Transformer Pressure Relief at Fault Detection System

​​​​​​​

1. Panimula

Sa oil-immersed transformer, ang mga pagbabago sa panloob na presyon ay isang normal na bahagi ng operasyon. Habang umiinit at lumalamig ang langis ng transpormer sa panahon ng mga siklo ng paglo-load, ang selyadong espasyo ng gas sa loob ng tangke ay lumalawak at kumukurot, na nagiging sanhi ng unti-unting pagbabagu-bago ng presyon sa loob ng enclosure ng transformer. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng pagpapatakbo, ang mga pagbabago sa presyon na ito ay nangyayari nang mabagal at pangunahing nauugnay sa pagkakaiba-iba ng temperatura sa paligid at pag-load ng transpormer.

Gayunpaman, ang mga panloob na electrical fault ay lumikha ng isang ganap na naiibang pag-uugali ng presyon. Ang mga kaganapan tulad ng winding failures o internal arcing ay maaaring mabilis na mabulok ang insulating oil sa gas, na magbubunga ng biglaang pressure wave sa loob ng tangke. Dahil nangyayari ang mga fault-na pagtaas ng pressure na ito sa loob ng millisecond, ang mga transformer ay nangangailangan hindi lamang ng mga pressure relief device, kundi pati na rin ang mga dedikadong fault detection system na may kakayahang tumukoy ng abnormal na pressure na gawi bago mangyari ang sakuna na pagkasira ng tangke.

Para sa kadahilanang ito, ang mga modernong sistema ng proteksyon ng transpormer ay karaniwang nahahati sa dalawang pangunahing kategorya:

• Mga sistema ng pag-alis ng presyon
• Mga sistema ng pagtuklas ng pagkakamali

Ang layered na pilosopiyang proteksyon na ito ay malawak na makikita sa mga pamantayan ng IEEE C57 at mga kasanayan sa disenyo ng transpormer ng IEC 60076.

2. Pressure Relief vs Fault Detection

Bagama't ang mga terminong "pressure relief" at "fault detection" ay minsang ginagamit nang palitan sa industriya ng transpormer, nagsisilbi ang mga ito sa panimula ng magkakaibang mga pag-andar.

Ang isang transformer pressure relief device ay idinisenyo upang pisikal na ilabas ang labis na presyon ng tangke upang maiwasan ang mekanikal na pagpapapangit o pagkasira ng tangke ng transformer. Pangunahing tumutugon ang mga device na ito sa magnitude ng presyon at bumubuo ng pundasyon ng mga sistema ng proteksyon ng presyon ng transpormer.

Ang mga fault detection device, sa kabilang banda, ay sinusubaybayan ang bilis o mga katangian ng pagbabago ng presyon na nauugnay sa mga panloob na electrical fault. Sa halip na magpakawala ng presyon, bumubuo sila ng mga signal ng alarm o biyahe upang ihiwalay ang transpormer mula sa sistema ng kuryente.

Ang pagkakaibang ito ay lalong nagiging mahalaga habang tumataas ang laki ng transpormer at antas ng enerhiya ng fault.

Talahanayan 1 – Pagkakaiba sa Pagitan ng Pressure Relief at Fault Detection

3. Transformer Pressure Relief Device

3.1 Pressure Relief Valve (PRV)​​​​​​​

Single Phase Pole Mounted Transformer

Pole Mounted Transformer PRV

PRV

Tatlong Phase Pad Mounted Transformer

Three Phase Pad Mounted Transformer​​​​​PRV

Isang Phase Pad Mounted Transformer​​​​​​ PRV

 

 

Ang Pressure Release Valve ay idinisenyo upang protektahan ang tangke ng transformer laban sa labis na presyon sa loob. Kapag ang pressure sa tangke ay umabot sa release pressure, ang balbula ay awtomatikong magbubukas upang palabasin ang gas hanggang ang presyon ay bumaba sa ligtas na presyon. Bilang karagdagan, kapag kinakailangan, pinapayagan ang mga user na manu-manong patakbuhin ang pressure relief valve sa mga application ng transpormer sa pamamagitan ng paghila sa operating ring upang bawasan ang panloob na presyon.

Sa ilalim ng pagsasanay sa IEEE, ang karaniwang presyon ng pag-crack para sa disenyo ng PRV transformer ay humigit-kumulang 10 PSIG ±2 PSIG, habang ang mga CSA application ay kadalasang gumagamit ng mga setting ng mas mababang presyon. Matapos mapawi ang presyon, awtomatikong muling itatatak ang pressure relief valve sa mga sistema ng transformer upang mapanatili ang integridad ng tangke ng transformer.

