V reakci na časté případy úrazů způsobených zkratem v transformátorech je třeba se podrobit analýze příčin, zkoumání podmínek zkratu a navrhování strategií pro minimalizaci jejich četnosti a dopadů. Proaktivní přístup bude zásadní pro zajištění normálního fungování energetického systému a udržení spolehlivosti dodávky energie.

Transformátor je důležitou součástí zajišťující bezpečnosti a stabilitě energetické sítě. Vzhledem ke složitosti výroby a vysokým nákladům je zajištění hladkého fungování transformátoru nesmírně důležité pro energetický systém.

1. Kurzový zkrat transformátoru

1.1 Příčina zkratu transformátoru

1) Struktura: zkrat

1.Teplota a způsob navíjení jsou důležitými faktory způsobujícími zkrat transformátoru. Teplota má velký vliv na křivku a pevnost drátu. S nárůstem teploty drátu dochází k různému úbytku jeho křivky a pevnosti, zároveň se také zkracuje jeho prodloužení.

Při navrhování transformátoru se jeho obvod obvykle zkoumá za teplotních podmínek v místnosti, často přehlížejíc skutečné provozní podmínky. Naopak při jmenovité kapacitě transformátoru překračuje teplota vinutí výrazně teplotu v místnosti a může dosáhnout až 100 °C.

S nárůstem teploty v okruhu se jeho tažnost a pevnost se výrazně sníží. Volné navíjení, dráty a svitky mezi nedostatečnou úpravou vytvrzení činí drát v provozu snadno deformovatelným, což vede k zkratu transformátoru.

2. Různé typy drátu v případě zkratu transformátoru nemají stejný účinek. Obvyklý přepěťový drát kvůli své mechanické pevnosti je slabý; při vnějším namáhání v důsledku deformace čas od času dochází k vystavení mědi. Při jmenovitém toku je moment větší u obou částí drátu – včetně překládání drátu při stoupení a závěsných konců řady – a moment je přímým důsledkem deformace vodiče nebo dokonce deformace, což výrazně zvyšuje riziko zkratu v transformátoru.

Příčinou nejvýznamnějších zkratů v transformátorech v počátcích bylo používání měkkých vodičů. V důsledku nedostatečné informovanosti a problémů s cenami výrobci ve výrobě používají měkké vodiče místo tvrdých vodičů, což způsobilo, že typ drátu způsobený zkratem v transformátoru se stal významnější příčinou tohoto problému.

2) Provozní zkrat

Prodloužený zkratový proud je hlavní příčinou zkratů. Obecně platí, že pokud dochází k poruše ochrany před zkratem v oblasti ochrany proti přerušení proudu, ochranné zařízení relé může zajistit rychlé odstranění poruchy bez prodlevy, přičemž zohledňuje přirozenou prodlevu mechanického chování situace. Zkratový proud trvá po dobu obvykle nepřesahující 250 ms, ale skutečná situace je odlišná:

Za prvé, vzhledem k selektivní povaze reléové ochrany se ochrana distribuční strany ochrany obecně nepoužívá jako ochrana proti přerušení proudu, ale jako ochrana proti přetížení s pevně stanovenou dobou, přičemž distribuční strana je také částí pro případ zkratu;

Za druhé, ačkoli požadavky reléové ochrany jsou rychlé, selektivní, citlivé a spolehlivé, zařízení však není imunní vůči výskytu poruchy. Pokud reléová ochrana odmítne fungovat, chyba trvá déle, někdy až několik minut nebo dokonce několik hodin. To znamená, že napětí v vedení transformátoru musí být zvýšeno o značnou část, aby odolalo časovému zatížení velkého zkratového proudu. To může způsobit poruchu reléové ochrany;

Nakonec, bezpečný a spolehlivý provoz energetického systému vyžaduje, aby reléová ochrana byla vybavena funkcí zpětného uzamčení. Pokud je porucha trvalá, proces zpětného uzamčení bude mít na transformátor sekundární dopad. Když došlo k přehurčení, prudce stoupla teplota vodiče transformátoru, ohýbání vodiče bylo velmi slabé, sekundární proudový proud by mohl vést k úrazu transformátoru v důsledku zkratu.

1.2 Symptomy zkratu v transformátoru

Kratké obvody transformátorů představují velkou hrozbu pro bezpečný a stabilní provoz energetické sítě. Proto hlubší studium příznaků krátkých obvodů transformátorů pomůže včas připravit preventivní strategie a tím snížit výskyt krátkých obvodů transformátorů.

V současné době patří mezi příznaky zkratu transformátoru: externí zkrat, který v důsledku opětovného připojení dochází k opakovanému výskytu zkratu. To způsobuje vážné deformace vodičové spirály transformátoru a vede k poškození izolace nebo dokonce k porušení ochrany. Při externím zkratu dochází v pravidelných intervalech k častým úderům zkratu, což nakonec vede k poškození transformátoru v důsledku zkratu.

Poškození transformátoru v důsledku zkratu po delší době kvůli odmítnutí ochrany relé. Transformátor je poškozen zkratovým šokem způsobeným vysokým proudem zkratu.

2. Opatření k prevenci a kontrole zkratů v transformátorech

2.1 Správná montáž transformátoru

Transformátor v konstrukci musí splňovat požadavky skutečných pracovních podmínek, instalace by měla být striktně v souladu s jmenovitým výkonem štítku transformátoru, jmenovitým proudem, jmenovitým napětím, jmenovitou impedancí a skupinou vinutí. Instalace transformátoru by měla mít certifikát výrobce, který zaručuje, že transformátor je pravidelným výrobcem kvalifikovaných výrobků.

