UM FERI Botjan Polajer Martin Petrun Renato Pulko

UM FERI Boštjan Polajžer, Martin Petrun, Renato Pulko, Bojan Grčar MEDOVOJNI STIKI NA TRANSFORMATORJIH IN ZAŠČITA

Uvod MOS je pojav, kjer se poruši izolacija med sosednjima ovojema ter pride do galvanske povezave med ovojema Vzroki so lahko zunanji (prenapetosti, preobremenitve, KS v omrežju, …) ali pa notranji (poškodbe v izolaciji, staranje izolacije, izpad hlajenja, …). Posledice so lahko ogromne (uničenje pomembnega transformatorja -> izpad oskrbe z energijo, stabilnostni problemi v omrežju, … )

Problematika Minimalne spremembe veličin na sponkah transformatorja, zelo velike elektromagnetne spremembe v ovoju MOS in neposredni bližini ob nastanku MOS Konvencionalne zaščite transformatorja ne zaznajo MOS Hitro širjenje okvare na sosednje ovoje -> ob zaznavi okvare konvencionalnih zaščit je transformator že uničen

Problematika Sl. 1: Uničen transformator kot posledica medovojnega stika navitja [2]

Poenostavljena fizikalna slika MOS Električno stanje navitja ob nastopu MOS (trije ovoji v MOS): Sl. 2: električna vezava navitja pri MOS Idealno ovoji navitja v MOS razpadejo na električno med seboj neodvisne ovoje

Poenostavljena fizikalna slika MOS Magnetno stanje v jedru transformatorja ob nastopu MOS : Sl. 3: Magnetne razmere ob nastopu MOS: skupni magnetni sklep navitja (leva slika) in magnetni sklep ovojev v MOS in ''zdravih'' ovojev (desna slika) [3] Tok, ki steče v ovoju v MOS, ustvari magnetno polje, ki zmanjšuje magnetno polje v jedru in zvišuje magnetno polje izven jedra

Eksperimentalni sistem Laboratorijski trifazni tristebrni transformator Un=400 V, Pn=3, 5 k. VA, št. ovojev primarja in sekundarja=278 Enofazne in trifazne meritve MOS, največ sklenjenih ovojev v MOS=3 Sl. 4: Eksperimentalni sistem – MOS na transformatorju

Eksperimentalni sistem Dodatno naviti ovoji za povzročitev MOS Uporabili smo do 3 ovoje v MOS, da ne bi preveč porušili prestavnega razmerja transformatorja Kljub omejitvam pri izvajanju MOS smo dobili zelo obetajoče rezultate Sl. 4: Eksperimentalni sistem – MOS na transformatorju

Rezultati meritev – enofazni transformator v MOS Sl. 5: Časovni odziv toka okvare in inducirane ovojne napetosti pri MOS transformatorja Tok v okvarjenem ovoju je zelo velik (~6 x In) Inducirana napetost v ovoju malo pade Okvarni tok je tok v 1 ovoju MOS ne glede na to koliko ovojev je MOS! Izmerjene napetosti in tokovi so v vseh ovojih v MOS skoraj enaki -> vsem kratko sklenjenim ovojem se impedanca spremeni zelo podobno

Rezultati meritev – karakteristike MOS S širjenjem okvare okvarni tok ovoja v MOS hitro pada V primarnem toku opazna rahla tendenca naraščanja toka Impedanca ovoja v MOS s širjenjem okvare narašča zaradi povečanja induktivne upornosti ovojev, delno tudi zaradi segrevanja Ni bistvene razlike med okvaro na primarju in okvaru na sekundarju Sl. 6: Izmerjene karakteristike MOS enofaznega transformatorja

Rezultati meritev – trifazni transformator v MOS Sl. 7: Časovni potek toka okvare in diferenčnega toka pri MOS trifaznega transformatorja Praktično nemerljive spremebe na sponkah transformatorja, velike spremembe v okvarjenih ovojih

Rezultati meritev – trifazni transformator v MOS Z analizo simetričnih komponent vidimo izrazit premik faze negativnega zaporedja in minimalno povečanje amplitude negativnega zaporedja Poiskali smo enostaven kriterij, ki temelji na negativnem zaporedju [2] in ga preizkusili Sl. 8: Poteki tokov ob MOS razstavljeni na simetrične komponente

Rezultati meritev – preizkus kriterija medovojne zaščite trifaznih transformatorjev [2] Temelji na negativnem zaporedju diferenčnega toka Sl. 9: Smeri tokov negativnega zaporedja ob notranji okvari ter kriterij za ugotavljanje MOS

Rezultati meritev – preizkus kriterija medovojne zaščite trifaznih transformatorjev [2] Spremembe v amplitudah toka negativnega zaporedja so zelo majhne, kar bi lahko povzročalo težave, vendar so spremembe v fazah zelo izrazite Vsi preizkušeni MOS sovpadajo s kriterijem [2] ter bi jih takšna zaščita lahko zaznala Kriterij se bi lahko izkazal za učinkovitega pri odkrivanju MOS na trifaznih transformatorjih Sl. 10: Izmerjeni poteki pri nastanku MOS na laboratorijskem transformatorju

Sklep Iz prikazanih rezultatov meritev je očitno, da so toki okvare pri medovojnih stikih zelo veliki, pri tem pa so spremembe v linijskih tokih zanemarljive Izkaže se, da v primeru širjenja okvare na sosednje ovoje tok v posameznem kratko sklenjenem ovoju pada, medtem ko linijski tok narašča Iz preizkusa kriterija [2] lahko sklepamo, da so za zanesljivo detekcijo MOS spremembe v amplitudah tokov premajhne, opazne pa so značilne spremembe kota diferenčnega toka negativnega zaporedja.

Hvala za pozornost! Vprašanja?

Viri, literatura [1] H. Hubensteiner, Schutztechnik in elektrischen Netzen 1, VDE Verlag, Berlin, Offenbach, 1993. [2] Z. Gajić, I. Brnčić, B. Hillström. Sensitive turnto-turn fault protection for power transformers. Study Committee B 5 Colloquium, September 2005. [3] G. D. González, J. G. Fernández and P. A. Arboleya, Electromagnetic model of turn-toturn short circuits in transformers, Compel, May 2003.