Ez az egyik olyan kérdés, amely egyszerűnek hangzik, de a lényegét érinti, hogyan fogja kitartani a transzformátor élettartamát. Egy villámlás után hívtak fel ügyfeleim, csalódottan, amiért a transzformátoruk meghibásodott, amikor az utcán lévő túlélte. A különbség általában egy dologban adódik: a túlfeszültség-tűrő képességben.
Beszéljünk arról, hogy ez valójában mit jelent, és miért változik az egységenként.
A túlfeszültség-tűrő képesség megértése
A túlfeszültség-tűrő képesség a száraz típusú transzformátor azon képességére utal, hogy képes kezelni a feszültségtranzienseket – a rövid időtartamú túlfeszültségeket, amelyek a normál üzemi szint többszörösét is elérhetik. Ezek nem a lassú túlterhelések, amelyek kioldják a megszakítókat. Mikroszekundumban mért eseményekről beszélünk: mérföldekkel távolabbi villámcsapás, amely feszültségcsúcsokat indukál a vonalon, kondenzátorbank kapcsolása, amely haladó hullámokat küld le az adagolón, vagy közüzemi megszakító műveletek, amelyek visszaverik a feszültségimpulzusokat a rendszeren keresztül.
Amikor egy túlfeszültség eléri a transzformátort, a szigetelési rendszert a menetek, a fázisok és a tekercsektől a földig terheli. A szigetelés vagy tart, vagy nem. Ha meghibásodik, fordulatról-fordulóra rövidzárlatot, fázis-fázis hibákat vagy tekercs-föld meghibásodást kap. Ezek bármelyike azt jelenti, hogy a transzformátor lekapcsol, és gyakran cserére, nem javításra szorul.
A túlfeszültség-tűrő képesség valójában mit mér
Gyakorlatilag a transzformátor túlfeszültség-állóságát az alapimpulzusszint (BIL) határozza meg. Ez egy 10 kV-hoz, 30 kV-hoz vagy 95 kV-hoz hasonló csúcsfeszültség-érték, amelyet a szabványos tesztelés során a szigetelőrendszernek túl kell élnie. A teszt hullámalakja egy 1,2/50 mikroszekundumos impulzus: 1,2 mikroszekundum alatt emelkedik fel a csúcsra, és 50 mikroszekundum alatt ennek felére csökken. Ez az alak közelíti azokat a tranziens feszültségeket, amelyeket a transzformátor lát villámlásból vagy kapcsolási eseményekből.
Ha lát egy száraz típusú transzformátort, amely 10 kV-os BIL-lel van megadva egy 600 V-os osztályú egységhez, vagy egy 95 kV-os BIL-hez egy 15 kV-os osztályú egységhez, akkor ez az a túlfeszültség, amelyet úgy terveztek, hogy szigetelési hiba nélkül ellenálljon. Ez nem azt jelenti, hogy a transzformátor „átmegy” a túlfeszültségen, és tovább működik – ez azt jelenti, hogy a szigetelési rendszer túléli az eseményt anélkül, hogy meghibásodna.
Miért számít ez a valós alkalmazásokban?
Itt látom a legtöbbször a zavart. Valaki azt feltételezi, hogy mivel egy transzformátor 480 V-ra van besorolva, képes kezelni egy pillanatnyi 1000 V-os kiugrást. És lehet, hogy egyszer. De a villámlás által kiváltott túlfeszültségek elérhetik a 6 kV-ot vagy magasabbat is az alacsony feszültségű rendszereken. Megfelelő BIL hiányában az esemény átüti a szigetelést.
A kereskedelmi épületekben a meghibásodott transzformátor azt jelenti, hogy a liftek leállnak, a HVAC leáll, és a bérlők idegesek lesznek. Az ipari üzemekben ez azt jelenti, hogy a gyártósorok elsötétednek, a nyersanyagok selejtté válnak, és a karbantartók túlóráznak. Maga a transzformátor költsége kicsi az általa okozott állásidőhöz képest.
Mi határozza meg valójában a túlfeszültség-tűrő képességet
Szigetelő anyagok és építés
A szigetelőrendszer az első védelmi vonal. Öntött műgyanta transzformátorokban, mint a miénkSC sorozatú száraz transzformátor- a tekercseket vákuumöntjük epoxiba, ellenőrzött körülmények között. Ez megszünteti az üregeket, ahol a részleges kisülés megindulhat. Maga az epoxi nagy dielektromos szilárdságú, de ugyanilyen fontos az is, hogy hogyan kötődjön a vezetőkhöz, és hogyan kezelik a belső térbeosztást a tekercsek végein.
A Nomex vagy hasonló anyagokat használó, szellőztetett száraz típusok esetében a rétegszigetelés és a kúszási távolság határozza meg, hogy a transzformátor mennyire bírja a túlfeszültséget. Az anyagok önmagukban jók, de a geometria – hogy a hullámnak milyen messzire kell haladnia a felületeken, hogyan koncentrálódik a mező a sarkokban – ugyanilyen fontos.
Tekercselés tervezése és feszültségosztályozása
Ez az a rész, amit kívülről nem lehet látni. Amikor a túlfeszültség belép a tekercsbe, az nem oszlik el egyenletesen. A kezdeti feszültségesés az első néhány fordulaton összpontosul. Ha a kanyarról fordulóra szigetelést nem erre a feszültségre tervezték, akkor az első fordulatok meghiúsulnak.