Struktury transformátoru by měly být přísně kontrolovány z hlediska případných problémů s kvalitou, včetně toho, zda jsou jeho ocelové části zkorodované, zda jsou šrouby z galvanizované oceli nebo zda je vybaven plochými podložkami a pružnými podložkami v souladu s jeho specifikacemi. Záleží také na tom, zda má antikorozní barva a izolace certifikát o shodě s normami.

Po dokončení montáže a instalace je třeba zkontrolovat velikost a strukturu zařízení, aby bylo zajištěno, že splňuje požadavky konstrukce. Dále je třeba zkontrolovat, zda je střechní průtrž a zda je podlaha v domě rovná a čistá.

2.2 Optimalizace nastavení ochrany transformátoru

Použití mikrokomutátorové elektromechanické ochrany výrazně snižuje riziko zkratu transformátoru, avšak aby byla zajištěna účinnost ochrany v oblasti rychlosti, citlivosti a spolehlivosti, je nutné také konfigurovat systém ochrany v oblasti instalace rozdělení napětí mezi jednotlivými transformátory, ochrany proti poruchám atd.

Důležitá je i vlastní ochrana transformátoru, ve středotlaké i nízkotlaké části musí být nastavená rychlost ochrany tak, aby se mohla rychlá porucha transformátoru rychle odpojit, aby se snížil proud zkratu v transformátoru a tím i dopad na zařízení.

Při výběru transformátoru je třeba zvolit transformátoru s vysokou odolností proti zkratu a vhodnou úpravou formy připojení k rozvodné síti snížit dopad zkratu na transformátor. K úpravě toků zkratu v transformátoru je také instalován lineární omezovač proudů.

V posledních letech kvůli nedostatečné přepěťové kapacitě a častému výskytu zkratu v transformátoru je montáž velkokapacitních přepínačů na straně transformátoru a nízkého napětí velmi potřebná. Zároveň je díky silné schopnosti antistatického chrániče z oxidu zinečnatého odolávat přepětí vhodná i pro transformátor a také pro rozvodnící vedení v rámci ochrany. Díky většímu vzdálenosti mezi krycím a ochranným pláštěm lze účinně zabránit zkratu v konektoru transformátoru.

2.3 Analýza dynamických vlastností zkratu v transformátoru

Schopnost transformátoru odolávat zkratu je v podstatě závislá na vlastnostech jeho vinutí. Schopnost transformátoru odolávat zkratu je ovlivněna vibracemi vinutí, proto je studiem zjišťování vibrací vinutí transformátoru účelem zabránit účinným opatřením při zkratu. Magnetické pole vyvolané proudem zkratu způsobí mechanické napětí v vinutí transformátoru, které je spojeno s izolací elektromagnetického drátu, vinutím vinutí, frekvencí atd. Vlastní frekvence vinutí a frekvence mechanického napětí jsou podobné rezonanci, která může vést k zhoršení vibrací vinutí.

3 Testování odporu zkratu transformátoru

Testování odporu zkratu v transformátoru je důležitým testem v konstrukci transformátorů během výroby, údržby, zkušebních provozů a předání, který lze použít k posouzení kapacitnosti transformátoru v případě zkratu a k posouzení provozní bezpečnosti.

3.1 Princíp testování odporu transformátoru při zkratu

Impedance zkratu transformátoru se vztahuje k poměru poklesu napětí a proudu zkratu mezi primárním a sekundárním vinutím transformátoru v stavu zkratu.

Rozsah impedance zkratu přímo ovlivňuje elektromagnetický přechodný proces a hodnotu proudění v stavu zkratu. Je proto velmi důležitý pro schopnost překonání zkratu a provozní bezpečnost transformátoru.

3.2 Metoda testování impedance transformátoru

Testování odporu zkratu transformátoru se obvykle provádí metodou vstřikování proudu. Specifické operativní kroky jsou následující: nejprve jsou hlavní a vedlejší cívka transformátoru zkratovány, poté je transformátor napájen proudem a měří se napětí a proud v hlavní a vedlejší cívce, a nakonec se podle výsledků měření vypočítá odpor zkratu transformátoru.

Při provádění testu impedance zkratu transformátoru je třeba mít v úvahu následující body. Zaprvé, test by měl zajistit, že transformátor je v normálním provozním stavu, tedy bez zatížení nebo při slabém zatížení. Zaprvé, frekvence vstřikovaného proudu by měla odpovídat jmenovací frekvenci transformátoru, která je obvykle 50 Hz.

Kromě toho by mělo být před testem zkontrolováno a kalibrováno, aby bylo zajištěno přesné vyhodnocení měřicích přístrojů a zařízení.

Hodnota zkratové impedance transformátoru lze získat pomocí testu zkratové impedance transformátoru a běžně používanými metodami vyjádření jsou procentní impedance a absolutní impedance. Procentní impedance je poměr zkratové impedance transformátoru k jmenovacímu napětí, běžně se používá k posouzení kapacitnosti transformátoru v případě zkratu. Absolutní impedance je skutečná hodnota zkratové impedance transformátoru, běžně se používá k výpočtu proudění v případě zkratu transformátoru.

Testování odporové impedance transformátorů je nezbytným testem v konstrukci transformátorů, který umožňuje posoudit kapacitu a provozní bezpečnost transformátoru v případě zkratu. Hodnotu odporové impedance transformátoru lze získat pomocí testování odporové impedance v případě zkratu, což poskytuje důležitou referenční základnu pro návrh, provoz a údržbu transformátoru. Proto při konstrukci transformátorů musí být prováděn test odporové impedance, aby bylo zajištěno bezpečné a spolehlivé fungování transformátoru!