Sistemi za rasterećenje pritiska transformatora i detekciju kvarova

​​​​​​​

 

1. Uvod

 

Kod transformatora{0}}uronjenih u ulje, unutrašnje promjene pritiska su normalan dio rada. Kako se transformatorsko ulje zagrijava i hladi tokom ciklusa punjenja, zatvoreni plinski prostor unutar spremnika se širi i skuplja, uzrokujući postepene fluktuacije tlaka unutar kućišta transformatora. U normalnim radnim uslovima, ove promene pritiska se javljaju sporo i uglavnom su povezane sa varijacijama temperature okoline i opterećenjem transformatora.

Međutim, unutrašnji električni kvarovi stvaraju potpuno drugačije ponašanje pritiska. Događaji kao što su kvarovi namotaja ili unutrašnji luk mogu brzo razgraditi izolaciono ulje u gas, stvarajući iznenadni talas pritiska unutar rezervoara. Budući da se ovi porasti pritiska-generisanog kvarom dešavaju unutar milisekundi, transformatori zahtijevaju ne samo uređaje za rasterećenje pritiska, već i namjenske sisteme za otkrivanje kvarova koji mogu identificirati abnormalno ponašanje tlaka prije nego što dođe do katastrofalnog kvara rezervoara.

Iz tog razloga, moderni sistemi zaštite transformatora općenito se dijele u dvije glavne kategorije:

• Sistemi za smanjenje pritiska
• Sistemi za detekciju kvarova

Ova slojevita filozofija zaštite se široko odražava u IEEE C57 standardima i IEC 60076 praksi dizajna transformatora.

 

2. Rasterećenje pritiska naspram otkrivanja greške

 

Iako se termini "rasterećenje pritiska" i "detekcija kvara" ponekad koriste naizmjenično u industriji transformatora, oni služe fundamentalno različitim funkcijama.

Transformatorski uređaj za rasterećenje pritiska je dizajniran da fizički otpusti prekomjerni pritisak u rezervoaru kako bi se spriječila mehanička deformacija ili pucanje spremnika transformatora. Ovi uređaji reaguju prvenstveno na veličinu pritiska i čine osnovu sistema zaštite od pritiska transformatora.

Uređaji za detekciju kvarova, s druge strane, prate brzinu ili karakteristike promjene tlaka povezane s unutrašnjim električnim kvarovima. Umjesto da ispuštaju tlak, oni generiraju alarm ili signale okidanja kako bi izolirali transformator od elektroenergetskog sistema.

Ova razlika postaje sve važnija kako se povećava veličina transformatora i nivo energije kvara.

 

Tabela 1 – Razlika između rasterećenja pritiska i detekcije kvara

3. Transformatorski uređaji za rasterećenje pritiska

 

3.1 Ventil za smanjenje pritiska (PRV)​​​​​​​

Ventil za otpuštanje pritiska je dizajniran da zaštiti rezervoar transformatora od preteranog pritiska unutra. Kada pritisak u rezervoaru dostigne pritisak otpuštanja, ventil će se automatski otvoriti kako bi ispustio gas sve dok pritisak ne padne na siguran pritisak. Osim toga, kad god je to potrebno, korisnicima je dozvoljeno da ručno upravljaju ventilom za smanjenje tlaka u primjenama transformatora povlačenjem radnog prstena kako bi se smanjio unutarnji tlak.

Prema IEEE praksi, tipičan pritisak pucanja za dizajn PRV transformatora je približno 10 PSIG ±2 PSIG, dok CSA aplikacije često koriste niže postavke pritiska. Nakon spuštanja pritiska, ventil za smanjenje pritiska u transformatorskim sistemima se automatski ponovo zatvara kako bi se održao integritet rezervoara transformatora.

 

Zbog svoje jednostavne konstrukcije i pouzdanog rada, PRV se široko koristi u:

• Transformatori za stub{0}}
• Transformatori postavljeni na pod{0}}
• Uljni{0}}razvodni transformatori
• Male jedinične trafostanice

 

U poređenju sa većim transformatorskim PRD sistemima, PRV su generalno poželjniji za transformatore niže kVA gde je porast pritiska relativno umeren i predvidljiv. U mnogim primenama distributivnih transformatora, PRV ventil u rezervoarima transformatora ostaje najčešći oblik osnovne mehaničke zaštite od pritiska.

