Виды работы трансформаторов

Для описания рабочего цикла электрических машин и трансформаторов используется несколько стандартизированных и математически описанных видов работы. Стандарт PN-EN 60034-1 описывает несколько видов работы вращающихся электрических машин и работающего вместе с ними оборудования, которые отличаются характером нагрузки на машины. Виды работ обозначаются буквенными сокращениями S1-S8. Ниже приведены характеристики трех наиболее распространенных видов работ:

Непрерывная работа S1
Вид работы с нагрузкой постоянной величины в течение неопределенного периода времени или, по крайней мере, до достижения установленного повышения температуры устройства.

Интервальная работа S2
Вид работы в течение определенного периода времени, начиная с холодного состояния устройства, с интервалами между периодами работы, достаточно длительными для охлаждения устройства до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Интервальная работа обозначается символом S2 и временем работы tp в минутах (например, S2 — 15 мин).

Работа с перерывами S3
Вид работы, выполняемый последовательно в определенные равные циклы времени подряд, где периоды работы разделены равными периодами перерывов. Обозначение работы с перерывами — это, например, S3 — 20%, где числовое значение указывает на процентное отношение продолжительности рабочего времени tp к продолжительности периода t0, т.е. времени работы и последующего перерыва.

Виды охлаждения трансформаторов

Теплообмен между трансформатором и окружающей средой происходит благодаря теплопроводности, конвекции и излучения. При оптимизации конструкции трансформатора целью является повышение эффективности механизмов естественного охлаждения за счет дополнительных мер по облегчению обмена тепловой энергией. Вид охлаждения для конкретного устройства описывается буквенным кодом в зависимости от хладагента и способа его циркуляции. Способ отвода тепла от трансформатора, размещенного внутри корпуса, обозначается кодом, состоящим из четырех букв, для устройства без корпуса тип охлаждения обозначается двумя буквами.
Стандарт PN-EN 60076-11 вводит следующие обозначения:

• Первая буква обозначает хладагент устройства
• Вторая буква обозначает способ циркуляции хладагента
• Третья буква обозначает внешний хладагент
• Четвертая буква обозначает способ циркуляции внешнего хладагента

Тип хладагента
A воздушное охлаждение
G охлаждение газом, отличным от воздуха
W водяное охлаждение

Способ циркуляции хладагента
N естественное охлаждение
F принудительное охлаждение путем искусственного приведения в движения хладагента

Степени защиты, обеспечиваемые корпусом

Степени защиты, обеспечиваемые корпусом
Технический стандарт EN 60529 определяет степени защиты, обеспечиваемые корпусами от проникновения внутрь твердых тел и воды. Код, описывающий степень защиты, состоит из двух цифр. Первая цифра обозначает степень защиты внутренней части корпуса от проникновения твердых тел, а также степень защиты пользователя от прямого контакта с элементами, находящимися под напряжением. Вторая цифра определяет степень защиты от проникновения воды внутрь корпуса. Дополнительная буква A,B,C,D обозначает степень защиты пользователя от прямого контакта с элементами, находящимися под напряжением.

Первая цифра
IP0X нет защиты устройства
IP1X защита устройства от проникновения предметов диаметром Ø≥50 мм, например, человеческой руки
IP2X защита устройства от проникновения предметов диаметром Ø≥12 мм, например, пальца руки
IP3X защита устройства от проникновения предметов диаметром Ø≥2,5 мм
IP4X защита устройства от проникновения предметов диаметром Ø≥1,0 мм
IP5X защита от проникновения любых предметов и от отложений пыли
IP6X пыленепроницаемость

Вторая цифра
IPX0 нет защиты устройства
IPX1 защита устройства от вертикально падающих капель воды
IPX2 защита устройства от капель воды, падающих под углом ≤ 150 от вертикали
IPX3 защита устройства от капель воды, падающих под углом ≤ 600 от вертикали (например, от дождя)
IPX4 защита устройства от брызг воды со всех сторон
IPX5 защита устройства от сильных струй воды со всех сторон
IPX6 защита устройства от волн и сильных струй соды со всех сторон
IPX7 защита устройства от повреждения при кратковременном (до 30 мин.) погружении в воду на глубину H=1 м.
IPX8 защита устройства от повреждения при долговременном погружении в воду на глубину H> 1 м.

