1. Prevádzkové charakteristiky bez zaťaženia
Stav bez zaťaženia transformátora znamená, že primárne vinutie je napájané menovitým napätím 11 kV, zatiaľ čo sekundárne vinutie je bez záťaže otvorený. Dva kľúčové indikátory prevádzky naprázdno sú strata naprázdno a prúd naprázdno. Keď sa na vysokonapäťové vinutie privedie napätie 11 kV, cez jadro z kremíkovej ocele prechádza striedavý magnetický tok, ktorý generuje stratu hysterézy a stratu vírivého prúdu. Súčet týchto dvoch strát je definovaný ako strata naprázdno. Strata naprázdno trvá nepretržite, keď je transformátor pod napätím, nezávisle od záťaže po prúde a predstavuje trvalý zdroj spotreby energie v distribučných sieťach. Moderné série S13 a S22 11kVtransformátory ponorené do olejaprijať vysoko priepustné kremíkové oceľové plechy s orientáciou na zrno, ktoré môžu výrazne znížiť straty bez zaťaženia, aby sa dosiahli úspory energie a zníženie nákladov. Prúd naprázdno je budiaci prúd potrebný na vytvorenie striedavého magnetického toku, ktorý vo všeobecnosti predstavuje iba 1 % až 3 % menovitého prúdu. Nadmerný prúd naprázdno zvyšuje spotrebu jalového výkonu siete a znižuje účinník. Pri chode naprázdno je sekundárne napätie približne rovnaké ako menovité nízke napätie s malou odchýlkou napätia. Ak sa však vstupné napätie 11 kV odchýli od menovitej hodnoty, sekundárne výstupné napätie sa zodpovedajúcim spôsobom zmení. Charakteristika bez zaťaženia je povinným skúšobným predmetom pre akceptačné testy vo výrobnom závode, ktorý sa používa na hodnotenie kvality laminácie jadra a zisťovanie defektov medzi závitmi vo vinutí.
2. Prevádzkové charakteristiky zaťaženia
Charakteristiky zaťaženia popisujú pracovný stav transformátorov pri pripojení k elektrickým záťažiam. Akonáhle je sekundárne vinutie pripojené k záťažovému obvodu a záťažový prúd preteká sekundárnym vinutím, primárny prúd zodpovedajúcim spôsobom stúpa, aby sa vytvorila rovnováha magnetomotorických síl a udržal sa stabilný magnetický tok v jadre. Strata záťaže je kľúčovým parametrom pri zaťaženej prevádzke, ktorá pozostáva najmä zo straty medi vinutím spôsobenej prúdom prechádzajúcim cez vodiče vinutia. Strata záťaže sa mení so štvorcom záťažového prúdu: vyššie zaťaženie vedie k rýchlejšiemu rastu straty. Na rozdiel od straty naprázdno sa strata zaťaženia rovná nule pri stave bez zaťaženia a dosahuje menovité hodnoty pri plnom zaťažení. Účinník pripojenej záťaže ovplyvňuje aj činnosť transformátora. Indukčné záťaže, ako sú motory a vodné čerpadlá, znižujú účinník a zvyšujú pokles napätia, zatiaľ čo odporové záťaže vytvárajú relatívne jemné kolísanie napätia. V distribučných systémoch záťaž neustále kolíše a transformátory dynamicky pracujú medzi nízkou záťažou, polovičnou záťažou a takmer plnou záťažou. Vysokokvalitné 11kV distribučné transformátory ponorené do oleja dokážu udržiavať stabilnú prevádzku v širokom rozsahu zaťaženia, pričom sa prispôsobujú typickým krivkám distribučného zaťaženia s ťažkým priemyselným zaťažením počas dňa a miernym zaťažením v domácnostiach v noci.
3. Charakteristiky regulácie napätia
Rýchlosť regulácie napätia je kritickým prevádzkovým ukazovateľom pre distribúciutransformátory. Je definovaná ako percentuálny pokles sekundárneho napätia, keď sa transformátor zmení z voľnobehu na menovité zaťaženie, s konštantným vstupným napätím. Vinutia transformátora majú vlastný odpor a únikovú reaktanciu. Po zaťažení vnútorná impedancia vytvára pokles napätia a vedie k zníženiu výstupného napätia na strane nízkeho napätia. Väčší zaťažovací prúd a nižší účinník zaťaženia prinášajú vyššiu rýchlosť regulácie napätia. Ak je rýchlosť regulácie napätia príliš vysoká, zariadenie koncového používateľa bude mať problémy s podpätím vrátane nedostatočného výkonu motora a zníženého jasu osvetlenia. 11kVdistribučné transformátory ponorené do olejasú vybavené prepínačmi odbočiek mimo obvodu, ktoré dokážu upraviť efektívne otáčky vysokonapäťových vinutí po výpadku prúdu, aby sa kompenzoval posun sieťového napätia a optimalizovali výstupné napätie. Pri návrhu distribučného inžinierstva si inžinieri vyhradzujú rezervu regulácie napätia podľa poklesu napätia v sieti a sezónneho kolísania zaťaženia, aby sa napätie na svorkách udržalo v povolenom rozsahu špecifikovanom normami. Regulácia napätia priamo ovplyvňuje kvalitu napájania a nemožno ju prehliadnuť pri výbere zariadenia.
4. Nárast teploty a tepelné prevádzkové charakteristiky
Charakteristiky nárastu teploty určujú schopnosť preťaženia a rýchlosť starnutia izolácie transformátorov. Všetky straty naprázdno a straty pri zaťažení vznikajúce počas prevádzky sa premieňajú na teplo, prenášajú sa pomocou izolačného oleja do nádrže a radiátorov a potom sa rozptyľujú do okolitého vzduchu konvekciou.Transformátory ponorené do olejaprijať prirodzenú cirkuláciu oleja (ONAN) alebo nútené chladenie vzduchom (ONAF) na odvod tepla. Pri menovitých pracovných podmienkach existujú prísne limity na zvýšenie teploty oleja v hornej časti vinutia. Keď zaťaženie dočasne presiahne menovitú kapacitu, konštrukcia ponorená do oleja môže určitý čas vydržať preťaženie. Vďaka veľkej tepelnej kapacite izolačného oleja teplota stúpa pomaly. Nepretržité preťaženie však vedie k trvalej nadmernej teplote a urýchľuje starnutie papierových izolačných materiálov. Rýchlosť starnutia izolačného papiera rastie exponenciálne s teplotou a dlhodobá vysoká teplota priamo skráti celkovú životnosť transformátorov. Skúška nárastu teploty je základný typ testu v továrni, ktorý overuje, či konštrukcia chladiča a štruktúra obehu oleja spĺňajú požiadavky. Pri každodennej údržbe je monitorovanie teploty oleja jednoduchou a efektívnou metódou na posúdenie prevádzkového stavu transformátora.
5. Skratové charakteristiky a skratová odolnosť
Na nízkonapäťovej strane rozvodov sa môžu vyskytnúť skratové poruchy. Za takýchto okolností preteká vinutím transformátora okamžite obrovský skratový prúd, ktorý vytvára silnú elektrodynamickú silu a okamžité teplo. Skratové charakteristiky hodnotia hlavne schopnosť transformátora odolať skratu. Skúška skratu sa vykonáva na meranie skratovej impedancie a straty skratu. Skratová impedancia je životne dôležitá pre 11kV distribučné transformátory: vyššia impedancia obmedzuje skratový prúd a zmierňuje dopad skratových porúch na zariadenie. Nadmerná impedancia však zvýši rýchlosť regulácie napätia a spôsobí výraznejší pokles napätia pri zaťažení. Preto je pri návrhu 11kV distribučných transformátorov potrebné nájsť rovnováhu medzi obmedzením skratového prúdu a stabilitou napätia. Keď dôjde ku skratovým poruchám, vodiče vinutia znášajú obrovskú elektromagnetickú nárazovú silu. Ak je upevňovacia konštrukcia vinutia slabá, môže dôjsť k deformácii vinutia a poškodeniu izolácie a spôsobiť trvalé zlyhanie. Vysokokvalitné distribučné transformátory ponorené do oleja využívajú vysokopevnostné viazanie vinutia a pevné podporné konštrukcie na splnenie požiadaviek národných noriem a noriem IEC pri krátkodobej skratovej odolnosti, čím sa znižuje riziko poškodenia zariadenia počas náhlych skratových udalostí v distribučných sieťach.
6. Izolácia a charakteristiky starnutia
11kV transformátory ponorené do olejaprijať kompozitný izolačný systém zložený z izolačného oleja a izolačného papiera na izoláciu vysokonapäťových a nízkonapäťových vinutí a oddelenie živých komponentov od uzemnenej nádrže. Izolačné médiá si zachovávajú stabilný výkon pri normálnej prevádzkovej teplote. Napriek tomu sa izolácia pri dlhodobej prevádzke postupne znehodnocuje: vlhkosť, kyslík a vysoká teplota urýchľujú degradáciu izolačného papiera a oxidáciou izolačného oleja vznikajú kyslé látky, ktoré izolačné materiály ešte viac narušujú. Starnutie izolácie je nezvratný proces. Ako postupuje starnutie, dielektrická pevnosť klesá, čo môže ľahko vyvolať vnútorné poruchy, ako je čiastočný výboj a medzizávitový skrat. Tesniaca štruktúra olejových transformátorov je navrhnutá tak, aby spomalila starnutie: plne utesnené štruktúry blokujú prenikanie vzduchu a vlhkosti a znižujú opotrebovanie izolačného oleja. Pravidelná olejová chromatografická analýza a testovanie dielektrických strát môžu monitorovať trendy starnutia izolácie, vopred varovať pred možnými poruchami a predĺžiť životnosť zariadenia.
Záver
Rôzne prevádzkové vlastnosti11kV olejové rozvodné transformátorysú vzájomne prepojené a spoločne určujú komplexný výkon zariadení v distribučných sieťach. Charakteristiky bez zaťaženia určujú základnú spotrebu energie; charakteristiky zaťaženia odrážajú stratu zaťaženého výkonu; regulácia napätia priamo ovplyvňuje kvalitu energie koncového užívateľa; charakteristiky nárastu teploty obmedzujú kapacitu preťaženia a životnosť zariadenia; skratové charakteristiky predstavujú odolnosť proti nárazu poruchy; charakteristiky starnutia izolácie sa týkajú dlhodobej prevádzkovej spoľahlivosti. Úplné pochopenie týchto základných prevádzkových charakteristík pri výbere projektu, inžinierskom návrhu a údržbe pomáha obstarávacím a inžinierskym tímom vybrať transformátory zodpovedajúce aplikačným scenárom, znížiť spotrebu energie, znížiť riziko výpadkov a zaručiť dlhodobú stabilnú prevádzku distribučných systémov. Hoci transformátory suchého typu majú výhody v scenároch citlivých na požiar v interiéri, 11 kV olejové rozvodné transformátory zostávajú najrozšírenejším distribučným zariadením v mestských a vidieckych energetických sieťach vďaka vyspelým prevádzkovým charakteristikám a vynikajúcemu ekonomickému výkonu.