3.2 Uređaj za rasterećenje pritiska (PRD)

Uređaji za rasterećenje pritiska (PRD) služe u suštini istoj svrsi kao i ventili za smanjenje pritiska (PRV): štite rezervoar transformatora od preteranog unutrašnjeg pritiska. Međutim, u praksi se PRD-ovi češće povezuju sa većim nazivnim snagama. Obično ne vidite PRD instaliran na transformatorima ispod oko 1500 kVA, iako tehnički nema ništa loše u korištenju jednog na manjim jedinicama ako aplikacija to zahtijeva.

Većina PRD-ova je montirana na vrhu rezervoara transformatora, gde se unutrašnji gas ili nagomilani pritisak mogu brzo osloboditi tokom stanja kvara.

Terminologija može biti zbunjujuća jer se "uređaj za rasterećenje pritiska" često koristi kao opšti industrijski termin za PRV i PRD uređaje. U većini slučajeva, PRV se koriste na manjim distributivnim transformatorima, dok su PRD češći na većim jedinicama ili aplikacijama koje zahtijevaju brži odgovor na pritisak i indikaciju kvara.

Transformatorski uređaj za rasterećenje pritiska obavlja istu osnovnu funkciju kao PRV - oslobađajući prekomjerni unutrašnji pritisak -, ali je tipično dizajniran sa većom sposobnošću protoka, brzim vremenom odziva, pouzdanim performansama ponovnog zaptivanja i opcijskim funkcijama alarma ili nadzora. Napredni PRD dizajni pružaju precizan pritisak otvaranja, kratko vrijeme rada, pouzdane dugoročne-izvedbe na otvorenom i efikasnu zaštitu od prodora vlage, prašine i zraka, pomažući u održavanju pozitivnog tlaka u rezervoaru i poboljšanju operativne pouzdanosti transformatora.

 

Jedna od glavnih prednosti PRD-ova{0}}na poklopcu je mogućnost praćenja. Mnogi sklopovi uređaja za rasterećenje pritiska transformatora uključuju:

• Vizuelni semafori ili indikatori rada
• Udaljeni alarmni kontakti
• SCADA{0}}kompatibilni izlazi za praćenje

 

Ovo čini PRD-ove posebno pogodnim za komunalne podstanice i industrijske energetske sisteme gdje je potreban daljinski nadzor.

PRD se obično primjenjuju u:

• Transformatori jediničnih trafostanica
• Transformatori srednje snage
• Veliki energetski transformatori
• Transformatori komunalnih trafostanica​​​​​​

 

Za veće komunalne aplikacije, inženjeri često biraju transformatorski raspored uređaja za rasterećenje pritiska umjesto manjeg PRV-a zbog veće energije unutrašnjeg kvara i količine ulja.

3.3 Rupture Disc

Diskovi za pucanje se obično koriste kao krajnji uređaji za rasterećenje pritiska u nuždi u primjenama visoko{0}}energetskih transformatora.

Za razliku od PRV-a ili standardnih PRD-ova, diskovi za rupture su uređaji koji se-ne mogu resetovati, dizajnirani da se momentalno rasprsnu kada unutrašnji pritisak dostigne kritičnu granicu. Njihova primarna svrha je da omoguće brzu potpunu-ventilaciju područja tokom katastrofalnih unutrašnjih kvarova.

 

Budući da se diskovi za pucanje moraju zamijeniti nakon operacije, oni su obično rezervirani za:

• Veliki energetski transformatori
• Pećni transformatori
• Trakcioni transformatori
• Industrijski sistemi{0}}visokog nivoa greške

U inženjerskoj praksi, diskovi od pucanja predstavljaju najviši nivo mehaničke zaštite od pritiska.

4. Uređaji za detekciju grešaka transformatora

 

4.1 Detektor unutrašnje greške (IFD)

Interni detektori kvarova (IFD) se široko koriste na transformatorima-montiranim na stub-kao jednostavan, ali vrlo efikasan uređaj za sigurnost na terenu.

