Güç Transformatöründe Yanlış Diferansiyel Akıma Neden Olan 3 Kötü Koşul

Güç Transformatöründe Yanlış Diferansiyel Akıma Neden Olan  3 Kötü Koşul 

Transformatör Diferansiyel Koruması

 Güç transformatörünün diferansiyel korumasını uygularken, röleye uygulanan akımlarda dengesizliğe neden olabilecek (trafo içerisindeki güç akışı trafo dışındaki güç akışına eşit olduğunda beklenen akımlarla karşılaştırıldığında) üç kötü koşul göz önüne alınmalıdır.

 

1. Mıknatıslanma Ani Akımı

Sistem gerilimi normal bir sabit devredeki akışın transformatördeki değerden farklı olması gereken bir zamanda bir trafoya uygulandığında, mıknatıslanma ani akımı olarak bilinen bir akım geçişi oluşur.

Bu olgu, artık akı olmayan bir transformatör için Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekilde, sistem gerilimi sıfır olduğunda transformatör enerjilendirilir. Yüksek derecede reaktif devrede akı Φ, negatif maksimum veya çok yakın olmalıdır, ancak transformatörde akı yoktur. Böylece, akı sıfırdan başlamalı ve birinci çevrim periyodunda 2Φ değerine erişmelidir. Bu akı sağlamak için, şekilde gösterildiği gibi büyük bir akım gerektirir.

Transformatörler normalde en iyi verimlilik için doygunluğun yakınında çalıştırılır, bu nedenle normal Φ'den daha büyük akı değerleri ciddi doygunluk ve büyük bir heyecan verici akım ile sonuçlanır.

Şekil 1 - Mıknatıslanma Ani Akımı (Başlangıçta transformatörde artık akı yok)

Bir transformatör enerjilenip daha sonra enerji kesildiğinde büyük ihtimalle demirde bir miktar Φ_R akısı kalmış olabilir. Bu pozitif ya da negatif olabilir. Şekil 1'de, önceki bir enerjilendirmeden kalan  + Φ_R kalıntı akısı mevcutsa, gereken maksimum akı, 2Φ + Φ_R olur, bu da daha yüksek maksimum mıknatıslanma akısı ile sonuçlanır. Eğer ΦR negatifse, istenen maksimum akı daha az akı ile 2Φ - Φ_R olur.

Bu rastgele bir durumdur. Eğer transformatör maksimum pozitif gerilimle veya yakınında enerji verdiyse (Şekil 1'deki d noktasına bakın), o zaman akı gereksinimi sıfırdır.

Dolayısıyla normal uyarılma akımı, ihmal edilebilir derecede akabilir veya geçici ani akım olmayacaktır. Güç transformatörleri için normal uyarı akımı, tam yük akımının % 2 -% 5'i kadardır.

Maksimum başlangıç mıknatıslama akımı, tam yük akımının 8-30 katı kadar yüksek olabilir. Besleme devresinde ve transformatörde direnç ve transformatördeki rastgele kayıplar, ani akımın tepelerini azaltır, sonuç olarak normal uyarılma akım değerine kadar azalır. Zaman endeksi çok yüksek endüktif devrelerde yaklaşık 10 devirden 1 dk'ya kadar değişir.

Akı gereksinimleriyle ilişkili olarak enerjilendirme zaman noktasına ek olarak ani akımla ilgili faktörler şunlardır:

Transformatörün büyüklüğü,

Güç sistemi kaynağının boyutu ve yapısı,

Trafoda kullanılan metalin cinsi,

Trafo ve sistemin L / R oranı

Üç fazlı bir devrede, bazı ani akımlar bir ya da iki ve genellikle 120° gerilim aralıkları ile her üç gerilimde de görülür, ancak bazı aralıklarda maksimum ya da sıfır olabilir.

Şekil 2, bir transformatör bankasına yıldız veya delta bağlantılı terminallerden enerji verildiğinde tipik bir mıknatıslanma başlatma akım şeklini göstermektedir.

Şekil 2 - Transformatörlere tipik mıknatıslanma başlatma akımı: (a) Yıldız bağlı sargılara A fazlı akım; (b) Delta bağlı sargılara A fazlı akım.

Birkaç yıl önce yapılan çalışmalar, gelişen dalganın ikinci harmonik bileşeninin % 15 veya daha fazla olduğu görüşündeydi. Son yıllarda, çekirdek çeliğinde ve tasarımdaki gelişmeler, tüm ani akım harmonikleri daha az olan transformatörler ile sonuçlanırken, ikinci harmonik olasılıkları % 7 kadar düşüktür.

Mıknatıslanma ani akımı üç koşulda ortaya çıkabilir ve şu şekilde tanımlanır:
 
a. Başlangıç,
b. Kurtarma,
c. Diğerinden etkilenen.

a. Başlangıç Mıknatıslanma Ani Akımı

Başlangıç mıknatıslanma ani akımı, bir önceki enerji kesildikten sonra transformatöre enerji verildiğinde meydana gelebilir. Bu daha önce tanımlanmış ve maksimum değeri üretme potansiyeline sahiptir.

b. Kurtarma Ani Akımı

Bir arıza veya gerilimdeki anlık dalgalanma esnasında, gerilim normale döndüğünde bir sarsıntı meydana gelebilir. Buna kurtarma ani akımı denir.

En kötü durum, transformatör bankasının yakınında sağlam bir üç fazlı harici arıza olmasıdır. Arıza sırasında, gerilim bankta neredeyse sıfıra düşürülür. Arıza giderildikten sonra gerilim aniden normal bir değere geri döner.

