Особенности эксплуатации трансформаторов напряжения с литой изоляцией классов напряжения 6–35 кВ

Опубликовано: 23 апреля 2013 г. в 06:00, 361 просмотрКомментировать

Трансформаторы с литой изоляцией уже прочно заняли свои позиции на рынке электротехнических изделий. Если говорить о трансформаторах с литой изоляцией в целом, то они имеют неоспоримые преимущества перед масляными трансформаторами, а именно:  меньшие массу и  габаритные размеры; возможность установки в любом положении; пожаробезопасность.

Кроме того, одним из основных преимуществ трансформаторов с литой изоляцией является герметичность конструкции. Т.е. литая изоляция, герметизируя и жестко фиксируя активные части трансформаторов, исключает влияние на них внешних воздействий, таких как влажность, механические удары, вибрации и т.д. Это значительно повышает надежность трансформаторов, позволяет применять их как в условиях тропического климата, так и в районах с умеренным и холодным климатом, а также для наружной установки.

Трансформаторы напряжения могут выполняться с одним или двумя высоковольтными вводами первичной обмотки. У заземляемых трансформаторов один ввод первичной обмотки, имеющий неполную изоляцию, во время работы должен быть заземлен. Вводы первичной обмотки незаземляемых трансформаторов напряжения имеют полную изоляцию.

При эксплуатации незаземляемые трансформаторы включаются между фазами сети, т.е. они рассчитаны для работы на линейном напряжении. Заземляемые однофазные трансформаторы напряжения собираются в трехфазную группу по схеме «звезда»/«звезда»/ «разомкнутый треугольник». Заземляемые трехфазные группы ТН выполняют все функции незаземляемых ТН, плюс осуществляют контроль изоляции сети. При нормальном симметричном режиме фазные напряжения основной вторичной обмотки равны 100/V3 В, междуфазные равны 100 В, а на выводах дополнительной вторичной обмотки имеется небольшое напряжение небаланса не более 3 В. При однофазных замыканиях сети на землю одно из фазных напряжений снижается до нуля, а два других повышаются до 100 В. Междуфазные напряжения остаются неизменными, а напряжение дополнительной вторичной обмотки повышается до 100 В.

Заземляемые ТН из-за своей связи с землей подвержены разнообразным опасным воздействиям со стороны сетей и для обеспечения своей надежности нуждаются в квалифицированном подходе. В частности, заземляемый вывод Х обмотки ВН должен быть обязательно заземлен даже тогда, когда контроль изоляции не требуется.

Одна из основных функций трехфазных групп заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью — это обеспечение измерения напряжения нулевой последовательности (для осуществления контроля изоляции сети).

Практика эксплуатации ТН в электрических сетях разного назначения и различного напряжения показала, что в процессе эксплуатации этих сетей могут возникать ситуации, приводящие к феррорезонансным явлениям в эквивалентных контурах, содержащих емкость электрооборудования сети и нелинейную индуктивность намагничивания ТН. При этом на изоляции электрооборудования могут возникать как перенапряжения, так и повышенные значения токов в обмотке ВН ТН.

В электрических сетях 6–24 кВ, эксплуатируемых с изолированной нейтралью, такие условия могут возникнуть чаще всего при однофазных дуговых замыканиях на землю (ОДЗ). Очевидно, что условия феррорезонанса соблюдаются при определенном соотношении емкостного сопротивления сети и характеристики намагничивания ТН.

В эксплуатации заземляемых ТН можно выделить несколько режимов, приводящих к ненормальной работе ТН или к их повреждению.

Первый режим — самопроизвольное смещение нейтрали, или, как называют его энергетики, эффект «ложной земли». Он заключается в искажении фазных напряжений сети с изолированной нейтралью и появлении напряжения нулевой последовательности при отсутствии однофазных замыканий на землю. Он возникает, как правило, при включении ненагруженных шин или непротяженных сетей 6–10 кВ и связан с компенсацией тока намагничивания одной (или нескольких) фаз ТН емкостным током этой фазы. Так как в феррорезонанс может войти любая из трех фаз, «ложная земля» может «переходить» с одной фазы на другую. Обычно в таком режиме ТН не повреждается, но релейная защита не позволяет включить оборудование из-за ложного сигнала.

