変圧器保護と変圧器保護回路のすべて

変圧器は、あらゆる配電システムの中で最も重要で高価なコンポーネントの1つです。通常は油に浸した密閉型の静電気装置であるため、発生する故障は限定的です。しかし、まれな故障の影響は変圧器にとって非常に危険である可能性があり、変圧器の修理と交換のリードタイムが長いと事態はさらに悪化します。したがって、電源トランスの保護は非常に重要になります。

変圧器で発生する故障は、主に外部故障と内部故障の2種類に分けられ、変圧器への危険を回避するために、複雑なリレーシステムによって最短時間で外部故障が解消されます。内部障害は、主にセンサーと測定システムに基づいています。これらのプロセスについては、この記事でさらに説明します。そこにたどり着く前に、変圧器には多くの種類があることを理解することが重要です。この記事では、主に配電システムで使用される電力変圧器について説明します。また、電源トランスの動作について学び、その基本を理解することもできます。

過励磁保護や温度ベースの保護などの基本的な保護機能は、最終的に故障状態につながる状態を認識できますが、リレーと変流器によって提供される完全な変圧器保護は、重要なアプリケーションの変圧器に適しています。

したがって、この記事では、変圧器を壊滅的な障害から保護するために使用される最も一般的な原則について説明します。

さまざまなタイプの変圧器に対する変圧器の保護

電力変圧器に使用される保護システムは、変圧器のカテゴリによって異なります。以下の表は、次のことを示しています。

カテゴリー	変圧器定格-KVA
1フェーズ	3フェーズ
私	5-500	15〜500
II	501-1667	501-5000
III	1668-10,000	5001-30,000
IV	> 10,000	> 30,000

500 KVAの範囲内の変圧器は（カテゴリIおよびII）に該当するため、ヒューズを使用して保護されますが、最大1000 kVAの変圧器（11kVおよび33kVの配電変圧器）を保護するために、通常、中電圧回路ブレーカーが使用されます。
（カテゴリーIIIおよびIV）に該当する10 MVA以上の変圧器の場合、それらを保護するために差動リレーを使用する必要がありました。

さらに、ブッフホルツリレーなどの機械式リレーや突然の圧力リレーは、変圧器の保護に広く適用されています。これらのリレーに加えて、熱過負荷保護は、障害を検出するためではなく、変圧器の寿命を延ばすために実装されることがよくあります。

一般的なタイプの変圧器保護

過熱保護
過電流保護
変圧器の差動保護
地絡保護（制限付き）
ブッフホルツ（ガス検知）リレー
過剰なフラックス保護

変圧器の過熱保護

過負荷および短絡状態により、変圧器が過熱します。許容過負荷とそれに対応する期間は、変圧器のタイプと変圧器に使用される絶縁体のクラスによって異なります。

非常に長い場合、非常に短い時間でより高い負荷を維持できます。想定される最高温度を超える温度上昇により、絶縁が損傷する可能性があります。油冷変圧器の温度は95 * Cのときに最高と見なされ、それを超えると変圧器の平均寿命が短くなり、ワイヤの絶縁に悪影響を及ぼします。そのため、過熱保護が不可欠になります。

有する大型変圧器油または巻線温度検出装置、測定油又は巻線温度、典型的には測定の2つの方法があり、一つは参照されるホットスポット測定と第二と呼ばれ、上部オイル計測代表的な画像を示して下に液体絶縁された保守的なタイプの変圧器の温度を測定するために使用される、reinhausenの温度制御ボックスを備えた温度計。

ボックスには、変圧器（黒い針）の温度を示すダイヤルゲージがあり、赤い針はアラーム設定値を示します。黒い針が赤い針を超えると、デバイスはアラームを作動させます。

下を見下ろすと、アラームまたはトリップとして機能するようにデバイスを構成したり、ポンプや冷却ファンを開始または停止したりするために使用できる4つの矢印が表示されます。

