Ферорезонанс в трансформатори, монтирани на основа: Какво един производител на трансформатори, монтирани на основа, иска спецификационните инженери да знаят

 

Като производител на трансформатори с наземно монтиране , ние постоянно срещаме една и съща повреда в един и същ ред. Един монтиран на подставка блок се заменя за поддръжка. Ограничителят на пренапрежение на изправения стълб в края на кабела се поврежда. Екипът заменя ограничителя, включва блока и замяната отново се поврежда след няколко месеца – понякога дори след няколко седмици. Трансформаторът сам по себе си показва чисти резултати при всички рутинни проверки. Нищо върху табелката му не е нередно. Това, което унищожава ограничителя, е ферорезонансът, а почти никога не е вина на самия ограничител.

Какво всъщност представлява ферорезонансът

 

Сърцевината на трансформатор не е линеен индуктор. Под точката на наситяване нейната намагнитваща реактивност е висока. Когато сърцевината се доближи до наситяването, тази реактивност рухва. Ако поставите компонент с такова поведение в верига, която също съдържа капацитет — например обвивковия капацитет на подземен кабел, разпределителния капацитет на прекъсвач, капацитета на изолатор или на кондензаторна батерия — комутационно възмущение може да задвижи веригата в осцилация, която нито един от двата елемента поотделно не би могъл да генерира.

Това е цялото определение и също така обяснява защо ферорезонансът в трансформаторите не е подреденият резонанс, който изчислявате от XL = XC. При линеен индуктор има само една резонансна честота и едно стационарно състояние. При насыщаема сърцевина има няколко такива честоти и веригата може да прескача между тях. IEEE Technology Navigator — Ferroresonance (https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/) описва четири основни режима на осцилация: ферорезонанс с основна честота при честотата на захранването; субхармоничен ферорезонанс при част от честотата на захранването, най-често една третина; квазипериодичен ферорезонанс с нерегулярни форми на вълната; и хаотичен ферорезонанс без никакъв повтарящ се модел. Поддържаните прекомерни напрежения в тези режими могат да достигнат пет до шест пъти номиналното линейно напрежение, което далеч надхвърля допусканото от координацията на изолацията на разпределителна намотка за продължително напрежение с честота на захранването.

Две устройства с идентични табелки могат да се държат напълно различно. Режимът, в който се установява веригата, зависи от индуктивността, капацитета, големината на напрежението и началните условия — което на практика означава, че зависи от точния момент на затваряне на прекъсвача. Затова проучване, базирано на номинални стойности, ще пропусне този ефект, а същата операция по включване може да протече без проблем сто пъти и да се провали при сто и първия.

Ако в момента работите по спецификация за трансформаторна станция с наземно монтиране, нашият инженерен екип ще прегледа първичната верига заедно с вас, преди да бъде фиксирана номиналната стойност. Изпратете ни еднолинейната схема и ние ще анализираме заедно с вас четирите условия.

Четирите условия, които трябва да съвпаднат

 

Ферорезонансът е капризен. Той изисква едновременно четири условия — ненатоварена вторична верига, висока първична капацитетност, асиметрично еднофазно превключване и сърцевина, която се наситява при умерено наднапрежение — точно поради това той никога не се проявява в изследването на разпределението на товара и е толкова трудно да се възпроизведе в изпитателна камера.

Състояние	Защо е важно	Къде се проявява в практиката
Ненатоварена или слабо натоварена вторична верига	Съпротивлението на товара потиска осцилациите; празната вторична верига изобщо не осигурява потискане	Ново жилищно обединение преди заемане, сезонно спиране на производствената инсталация, устройство, задържано като резервно
Висока първична капацитетност	Капацитетът на кабелната обвивка на единица дължина е много по-висок от този на въздушна линия.	Дълъг подземен фидер, вертикално кабелно стъбло, кабелна мрежова шахта, индустриално захранване чрез кабел.
Асиметрично превключване.	Оставя една или две фази изолирани, но все още капацитивно свързани с източника.	Еднофазни прекъсвачи, изгорял предпазител, еднополюсни автоматични прекъсвачи, операции с лакти.
Сърцевина, която се наситява при умерено наднапрежение.	Магнитизиращата индуктивност рухва, което позволява на веригата да скачат между работни точки.	Съвременни нискогуби сърцевини и конструкции, които работят при по-висока плътност на магнитния поток.

