i

zwarcia) są najczęściej

bezpieczniki topikowe.

Przy doborze wkładki topikowej jej istotnymi

parametrami jest prąd i rodzaj charakterystyki

czasowo-prądowej. Prąd znamionowy wkładki

topikowej po stronie pierwotnej, należy dobrać

bliski prądowi znamionowemu uzwojenia

pierwotnego transformatora i równy górnej

wartości najbliższej, znormalizowanej wkładki.

Istotnym parametrem transformatora

decydującym o doborze charakterystyki

czasowo-prądowej wkładki jest prąd

załączenia.Prąd załączenia transformatora

może osiągać wartość 20÷40 razy większą od

wartości znamionowej.

Przebieg prądu załączenia transformatora
typu: ET1MED-6,3 230V//230V (I1n=28A),
produkcji ELHAND

Dlatego dla transformatorów najlepiej
stosować wkładki topikowe o
charakterystyce zwłocznej gTr lub
bardziej dostępne w handlu gL/gG. W
przypadku transformatorów małej mocy
można zainstalować bezpieczniki
miniaturowe o charakterystyce typu TT
lub T.

Koniec

Dzięki za uwagę.