写真でわかるように、温度計はコアと巻線の上の変圧器タンクの上部に取り付けられています。これは、コアと巻線のためにタンクの中央が最高温度になるためです。。この温度は、最高油温として知られています。この温度により、トランスコアのホットスポット温度の推定値が得られます。現在の光ファイバーケーブルは、変圧器の温度を正確に測定するために低電圧巻線内で使用されています。これが過熱保護の実装方法です。

変圧器の過電流保護

過電流保護システムは、世の中で最も早く開発された保護システムの1つであり、段階的な過電流システムは、過電流状態から保護するために開発されました。配電会社はこの方法を利用して、IDMTリレーを使用して障害を検出します。つまり、次のリレーがあります。

逆特性、および
最小動作時間。

IDMTリレーの機能は制限されています。これらの種類のリレーは、最大定格電流の150％から200％に設定する必要があります。そうしないと、リレーは緊急過負荷状態で動作します。したがって、これらのリレーは、変圧器タンク内の障害に対するマイナーな保護を提供します。

変圧器の差動保護

パーセントバイアス電流差動保護は、電力変圧器を保護するために使用され、全体として最高の保護を提供する最も一般的な変圧器保護方式の1つです。これらのタイプの保護は、定格が2MVAを超える変圧器に使用されます。

変圧器は一方の側でスター接続され、もう一方の側でデルタ接続されています。スター側のCTはデルタ接続されており、デルタ接続側のCTはスター接続されています。両方の変圧器の中性点は接地されています。

変圧器には2つのコイルがあり、1つは操作コイルで、もう1つは拘束コイルです。名前が示すように、拘束コイルは拘束力を生成するために使用され、操作コイルは操作力を生成するために使用されます。拘束コイルは変流器の二次巻線に接続され、操作コイルはCTの等電位点の間に接続されます。

変圧器の差動保護動作：

通常、電源トランスの両側で電流が一致しているため、動作コイルには電流が流れません。巻線に内部障害が発生すると、バランスが変化し、差動リレーの動作コイルが両側で差動電流を生成し始めます。変圧器の。したがって、リレーは回路ブレーカーをトリップし、主変圧器を保護します。

制限付き地絡保護

変圧器のブッシングで障害が発生すると、非常に高い障害電流が流れる可能性があります。その場合、障害はできるだけ早くクリアする必要があります。特定の保護装置の到達範囲は、変圧器のゾーンのみに制限する必要があります。つまり、別の場所で地絡が発生した場合、そのゾーンに割り当てられたリレーがトリガーされ、他のリレーは同じままである必要があります。そのため、リレーは制限付き地絡保護リレーと呼ばれています。

上の写真では、保護装置は変圧器の保護側にあります。これが一次側であり、変圧器の二次側に地絡があると仮定しましょう。さて、地絡が原因で地絡が発生した場合、ゼロシーケンス成分が存在し、それは二次側でのみ循環します。また、トランスの一次側には反映されません。

このリレーには3つのフェーズがあり、障害が発生した場合、正のシーケンスコンポーネント、負のシーケンスコンポーネント、およびゼロシーケンスコンポーネントの3つのコンポーネントがあります。正のスパンコールコンポーネントは120 *変位するため、いつでも、すべての電流の合計が保護リレーを流れます。したがって、それらの電流の合計は、120 *だけ変位するため、ゼロに等しくなります。負のシーケンスコンポーネントの場合も同様です。

ここで、障害状態が発生したと仮定します。ゼロシーケンス成分があり、保護リレーに電流が流れ始めるため、その障害はCTによって検出されます。これが発生すると、リレーがトリップして変圧器を保護します。

ブッフホルツ（ガス検知）リレー

上の写真はブッフホルツリレーを示しています。Buchholtzリレー故障が変圧器内で発生した場合には、フロートスイッチの助けを借りて解決されたガスを検出し、主変圧器ユニットとコンサタンクとの間に嵌め込まれています。