Dahil sa simpleng konstruksyon at maaasahang operasyon nito, ang PRV ay malawakang ginagamit sa:

• Mga transformer-naka-mount sa poste
• Pad{0}}naka-mount na mga transformer
• Mga transformer ng pamamahagi ng langis-
• Mga substation ng maliliit na yunit

Kung ikukumpara sa mas malalaking transformer PRD system, ang mga PRV ay karaniwang ginusto para sa mas mababang kVA transformer kung saan ang pagtaas ng presyon ay medyo katamtaman at predictable. Sa maraming mga aplikasyon ng transpormer sa pamamahagi, ang balbula ng PRV sa mga tangke ng transpormer ay nananatiling pinakakaraniwang anyo ng pangunahing proteksyon sa presyon ng makina.

3.2 Pressure Relief Device (PRD)

Tatlong Phase Pad Mounted Transformer​​​​​PRD

PRD

133 MVA gsu transformer PRD

PRD

Ang mga pressure relief device (PRDs) ay nagsisilbing kapareho ng layunin ng pressure relief valves (PRVs): pinoprotektahan ng mga ito ang tangke ng transformer mula sa sobrang panloob na presyon. Gayunpaman, sa pagsasagawa, ang mga PRD ay mas karaniwang nauugnay sa mas malalaking rating ng kapangyarihan. Karaniwang hindi ka nakakakita ng PRD na naka-install sa mga transformer sa ibaba ng humigit-kumulang 1,500 kVA, bagama't walang teknikal na mali sa paggamit ng isa sa mas maliliit na unit kung kinakailangan ito ng application.

Karamihan sa mga PRD ay naka-mount sa tuktok ng tangke ng transformer, kung saan ang panloob na gas o pressure buildup ay maaaring mailabas nang mabilis sa panahon ng isang fault condition.

Ang terminolohiya ay maaaring nakakalito dahil ang "pressure relief device" ay kadalasang ginagamit bilang pangkalahatang termino sa industriya para sa parehong mga PRV at PRD. Sa karamihan ng mga kaso, ang mga PRV ay ginagamit sa mas maliliit na transformer ng pamamahagi, habang ang mga PRD ay mas karaniwan sa mas malalaking unit o mga application na nangangailangan ng mas mabilis na pagtugon sa presyon at indikasyon ng fault.

Ang isang transformer pressure relief device ay gumaganap ng parehong pangunahing function bilang isang PRV - na nagpapagaan ng labis na panloob na presyon - ngunit karaniwang idinisenyo na may mas mataas na kakayahan sa daloy, mabilis na oras ng pagtugon, maaasahang pagganap ng muling pagse-seal, at opsyonal na alarm o monitoring function. Ang mga advanced na disenyo ng PRD ay nagbibigay ng tumpak na presyon ng pagbubukas, maikling oras ng pagpapatakbo, maaasahang pangmatagalan{3}}pagganap sa labas, at epektibong sealing laban sa moisture, alikabok, at pagpasok ng hangin, na tumutulong na mapanatili ang positibong presyon ng tangke at mapabuti ang pagiging maaasahan sa pagpapatakbo ng transformer.

Ang isang pangunahing bentahe ng cover-mga naka-mount na PRD ay ang kakayahan sa pagsubaybay. Maraming mga pagtitipon ng aparatong panlunas sa presyon ng transpormer ang:

• Mga visual na semaphore o mga tagapagpahiwatig ng operasyon
• Mga contact sa malayuang alarma
• SCADA-mga katugmang output ng pagsubaybay

Ginagawa nitong mas angkop ang mga PRD para sa mga substation ng utility at mga sistema ng kapangyarihang pang-industriya kung saan kinakailangan ang malayuang pagsubaybay.

Ang mga PRD ay karaniwang ginagamit sa:

• Mga transformer ng substation ng yunit
• Mga transformer ng medium power
• Malaking power transformer
• Utility substation transformer​​​

Para sa mas malalaking utility application, madalas na pinipili ng mga inhinyero ang isang pressure relief device na transformer arrangement sa halip na isang mas maliit na PRV dahil sa mas mataas na internal fault na enerhiya at dami ng langis.

3.3 Puwang Disc

Ang mga rupture disc ay karaniwang ginagamit bilang mga pang-emergency na pressure relief device sa mataas na-mga application ng transformer ng enerhiya.

Hindi tulad ng mga PRV o karaniwang PRD, ang mga rupture disc ay hindi-na-reset na mga device na idinisenyo upang agad na sumabog kapag ang panloob na presyon ay umabot sa kritikal na limitasyon. Ang kanilang pangunahing layunin ay upang magbigay ng mabilis na buong-lugar na bentilasyon sa panahon ng sakuna na internal fault na mga kaganapan.

Dahil ang mga rupture disc ay dapat palitan pagkatapos ng operasyon, ang mga ito ay karaniwang nakalaan para sa:

• Malaking power transformer
• Mga transformer ng hurno
• Mga transformer ng traksyon
• High fault-level na mga sistemang pang-industriya

Sa pagsasanay sa engineering, ang mga rupture disc ay kumakatawan sa pinakamataas na antas ng proteksyon ng mekanikal na presyon.