 

Премахнете който и да е от тези четири елемента и явлението обикновено няма да започне. Това е полезната част, защото означава, че има четири отделни места, където може да се проектира изчезването му — а най-евтиното решение почти винаги е превключващата аранжировка. Това също е моментът, в който разговорът трябва да премине от цитиране към избор, и е първото нещо, което един производител на трансформатори с наземно монтиране трябва да повдигне с вас.

Какво прави с устройството, преди някой да забележи

 

Първата повреда, която екипажът забелязва, обикновено е в уред за защита от пренапрежение , а не вътре в резервоара. Аресторът с метален оксид е резистор, който става проводим само при напрежение, по-високо от номиналното му. Продължителното ферорезонансно пренапрежение го задържа в проводимо състояние и преобразува трептенето в топлина в керамичен блок, който е проектиран за импулси с продължителност от микросекунди при определен цикъл на работа. Справочните данни на Eaton относно защитата от пренапрежения за трансформатори с наземно монтиране ясно посочват границата: аресторите намаляват пренапреженията, но не ги елиминират напълно; колкото по-висок е цикълът на работа на арестора, толкова повече проводим материал се съдържа в него и толкова по-дълго издържа пренапрежение, преди да се повреди. Разпределителен арестор с лек режим на работа, който е напълно подходящ за гръмотевични удари, не е проектиран за минути на енергия с честота на електрическата мрежа. Справочни данни на Eaton TC202005EN — Защита от пренапрежения за трансформатори с наземно монтиране (https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/cooper-power-series-transformers/overvoltage-protection-for-pad-mounted-transformers-information-tc202005en.pdf)

Зад предпазителя повредата е по-тиха и по-трудно забележима при рутинен тест. Повърхностите на изолаторите показват следи от проскок, където е настъпило прескачане. Изолацията на намотките се пробива в точката, където осцилациите достигат максимум, а пробивът често е толкова малък, че тестът за съотношение на навивките все още дава положителен резултат. Сърцевината се нагрява силно, защото магнитният поток излиза далеч извън проектните граници, а топлината е това, което намалява живота на изолацията. Повредата на предпазителя обикновено е първата, но не и единствената.

Съществува и симптом, който изобщо не е електрически. Устройството в състояние на ферорезонанс често произвежда нискофренентен дрон или трептене, което звучи различно от нормалния хум на магнитострикция — неравномерно, нередовно и достатъчно силно, за да го забележат екипите още преди да се задейства някой релей.

 

Еднофазното превключване е тригерът, който можете да контролирате

 

От четирите условия асиметричното превключване е единственото, което проектиращият може да елиминира с един-единствен елемент в спецификацията. Еднофазно превключване на трифазна трансформаторна група — независимо дали чрез предпазители, изгорял предпазител или еднополюсен режим на автоматично повторно включване — оставя групата частично под напрежение и ѝ придава капацитивна връзка с източника, което е класическият тригер в разпределителни системи с кабелно захранване.

IEEE Std C57.105-2019, ръководството за прилагане на трансформаторни връзки в трифазни електрически системи, разглежда тези взаимодействия между връзките и превключванията като проектен аспект, а не като случайност: IEEE Std C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) . Стандартът съществува точно защото взаимодействието между трансформаторната връзка и околната верига определя дали системата ще функционира коректно или некоректно.

Това, което работи на практика, е непривлекателно. Превключвайте трите фази едновременно чрез устройство с общо управление, а не чрез отделни еднофазни прекъсвачи, където конфигурацията го позволява. Където употребата на еднофазни устройства е неизбежна, поддържайте малък постояннен резистивен товар на вторичната страна по време на превключване, за да има трептенето нещо, в което да се разсейва. Следващият слой е демпфиращ резистор или верига за потискане на ферорезонанс, свързана успоредно с намотката, и един уред за защита от пренапрежение избран за временни пренапрежения, а не само за гръмотевични удари, е последният.