Второй режим возникает при однофазных дуговых замыканиях на землю в воздушных сетях. Такие сети имеют небольшой (до 10А) ток замыкания на землю и открытую перемежающуюся дугу, подверженную воздействию ветра, что способствует ее попеременному зажиганию и гашению. В таком режиме емкость нулевой последовательности сети в бестоковую паузу перемежающейся дуги разряжается через ТН, насыщая его магнитопровод и перегревая обмотки. Повторное зажигание дуги вновь заряжает емкость, которая затем разряжается через ТН. Такой процесс может длиться несколько минут или даже часов, в результате чего ТН нередко повреждается.

Третий режим может возникнуть как в воздушных, так и в кабельных сетях. Режим феррорезонанса возможен при замыкании на землю одной фазы малонагруженного трансформатора 20–400 кВА. Напряжение нулевой последовательности сети при этом может достигать трехкратных значений, в результате чего повреждение ТН наступает менее чем за одну минуту. При этом факты повреждения ТН именно из-за «внешнего» феррорезонанса, вследствие его быстротечности, очень трудно надежно зафиксировать.

Явление феррорезонанса в сетях с изолированной нейтралью достаточно хорошо изучено и предусмотрен ряд мер для его предотвращения или демпфирования. В трехфазных группах производства ОАО «СЗТТ» 3хЗНОЛ.06 и 3хЗНОЛП для борьбы с феррорезонансами сети нейтраль первичной обмотки, соединенной в звезду, заземляется через три параллельно соединенных резистора, которые ограничивают токи, протекающие через трансформатор при феррорезонансе.

Также для повышения устойчивости к феррорезонансу в дополнительные обмотки, соединенные в разомкнутый треугольник, используемые для контроля изоляции сети, рекомендуется включать резистор сопротивлением 25 Ом, рассчитанный на длительное протекание тока 4 А (мощность резистора не менее 400 Вт). Эта мера не является абсолютно эффективной, но в большинстве случаев приводит к положительным результатам.

Зачастую перед эксплуатирующими организациями встает вопрос: применять ли трансформаторы напряжения с защитными предохранительными устройствами или без них?

С одной стороны, трансформаторы без защитных предохранительных устройств (ЗНОЛ.06) стоят дешевле, а для защиты трансформаторов напряжения традиционно применяются предохранители ПКН. Казалось бы, вопрос решен, но необходимо учесть следующее: предохранители ПКН применяются для защиты трансформаторов напряжения и выбираются по классу напряжения трансформатора, ток срабатывания не нормируется. По данным эксплуатации время срабатывания ПКН составляет около 10 с. при токе 2,5 А.

Поскольку это значение близко к значениям токов короткого замыкания трансформаторов ЗНОЛ.06, а по ГОСТ 1983-2001 трансформаторы должны выдерживать токи короткого замыкания между вторичными выводами без повреждения в течение 1 с, то протекание тока такой величины в течении 10 с может привести к выходу из строя трансформатора. В связи с этим, становится понятно, что предохранители ПКН предназначены, прежде всего, для защиты шин и другого оборудования, а трансформаторы напряжения в данном случае являются расходным материалом.

С другой стороны использование трансформатора с защитными предохранительными устройствами (ЗНОЛП, ЗНОЛПМ(И), ЗНОЛ.01ПМИ) позволяет сохранить трансформатор в работоспособном состоянии при возникновении аварийных режимов.

Встроенное защитное предохранительное устройство трансформаторов ЗНОЛП, ЗНОЛПМ(И), ЗНОЛ.01ПМИ позволяет защитить эти трансформаторы от повреждений при возникновении различных аварийных режимов.

Принцип действия предохранительного устройства основан на перегорании (расплавлении) плавкой вставки под действием чрезмерного тока цепи, длительно превышающего предельно допустимое значение тока высоковольтной обмотки трансформатора.