Дополнительная буква
A защита от прямого контакта с открытой ладонью диаметром Ø < 50 мм
B защита от контакта с пальцем с диаметром Ø < 12 мм, длиной < 80 мм
С защита от контакта с пальцем с инструментом с диаметром Ø < 2,5 мм, длиной < 100 мм
D защита от контакта с проводом диаметром Ø < 1,0 мм, длиной < 100 мм

Защита от короткого замыкания и перегрузок

Одной из причин выхода трансформатора из строя является повреждение изоляции токопроводов, вызванное чрезмерным повышением температуры при перегрузках и коротких замыканиях. Повышение температуры токопроводов или обмоток может быть вызвано электрическими явлениями, а также происходить по причинам, не связанным с электричеством, вызывая дальнейшее повреждение устройства, уже электрического характера. Такими причинами могут быть: недостаточный воздухообмен в корпусе, повышение температуры окружающей среды, снижение подачи воды — для обмоток с водяным охлаждением, или, для устройств с воздушным охлаждением, выход из строя вентиляторов или загрязнение защитной сетки вентилятора.

Защиты
Электрическое оборудование обычно защищается от перегрузок или короткого замыкания при помощи предохранителей или автоматических аварийных выключателей. Номинальный ток плавкой вставки, установленной на стороне питания устройства, должен быть выбран близким к номинальному току устройства и равным верхнему значению ближайшей стандартной плавкой вставки. Для защиты трансформаторов рекомендуется использовать плавкие вставки с характеристикой задержки gG. При выборе плавкой вставки необходимо учитывать пусковой ток трансформатора. Для трансформаторов малой мощности можно использовать разъединители с миниатюрными предохранителями. В качестве защиты также может быть использован популярный автоматический выключатель избыточного тока S-типа. Их версии с характеристиками задержки доступны с буквенными обозначениями от B до D.

Датчики температуры
Плавкие предохранители или автоматические выключатели защищают трансформаторы от последствий перегрузок и коротких замыканий, быстро отключая ток в цепи. Однако существует ряд неэлектрических факторов, которые могут привести к перегреву и повреждению трансформаторов и дросселей. По этой причине в обмотки дополнительно устанавливаются различные типы температурных датчиков, в зависимости от области применения и требований пользователя.

Использование датчика температуры:

• резистивные датчики типа Pt100 или Pt1000
• полупроводниковые позисторы PTC
• миниатюрные биметаллические выключатели NO нормально разомкнутые или NC нормально замкнутые

Датчики размещаются в обмотках и сердечнике трансформатора или дросселя в характерных точках. Некоторые виды применения требуют установки даже двух типов датчиков в одной обмотке. Непрерывный мониторинг температуры трансформатора может быть реализован с помощью датчика типа Pt100. Биметаллические автоматические выключатели NO или NC сигнализируют о превышении допустимой температуры.

Климатические и экологические характеристики

Исполнение для различных климатических и экологических условий согласно стандарту PN-EN 60076-11

Стандарт PN-EN 60076-11 определяет климатические условия и условия окружающей среды для хранения, транспортировки и эксплуатации трансформаторов и дросселей. Стандарт определяет два климатических класса:

Класс C1 — трансформатор может работать при температуре не ниже -5OC, но его можно транспортировать и хранить при температуре не ниже -25OC.
Класс C2 — трансформатор может работать, а также транспортировать и хранить при температуре не ниже -25OC.

Условия окружающей среды для сухих трансформаторов определяются влажностью, наличием конденсата, загрязнением и температурой окружающей среды:

Класс E0 — На трансформаторе не появляется конденсат, а загрязнение незначительно.
Класс E1 — На трансформаторе иногда может появляться конденсат (например, при отключении питания трансформатора). Возможно ограниченное загрязнение.
Класс E2 — На трансформаторе часто образуется конденсат и/или сильное загрязнение.

Исполнение согласно стандарту PN-EN 60721-3-5

Стандарт PN-EN 60721-3-5 классифицирует условия окружающей среды, в которых хранятся, транспортируются и эксплуатируются трансформаторы и дроссели, в том числе для применения на железнодорожном транспорте. Ниже приведена краткая информация о системе классификации, определенной в настоящем стандарте. Система идентификации для обозначения класса условий окружающей среды обширна и состоит из следующих обозначений:

Первая цифра, обозначающая место использования: