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

2. 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,… )

3. 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

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

5. 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

6. 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

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

8. 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

9. 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 (~6x 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. Temelji na negativnem zaporedju diferenčnega toka
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

14. 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

15. 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.

16. Hvala za pozornost!
Vprašanja?

17. Viri, literatura
[1] H. Hubensteiner, Schutztechnik in elektrischen Netzen 1, VDE Verlag, Berlin, Offenbach, 1993.
[2] Z. Gajić, I. Brnčić, B. Hillström. Sensitive turn-to-turn fault protection for power transformers. Study Committee B5 Colloquium, September 2005.
[3] G. D. González, J. G.  Fernández and P. A. Arboleya, Electromagnetic model of turn-to-turn short circuits in transformers, Compel, May 2003.