Тепловая защита трансформатора

Тепловая защита трансформатора – это  одна из разновидностей технологических защит силового трансформатора, которая предохраняет его от аварийного перегрева.

Даже незначительный перегрев изоляции трансформатора является причиной сильного сокращения рабочего ресурса. По этой причине все силовые трансформаторы комплектуют тепловой защитой.

В силовых масляных трансформаторах ТМГ, ТМ, ТМН тепловая защита реализована на базе термопары, которую располагают внутри силового бака  верхней его части. Для сухих трансформаторов ТСЛ используют термопары, которые устанавливают в толще изоляции обмотки.

В большинстве случаев защиту от перегрева выполняют двухступенчатой:

1. первая ступень сигнализирует об опасном повышении температуры,
2. вторая отключает трансформатор от питающего напряжения

На всех современных трансформаторах в обязательном порядке присутствует тепловая защита, независимо от его конструкции.

Измерение температуры термопарами

Принцип работы тепловой защиты трансформатора заключается в измерение температуры термопарами представляет большое удобство при проведении испытаний на нагрев, главным образом в тех случаях, когда возникает необходимость в определении температур отдельных точек конструкции трансформатора.

При помощи термопары может быть измерена температура не только на поверхности магнитопровода, но и в любой точке внутри его. Может быть также измерена наибольшая температура обмотки с помощью термопары, установленной в месте предполагаемого наибольшего нагрева обмотки. Можно сказать, что для измерения температуры термопарой недоступных мест нет. Но вместе с тем измерение термопарами бывает часто связано и с большими затруднениями, которые вызываются наличием в трансформаторах высокого напряжения. Поэтому установка термопар в обмотке и других узлах, находящихся под напряжением, не всегда возможна, так как она связана с опасностью для обслуживающего персонала во время испытания трансформатора.

Термопары могут быть широко использованы при измерении температуры магнитопровода и других заземленных узлов трансформаторов. Надо только проследить, чтобы провода термопар на своем пути были достаточно удалены от токоведущих частей трансформатора.
Установка термопар в обмотке (даже на изоляции) при наличии высокого напряжения практически невозможна.

В тех случаях, когда это вызывается особой необходимостью, измерение температуры обмоток термопарами допускается проводить только при испытании методом короткого замыкания. При этом возможность прикосновения обслуживающего персонала к измерительному прибору должна быть исключена.

Чтобы убедиться в надежности изоляции термопар после установки их и оборки трансформатора, перед началом испытаний на нагрев, изоляцию трансформатора следует испытать приложенным и индуктированным напряжениями на 30—40% больше того, которое будет при испытании.

Термопара состоит из двух проводников разнородных металлов. При нагреве места спая обоих проводников образуется э. д. с., величина которой зависит от примененных металлов и температуры нагрева спая.

В табл. 9-3 приводится э. д. с. термопар, выполненных из спая различных проводников.
При испытании трансформаторов обычно применяются термопары из проводников константана и меди К—Си диаметром 0,4—0,7 мм и длиной 5—20 м, хорошо изолированных друг от друга бумажной, шелковой или другой изоляцией.

Материал проводников термопары	Электродвижущая сила при 100° С, мв
Платина — платинорадий	0,64
Константам — серебро	4,0
Константин—медь	4,1
Константам—сталь	5,3
Константан—хромоникель	5,6
Висмут—сурьма	10

Что такое тепловой режим трансформатора

Тепловой режим работы силового трансформатора – один из важнейших факторов, влияющих на старение изоляции, и как следствие, на сроки его службы. Ниже приводятся условия, которых рекомендуется придерживаться для обеспечения надлежащего охлаждения, независимо от размеров помещения и степени защиты сухого трансформатора (наличия кожуха).

Большой объем пространства над трансформатором способствует лучшему оттоку нагретого воздуха. Кроме того, эффективность вентиляции зависит от ее способности удалять воздух из верхней части помещения. Для этого приточное отверстие должно располагаться как можно ниже, а вытяжное – как можно выше и с противоположной стороны.

Расположение приточного вентиляционного отверстия (вентилятор, работающий на вдув) над трансформатором препятствует оттоку горячего воздуха от него. Это может привести к повышению температуры трансформатора выше допустимой. В лучшем случае сработает тепловая защита; в худшем, если она отсутствует, произойдет перегрев и преждевременное старение изоляции.