よく見ると矢印が見えます。ガスはメインタンクからコンサベータータンクに流れ出します。通常、変圧器自体にはガスがないはずです。ほとんどのガスは溶存ガスと呼ばれ、故障状態に応じて9種類のガスが発生します。このリレーの上部には2つのバルブがあり、これらのバルブはガスの蓄積を減らすために使用され、ガスサンプルの取り出しにも使用されます。

障害状態が発生すると、巻線間、または巻線とコアの間にスパークが発生します。巻線のこれらの小さな放電は絶縁油を加熱し、油が分解するため、ガスが発生し、破壊の重大度によって、どのガラスが作成されたかが検出されます。

大規模なエネルギー放電ではアセチレンが生成されます。ご存知かもしれませんが、アセチレンは生成されるのに多くのエネルギーを必要とします。また、どのような種類の障害でもガスが発生することを常に覚えておく必要があります。ガスの量を分析することで、障害の重大度を見つけることができます。

ブッフホルツ（ガス検知）リレーはどのように機能しますか？

画像からわかるように、上部フロートと下部フロートの2つのフロートがあり、下部フロートを押し下げるバッフルプレートもあります。

大きな電気的故障が発生すると、ガスがパイプを通って流れるよりも多くのガスが生成され、バッフルプレートが移動し、下部フロートが押し下げられます。これで、上部フロートが上になり、下部フロートが上になります。ダウンし、バッフルプレートが傾いています。この組み合わせは、大規模な障害が発生したことを示しています。変圧器をシャットダウンし、アラームも生成します。下の画像はまさにそれを示しています、

しかし、これは、このリレーが有用であることができる唯一のシナリオではない、そこにある変圧器内部の状況を想像マイナーのarcking起こっている、これらのARKSは少量のガスを生産している、このガスは、リレー内部の圧力を生成し、上部フロートが下降し、内部のオイルが移動します。この状況でリレーがアラームを生成します。上部フロートがダウンし、下部フロートは変更されず、バッフルプレートも変更されません。この構成が検出された場合、次のようになります。ガスのゆっくりとした蓄積。下の画像はまさにそれを示しています、

これで障害が発生したことがわかりました。リレーの上のバルブを使用してガスの一部をブリードアウトし、ガスを分析して、このガスの蓄積の正確な理由を見つけます。

このリレーは、変圧器シャーシの漏れによって絶縁油レベルが低下した状態を検出することもできます。この状態では、上部フロートが低下し、下部フロートが低下し、バッフルプレートが同じ位置に留まります。この状態では、別のアラームが発生します。下の画像は動作を示しています。

これらの3つの方法で、ブッフホルツリレーは障害を検出します。

過剰なフラックス保護

変圧器は、その磁束レベルを超える固定磁束レベルで動作するように設計されており、コアが飽和します。コアが飽和すると、コアが加熱され、変圧器の他の部分をすばやく通過して、コンポーネントが過熱します。トランスコアを保護するため、磁束保護が必要になります。過電圧またはシステム周波数の低下が原因で、過磁束状態が発生する可能性があります。

トランスを過フラックスから保護するために、過フラックスリレーが使用されます。過磁束リレーは、電圧/周波数の比率を測定して、コアの磁束密度を計算します。電力システムの過渡現象による電圧の急激な上昇は、過磁束を引き起こす可能性がありますが、過渡現象は急速に消滅するため、変圧器の瞬間的なトリップは望ましくありません。

磁束密度は周波数に対する電圧の比率（V / f）に正比例し、この比率の値が1より大きくなると、機器は比率を検出する必要があります。これは、電圧を測定するマイクロコントローラーベースのリレーによって行われます。リアルタイムで頻度を計算し、それを事前に計算された値と比較します。リレーは、逆に明確な最小時間（IDMT特性）にプログラムされています。ただし、それが必要な場合は、手動で設定できます。このようにして、過磁束保護を損なうことなく目的が果たされます。ここで、変圧器のトリップによる過磁束を防ぐことがいかに重要であるかがわかります。

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