IFD detektuje iznenadni porast unutrašnjeg pritiska uzrokovan kvarovima u obliku luka unutar rezervoara transformatora. Kada se aktivira, iskoči vizuelni indikator jarkih boja, omogućavajući komunalnim ekipama da odmah identifikuju da je transformator doživio interni kvar i da ga ne treba ponovo{1}}davati.

 

Jedna od glavnih prednosti modernih IFD sistema je da mnogi dizajni integrišu standardni PRV koji je usklađen sa IEEE ili CSA u sklopovima transformatora u isti uređaj, kombinujući:

• Rasterećenje pritiska
• Indikacija greške

u jednu kompaktnu strukturu.

 

IFD se obično koriste u:

• Transformatori montirani na jedno-fazni{1} pol
• Tro-transformatori{1}}na stupovima
• Transformatori postavljeni na pod{0}}
• Mali transformatori podstanica

U poređenju sa SPR sistemima, IFD-ovi su jednostavniji, ekonomičniji i posebno pogodni za aplikacije{0}}na nivou distribucije.

4.2 Relej iznenadnog pritiska (SPR / RPR)

 

Ovi sistemi se obično koriste u:

• Transformatori srednje snage
• Veliki energetski transformatori
• Ispravljački transformatori
• Pećni transformatori
• Trakcioni transformatori

 

U poređenju sa IFD-ovima, sistemi zaštite releja za brzi porast pritiska obezbeđuju bržu električnu integraciju i pogodniji su za kritične komunalne i industrijske aplikacije.

4.3 Buchholz relej

Buchholz relej je uređaj za otkrivanje kvarova- i ulja-tokom{2}}koji se koristi u transformatorima tipa konzervatora{3}}.

Za razliku od SPR i IFD sistema, koji prvenstveno reaguju na promene pritiska, Buchholz releji otkrivaju unutrašnje kvarove kroz:

• Akumulacija gasa
• Kretanje prenapona ulja

 

Relej obično radi u dva stupnja:

• Alarm za početne kvarove
• Otkazivanje zbog ozbiljnih unutrašnjih kvarova

 

Buchholz releji se široko koriste u:

• Jedinične trafostanice tipa konzervator{0}}
• Transformatori srednje snage
• Veliki energetski transformatori

 

Zbog svoje sposobnosti da detektuju spore kvarove na izolaciji, Buchholz releji ostaju jedan od najvažnijih uređaja za detekciju kvarova u velikim transformatorima{0}}punjenim uljem.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Hijerarhija zaštite u inženjerskoj praksi

 

U stvarnim primjenama transformatora, ovi uređaji se ne koriste jednako u svim klasama transformatora. Umjesto toga, zaštitni sistemi postaju sve napredniji kako se veličina transformatora i energija kvara povećavaju.

 

Tablica 2 – Tipična primjena zaštitnih uređaja prema klasi transformatora

Ova slojevita konfiguracija odražava inženjerski princip da zaštita transformatora evoluira od osnovnog mehaničkog rasterećenja pritiska ka integrisanim mehaničkim i električnim sistemima zaštite od kvarova.

6. Zaključak

 

Savremeni sigurnosni dizajn transformatora zasniva se na koordinaciji sistema za rasterećenje pritiska i detekcije kvarova, a ne na oslanjanju na jedan uređaj.

PRV i PRD obezbeđuju kontrolisano mehaničko rasterećenje pritiska tokom normalnih i abnormalnih radnih uslova. Diskovi za pucanje pružaju vrhunsku zaštitu u hitnim slučajevima tokom katastrofalnih kvarova. IFD i sistemi releja za iznenadni pritisak detektuju nagli porast pritiska uzrokovan unutrašnjim električnim kvarovima, dok Buchholz releji prate stvaranje gasa i kretanje ulja povezano sa razvojem kvarova izolacije.

Zajedno, ovi uređaji formiraju više-slojnu arhitekturu zaštite transformatora koja poboljšava operativnu pouzdanost, sigurnost osoblja i sposobnost izolacije kvarova u distributivnim, industrijskim i komunalnim energetskim sistemima.