Выбор резисторов, применяемых в защитных предохранительных устройствах трансформаторов, производится с учетом конкретных значений номинальных и предельно допустимых токов высоковольтной обмотки трансформатора, в котором оно используется. Так как номинальные и предельные допустимые длительные токи высоковольтной обмотки трансформаторов напряжения имеют малые значения, не превышающие 0,12 А, резистор выбирается с такими характеристиками, чтобы обеспечить отключение при токах короткого замыкания трансформатора, которые во много раз превышают номинальные значения токов. Время отключения трансформатора с помощью защитного предохранительного устройства не превышает 2–5 секунд, что исключает вероятность возникновения сквозного тока короткого замыкания непосредственно в трансформаторе. Также нужно отметить, что выполнение предохранителей встроенными в гнездо литого корпуса трансформатора полностью исключает междуфазное короткое замыкание.

При испытаниях заземляемых ТН (электрической прочности изоляции трансформаторов и при определении тока холостого хода) вывод «Х» должен быть заземлен! Это требование связано с особенностями конструкции заземляемых трансформаторов напряжения (высоковольтный вывод Х имеет неполную изоляцию).

Испытание электрической прочности изоляции первичной обмотки проводится индуктированным напряжением частотой 400 Гц величиной, указанной в ГОСТ 1516.3-96 (для уровня изоляции «б»). Смысл этого испытания в проверке качества внутренней изоляции обмотки ВН. Проведение этого испытания напряжением частоты 50 Гц недопустимо, поскольку ток намагничивания превысит допустимое значение, и ТН выйдет из строя. Поэтому в ГОСТ 1516.3-96 (п.4.16.2) отмечено, что при отсутствии у потребителей источника напряжения повышенной частоты испытание трансформатора, не вводившегося в эксплуатацию, допускается проводить при частоте 50 Гц напряжением не выше 1,3 номинального при длительности выдержки 1 мин. Разземле-ние вывода «Х» высоковольтной обмотки (для заземляемых ТН) недопустимо.

В эксплуатации нередки случаи повреждения заземляемых ТН во время проведения испытаний другого оборудования с присоединенными к нему ТН. Это происходит по тем же причинам: разземление вывода «Х» обмотки ВН либо испытание повышенным напряжением частоты 50 Гц.

Изоляция между заземляемым выводом высоковольтной обмотки и заземленными частями трансформатора испытывается напряжением 3 кВ.

Для унификации проводимых испытаний заземляемых и незаземляемых трансформаторов напряжения, в частности, измерение электрического сопротивления изоляции первичной обмотки , были внесены изменения в конструкцию заземляемых трансформаторов, что позволило проводить указанное испытание мегаомметром на 2500 В.

В настоящее время во многих регионах происходит модернизация существующих электрических сетей с внедрением нового оборудования, которое имеет целый ряд преимуществ перед оборудованием, долгое время находившимся в эксплуатации. Однако использование нового оборудования совместно с традиционным может привести к увеличению интенсивности технологических нарушений. Для их снижения требуется тщательный анализ всех возможных штатных и нештатных ситуаций в конкретной электрической сети. При проектировании необходимо учитывать возможность появления резонансных перенапряжений в различных режимах работы сети. К сожалению, такой анализ проводится далеко невсегда и после модернизации электрической сети возникают различные ситуации, мешающие нормальной ее эксплуатации.

И. А. СОБОВА,
ведущий конструктор
отдела измерительных трансформаторов
ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока»

Литература:

  1. Евдокунин Г. А., Титенков С. С. Внутренние перенапряжения в сетях 6–35 кВ. СПб: Терция, 2004. 188 с.
  2. Кадомская К. П., Лаптев О. А. Антирезонансные трансформаторы напряжения. Эффективность применения // Новости ЭлектроТехники. 2006. №6(42).
  3. Степанов Ю. А, Овчинников А. Г. Трансформаторы напряжения контроля изоляции 6–10 кВ. Сравнительный анализ // Новости ЭлектроТехники. 2008. №4(52).
  4. ГОСТ 1983-2001: Трансформаторы напряжения. Общие технические условия.
  5. Зихерман М. Х. Трансформаторы напряжения для сетей 6–10 кВ. Причины повреждаемости // Новости ЭлектроТехники. 2004. №1(25).
  6. Зихерман М. Х. Антирезонансные трансформаторы напряжения. Достижения и перспективы // Новости ЭлектроТехники. 2007. №2(44).

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.