A jó konstrukciók olyan technikákat alkalmaznak, mint az átlapolt tekercsek vagy az árnyékolt indítófordulatok a feszültség egyenletesebb osztályozása érdekében. Ez egy mérnöki részletmunka, de elválasztja azokat a transzformátorokat, amelyek túlélik a túlfeszültséget, azoktól, amelyek nem.
Gyártási minőségA legjobb tervezés meghiúsul, ha rossz a végrehajtás. Az öntvényben lévő üregek, az inkonzisztens impregnálás vagy az összeszerelés során megsérült szigetelés gyenge pontokat hoz létre, ahol a túlfeszültségek utat találnak. Ezért tesztelünk minden egységet – nem csak a tervezési mintákat – részleges kisütésre. A hibákat még azelőtt felfogja, mielőtt terephibákká válnának.
Hogyan tesztelik a túlfeszültségtűrést
Az impulzustesztet nem kézi mérőműszerrel kell elvégezni. Ehhez egy impulzusgenerátorra van szükség, amely precíz időzítéssel és hullámalakkal tölti fel a kondenzátorokat és kisüti azokat a transzformátor tekercseken keresztül.
A teszt során impulzussorozatot alkalmazunk teljes BIL-szintű pozitív és negatív polaritással, miközben figyeljük a hullámforma meghibásodást jelző változásait. Összehasonlításképpen csökkentett feszültségű impulzusokat is készítünk. A transzformátor átmegy, ha a rögzített hullámformák megegyeznek a teljes feszültség alkalmazása előtt és után. Bármilyen eltérés belső meghibásodást jelent.
Az impulzusvizsgálat előtt és után részleges kisülést is mérünk. Ha a túlfeszültség olyan mikroszkopikus károsodást okozott, amely nem okozott azonnali leállást, a részleges kisülési szint emelkedik. Az egységet elutasítják.
Külső védelem vs. belső képesség
Valamit tisztáznom kell: a külső túlfeszültség-levezetők és a belső túlfeszültség-tűrő képesség kiegészítik egymást, nem felcserélhetők.
A levezetők korlátozzák a transzformátor kapcsait elérő feszültséget. De vannak határaik – csak olyan gyorsan tudnak szorítani, és némi energia mindig átjut. A transzformátor saját szigetelésének kezelnie kell azt, ami marad. Teljesen a külső védelemre hagyatkozni megfelelő belső BIL nélkül olyan szerencsejáték, amelyet túl sokszor láttam elveszíteni.
Kritikus alkalmazásokhoz az expozíciónak megfelelő BIL-szintre tervezzük, kiegészítő védelemként pedig levezetőket ajánlunk. Mindkettő számít.
Amit másképp csinálunk
Megközelítésünk azzal kezdődik, hogy megértjük, hol fog élni a transzformátor. A dedikált betáplálóval és jó árnyékolással rendelkező adatközpontba bemenő egységnek más a kitettsége, mint egy távoli ipari telephelyen, ahol több kilométeres felsővezeték található.
A szigetelőrendszereket úgy tervezzük, hogy megfeleljenek vagy meghaladják a szabványok BIL-szintjét – de nem állunk meg itt. Minden gyártóegységet tesztelünk részleges kisütésre. Ellenőrizzük az impulzusteljesítményt a típusteszteken és a mintagyártó egységeken. Megvizsgáljuk azokat a részleteket – a végződés kialakítását, a kúszótávolságokat, a terepi osztályozást –, amelyek meghatározzák, hogy egy transzformátor túléli-e az első villámszezont.
A lényeg
A túlfeszültség-tűrő képesség nem luxusszolgáltatás. Ez alapvető követelmény minden hálózatra csatlakoztatott transzformátornál. A kérdés nem az, hogy a transzformátorodnak szüksége van-e rá, hanem az, hogy a megvásárolt termékben valóban megvan-e, vagy csak azt állítja, hogy van.
Ha száraz típusú transzformátorokat ad meg, kérje meg a BIL minősítést. Kérdezzen a részleges kisülési vizsgálatról. Kérdezze meg, hogyan tervezték a tekercseket a túlfeszültség alatti feszültséggradiensek kezelésére. A válaszok Különválasztják azokat a beszállítókat, akik megértik a kockázatot azoktól, akik az első hibahívásra várnak.
Ha szeretné megbeszélni a kérelmét és azt, hogy milyen szintű védelem van értelme, szívesen segítek. Termékeink, mint plSC sorozatú száraz típusú transzformátor, úgy tervezték, hogy megbízható tápellátást biztosítsanak különféle kihívást jelentő elektromos környezetekben. Sok webhelyet látunk, és megtanultuk, mi működik.
Hivatkozások
- IEEE Std C57.12.01, Szabványos általános követelmények a száraz típusú elosztásra és a teljesítménytranszformátorokra.
- IEC 60076-11, *Táptranszformátorok – 11. rész: Száraz típusú transzformátorok.
- IEEE Std C62.22, Útmutató fém-oxid túlfeszültség-levezetők alkalmazásához váltakozó áramú rendszerekben.