Нищо от това не изисква екзотично оборудване. Това изисква схемата за превключване и цикълът на работа на предпазителя да се определят едновременно с номинала на трансформатора, а не след като кабелът вече е поставен.

Пет неща за включване в заявката за оферти

 

Свързване на намотките и заземяване. Уточнете дали е приемливо първичната намотка да е в конфигурация звезда със заземена нейтрали. Първичната намотка в конфигурация делта без заземяване при дълго кабелно отклонение е най-рисковата възможна аранжировка, а отговорът променя цялата картина на пренапреженията.

Основен тип превключващо устройство. Трехфазен товарен прекъсвач с групово управление, трехфазно повторно включване или еднофазни предпазители. Ако еднофазните устройства са неизбежни, посочете това, тъй като променя. уред за защита от пренапрежение избор.

Клас на предпазителите, работен цикъл, максимално непрекъснато работно напрежение (MCOV) и способност за издръжане на временни пренапрежения. „Предпазители включени“ не е спецификация. Поискайте предпазители, размерът на които е определен спрямо временни пренапрежения, а не само спрямо гръмотевични удари.

Разписание на кабелите. Сечение, дължина и тип изолация на проводника за всеки първичен участък. Капацитетът на обвивката е другата половина от резонансната верига и не се вижда в разписанието по табелката.

Вторична демпфираща намотка. Дали малък постояннотоков товар или демпфиращ резистор ще остане включен към вторичната страна по време на превключване и какъв процент от номиналната мощност представлява.

Какво пита производителят на трансформатори в наземни кутии, преди да направите поръчка

 

При всеки проект с дълги основни кабелни трасета първият документ, който поискваме, не е графикът на табелките. Това е еднолинейната схема с дължините на кабелите и схемата за превключване, защото тези два елемента определят дали рисковете от прекомерно напрежение са незначителни или реални. A производител на трансформатори с наземно монтиране който цитира само от списъка на трансформаторите, цитира единичен компонент, а не решение.

Всеки компонент минава през стандартна серия изпитания и загубите при празен ход и намагнитващият ток се регистрират по време на процеса. Тези две стойности са входните данни, които превръщат въпроса за ферорезонанс от мнение в изчисление, и ние ще ги предоставим на вашия консултант-инженер преди изпращането по ваша молба.

Ryan Electric произвежда разпределителни и силови трансформатори от 2007 г. от производствена база с площ 120 000 м², която разполага с над 180 комплекта производствено и изпитателно оборудване и 37 патента. От 2023 г. компанията работи като официален съвместен предприемач на Eaton, което е една от причините да включваме координацията на предпазители и превключватели в обхвата на трансформаторите, а не да я считаме за чужд проблем.

Шаблон, който често се наблюдава при проектирането на жилищни райони в Северна Америка, е малка трифазна единица — от 75 kVA до 500 kVA — в края на дълго подземно разклонение, захранвана чрез еднофазни прекъсвачи и обслужваща натоварване, което ще се появи чак след една година. Всички условия от списъка са налични едновременно, а обектът остава ненатоварен в продължение на месеци. Когато проектантът премине към групов превключвател и остави малко резистивно натоварване на вторичната страна по време на пускането в експлоатация, повредите на предпазителите спират.

Ако определяте единици за монтаж върху основа при кабелно захранване, изпратете ни еднолинейната схема и графика на кабелите преди подаване на поръчката. Ще прегледаме схемата за превключване, спецификацията на предпазителите и вторичното гасене спрямо вашата действителна верига и ще ви кажем, кое от четирите условия имате — и кое вече сте проектирали извън системата. Това е разговорът, който производител на трансформатори с наземно монтиране трябва да води с вас преди подаване на поръчката, а не след първия отказ на предпазителя.

За автора

Тази статия е подготвена от инженерния екип по трансформатори на Ryan Electric. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) проектира и произвежда трансформатори с леяна смола и с вакуумно напоени намотки, трансформатори с маслено охлаждане и единици за монтаж върху основа в своята производствена база с площ 120 000 m², като обслужва проекти за центрове за обработка на данни, промишлени обекти, електроенергийни системи и инфраструктура в Северна Америка, Югоизточна Азия, Близкия изток и Африка.