Требования к помещению, где установлен трансформатор

Цель эффективной вентиляции помещения – съем всего тепла, выделяемого электрооборудованием (трансформаторами, двигателями, нагревателями и т.д.). Допустимо, что в нормальном режиме аппарат выделяет мощность потерь Р (кВт).

Для отвода ее с помощью вентиляции необходимо:

• отверстие притока холодного воздуха эффективной площадью S (м ), расположенное внизу вблизи трансформатора (эффективная площадь отверстия – это его реальная площадь, за вычетом все помех – решеток, клапанов и т.д.);
• отверстие вытяжки горячего воздуха эффективной площадью S’ (м ), расположенное сверху с противоположной стороны, по возможности над трансформатором, на высоте Н (м) относительно нижнего отверстия.

Площадь отверстий определяют: S=(0,18P)/H, S’=1,1S.

Пространство над трансформатором должно оставаться свободным до самого потолка, за исключением присоединений. Эти формулы применимы при установке оборудования на высоте до 1000 м над уровнем моря при среднегодовой температуре 20°С.

Если невозможно обеспечить вышеуказанные площади отверстий для естественной вентиляции помещения, следует применить принудительную вентиляцию с помощью установки: на нижнем отверстии – приточного вентилятора производительностью Q (м /с), определяемую по мощности потерь с помощью формулы:
Q=0,1P
на верхнем отверстии – вытяжного вентилятора производительностью
Q’ (м /с), определяемую по формуле:
Q’=0,11P

При недостаточной площади только одного из отверстий допускается ограничиться установкой вентилятора только на нем.

В зависимости от степени защиты (IP) и прозрачности сетки на стенках кожуха, требуемая эффективная площадь вентиляционных отверстий может оказаться достаточно большой. Для примера, в кожухе класса IP31 сухого трансформатора площадь перфорации сетки составляет 50%.

В случае если в помещении установлено другое оборудование, при расчете вентиляции мощность Р должна включать его потери при полной нагрузке.
«Старение» межлистовой изоляции магнитопровода, отдельные местные повреждения ее, замыкание отдельных листов.

Признаки повреждения — увеличение тока и потерь холостого хода, быстрое ухудшение состояния масла, понижение его температуры вспышки, повышение кислотности масла и понижение пробивного напряжения.

«Старение» и износ изоляции

Износ изоляции может произойти из-за длительной эксплуатации трансформатора, однако наблюдается и преждевременный износ, который является результатом частых перегрузок или недостаточно интенсивного охлаждения при номинальной нагрузке. Ухудшение условий охлаждения может произойти из-за осадков шлама на обмотки, загрязнения междуобмоточных промежутков и при «старении» масла.
В практике принято следующее разделение изоляции по классам годности:

1. й класс — изоляция эластичная, мягкая, не дает трещин и деформаций; такая изоляция считается хорошей;

2. й класс — изоляция твердая, прочная, без трещин, не дает трещин и деформаций при нажатии рукой и с трудом отделяется с помощью ножа; такое состояние изоляции считается удовлетворительным;

3. й класс — изоляция хрупкая, при нажатии или постукивании расслаивается или появляются мелкие трещины и деформации;

4. й класс — изоляция имеет трещины, при нажатии рукой осыпается, замечаются оголенные участки; изоляция считается плохой, и требуется смена обмоток.

Для определения прочности изоляционных прокладок в ремонтной практике проверка состояния электрокартона производится на образцах, вырезанных из изоляции различных частей трансформаторов.

Вырезанную полоску электрокартона сгибают пальцами под прямым углом или складывают вдвое без сдавливания листа сгиба. Если при полном сгибе вдвое электрокартон не ломается, изоляция считается хорошей, если при полном сгибе ломается, то удовлетворительной, т. е. ограниченно годной, а если картон ломается еще при сгибе до прямого угла, то негодной.

Видео: Тепловая защита электродвигателя. Электротепловое реле

Рассказывается о варианте тепловой защиты с использованием теплового реле, даются принципиальные схемы подключения. Также узнаете, как выбрать тепловое реле.

Читайте так же:

• Дифференциальная защита трансформаторов
• Выбор предохранителя для мощного силового трансформатора
• Газовая защита трансформаторов, принцип работы