Bu, mıknatıslama ani akımına neden olabilir, ancak transformatör kısmen enerjilenir olduğundan azami ilk atış kadar yüksek olmayacaktır.

  c. Diğerinden Etkilenen Ani Akım

Yakın bir transformatöre enerji verildiğinde, enerjilenmiş bir transformatörün içinde mıknatıslanma akısı meydana gelebilir. Ortak bir durum, halihazırda çalışmakta olan bir ikinci transformatör bankasını paralel hale getirmektir. Yığılma akımının DC bileşeni, enerjilenmiş transformatörleri doyurabilir, böylece belirgin bir ani akım meydana gelir.

Bu geçici akım, enerjilenmiş bankanın yükselen akımına ilave edildiğinde, harmonikler açısından çok düşük bir simetrik toplam ofset akımı sağlar. Bu, her iki transformatör bankasına da besleme devresinde akan akım olacaktır.

2. Aşırı Tetikleme

Bir transformatör içindeki akı seviyesi, transformatöre uygulanan gerilimle orantılıdır ve uygulanan vgerilimin frekansıyla ters orantılıdır. Tranformatörün tasarım sınırlarının üstünde olan aşırı akım koşulları oluştuğunda, transformatör göbeği doymuş hale gelir ve sonuç olarak transformatöre hasar verecek bir ısı birikmesi meydana gelir.

Özellikle generatör transformatörleri doğrudan generatör terminallerine bağlandığı için aşırı derecede tetiklenmeye tabidir. Generatör terminallerindeki gerilim ve frekans koşulları, özellikle generatörün devreye alınması sırasında gerilim ve frekans değişimlerine tabidir.

Bununla birlikte, transformatördeki aşırı akım, generatör transformatörleriyle sınırlı değildir.

Şekil 3 - Aşırı tetiklemedeki manyetizasyon akımı; burada I1 temel frekans akımı, I5 beşinci harmonik akım, Im toplam mıknatıslama akımı ve In nominal akımdır.

Aşırı gerilim ve düşük frekans koşulları, güç sisteminin herhangi bir yerinde, özellikle bozulmalar, sistemin belirli kısımlarının izole edilmiş adalar olarak çalışmasına neden olduğunda ortaya çıkabilir. Hafif yük periyotları süresince toplu iletim sistemleri yüksek gerilim koşullarına tabidir.

Bunun nedeni, bu tür sistemler genellikle önemli kapasitans içeren uzun iletim hatları içeriyor olmasıdır. Hafif yük periyotlarında, hat kapasitansının etkisi hattın indüktif reaktansından akan yükün neden olduğu gerilim düşüşlerini baskın hale getirir ve sistemde gerilim düzeylerinde artışa neden olur.

Gerilim seviyeleri, transformatör dahil olmak üzere sistem tesislerinin derecelendirmelerinin aşılması noktasına gelebilir.

Transformatör uyarma akımının harmonik içeriği ağırlıklı olarak tek harmoniktir. Tipik transformatör uyarma akımı nominalin % 52'si, nominalin% 26'sına eşit olan üçüncü harmonik bileşen, nominalin% 11'ine eşit beşinci harmonik bileşen, nominalin% 4'üne eşit bir yedinci harmonik bileşen, vb.

Generatör ünitesi transformatörleri olarak kullanılan tüm büyük transformatörler veya aşırı güç tüketen transformatörlerin güç sistemine ve bağlı bölümleri için aşırı uyartım koruması düşünülmelidir.

Böyle bir koruma, volts = hertz koruması gibi varolan uyarılma seviyesine doğrudan tepki verebilen aktarmadan oluşmalıdır.

Transformatör diferansiyel röleleri, yüksek transformatör uyarılma akımı ile çalışmaya tabi tutulur. Bununla birlikte, bu akımdaki rölenin çalışma karakteristiği, transformatör aşırı-akım limiti özellikleri ile iyi korelasyon göstermez. Bu nedenle, transformatörleri aşırı akıma karşı korumak için diferansiyel röleleri kullanmak pratik değildir.

Oltaraftan bakacak olursak, transformatör diferansiyel röleleri, transformatörde hasara neden olabilecek seviyelerin altındaki seviyelerde aşırı akım ile çalışmaya tabidir.

Ayrıca, aşırı uyarılmadan kaynaklanan diferansiyel röle çalışması, bozulma sonrası araştırmalarda karışıklığa neden olabilir. Aşırı tetiklemenin endişe kaynağı olduğu daha büyük transformatörler, tahsis edilmiş aşırı-tetikleme koruması ile donatılmalı ve ilişkili diferansiyel röle, daha önce belirtilen nedenlerden ötürü uyarma akımı üzerinden çalıştırılmasına engel olmalıdır.

3. Akım Transformatörü Saturasyonu (Doygunluk)

Transformatör diferansiyel röle ile ilgili akım transformatörlerinin doygunluğu, bu tür röle ile ilgili birçok endişeye neden olur:

1. Harici arızalardaki AT doygunluğu, bu gibi koşullar altında var olan bozulmuş sekonder akım dalgalanmalarından kaynaklanabilecek çalışma akımı nedeniyle diferansiyel rölenin hatalı çalışmasına neden olabilir.
2. Doymuş akım transformatörünün sekonder akımlarındaki harmonikler dahili transformatör arızalarında transformatör diferansiyel rölesinin çalışmasını geciktirebilir.

Akım transformatörlerinin doğru seçimi, daha önce belirtilen sorunlara maruz kalmayı en aza indirebilir. Transformatör diferansiyel rölelerinin tasarım özellikleri de bu endişeleri ele almaktadır.

KAYNAK: ELECTRICAL ENGINEERING PORTAL