4. Transformer Fault Detection Devices

4.1 Internal Fault Detector (IFD)

Single Phase Pole Mounted Transformer IFD

IFD

Ang mga Internal Fault Detector (IFD) ay malawakang ginagamit sa mga transformer na-naka-mount at pad{1}}bilang isang simple ngunit napaka-epektibong field safety device.

Nakikita ng IFD ang biglaang pagtaas ng panloob na presyon na dulot ng mga arcing fault sa loob ng tangke ng transformer. Kapag na-activate, lalabas ang isang maliwanag na kulay na visual indicator, na nagbibigay-daan sa mga utility crew na agad na tukuyin na ang transformer ay nakaranas ng internal fault at hindi na dapat-mag-energize.

Ang isang pangunahing bentahe ng mga modernong IFD system ay ang maraming mga disenyo ay nagsasama ng isang karaniwang IEEE o CSA compliant PRV sa mga transpormer na pagtitipon sa parehong device, na pinagsasama ang:

• Pagpapawala ng presyon
• Indikasyon ng kasalanan

sa isang solong compact na istraktura.

Ang mga IFD ay karaniwang ginagamit sa:

• Mga transformer na naka-mount sa isang-phase pole-
• Tatlong-phase pole-naka-mount na mga transformer
• Pad{0}}naka-mount na mga transformer
• Maliit na mga transformer ng substation

Kung ikukumpara sa mga SPR system, ang mga IFD ay mas simple, mas matipid, at partikular na angkop para sa mga aplikasyon sa antas ng pamamahagi-.

4.2 Sudden Pressure Relay (SPR / RPR)

Mga Sudden Pressure Relay (SPR), na kilala rin bilang Rapid Pressure Relays (RPR) o rapid pressure rise relay system, ay mga high{0}}mabilis na fault detection device na pangunahing ginagamit sa mas malalaking power transformer.

Hindi tulad ng mga IFD, na pangunahing nagbibigay ng visual fault indication, ang mga sudden pressure relay system ay isinama sa mga circuit ng proteksyon ng transpormer at nagbibigay ng parehong alarma at trip function.

Sinusubaybayan ng mga SPR device ang bilis ng pagtaas ng presyon sa loob ng tangke ng transformer at napakabilis na tumugon sa mga internal arcing na kaganapan na maaaring hindi agad mag-trigger ng mga conventional electrical protection relay.

Ang mga sistemang ito ay karaniwang ginagamit sa:

• Mga transformer ng medium power
• Malaking power transformer
• Mga transformer ng rectifier
• Mga transformer ng hurno
• Mga transformer ng traksyon

Kung ikukumpara sa mga IFD, ang mabilis na pagtaas ng presyon ng mga sistema ng proteksyon ng relay ay nagbibigay ng mas mabilis na pagsasama ng kuryente at mas angkop para sa mga kritikal na utility at mga pang-industriyang aplikasyon.

4.3 Buchholz Relay

100MVA 132-22kV Power Transformer Buchholz Relay

20(22)MVA 33-11kV Power Transformer Buchholz Relay

20MVA 33-6.65KV Power Transformer Buchholz Relay

Ang Buchholz relay ay isang gas- at oil-flow-operated fault detection device na ginagamit sa conservator-type transformers.

Hindi tulad ng mga sistema ng SPR at IFD, na pangunahing tumutugon sa mga pagbabago sa presyon, ang mga relay ng Buchholz ay nakakakita ng mga panloob na pagkakamali sa pamamagitan ng:

• Pag-iipon ng gas
• Ang paggalaw ng oil surge

Ang relay ay karaniwang gumagana sa dalawang yugto:

• Alarm para sa mga nagsisimulang pagkakamali
• Biyahe para sa matinding internal faults

Ang mga buchholz relay ay malawakang ginagamit sa:

• Conservator-type unit substations
• Mga transformer ng medium power
• Malaking power transformer

Dahil sa kanilang kakayahang makakita ng mabagal na pag-unlad ng mga insulation fault, ang mga Buchholz relay ay nananatiling isa sa pinakamahalagang fault detection device sa malalaking oil-transformer.

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Protection Hierarchy sa Engineering Practice

Sa mga totoong application ng transpormer, ang mga device na ito ay hindi pantay na ginagamit sa lahat ng klase ng transpormer. Sa halip, ang mga sistema ng proteksyon ay nagiging mas advanced habang ang laki ng transpormer at pagtaas ng enerhiya ng fault.

Talahanayan 2 – Karaniwang Application ng Proteksyon ng Device ayon sa Transformer Class

Ang layered na configuration na ito ay sumasalamin sa prinsipyo ng engineering na ang proteksyon ng transpormer ay nagbabago mula sa basic mechanical pressure relief tungo sa pinagsama-samang mechanical at electrical fault protection system.

6. Konklusyon

Ang modernong disenyo ng kaligtasan ng transpormer ay batay sa koordinasyon ng mga pressure relief at fault detection system sa halip na umasa sa isang device.

Ang mga PRV at PRD ay nagbibigay ng kontroladong mekanikal na pressure relief sa panahon ng normal at abnormal na mga kondisyon ng pagpapatakbo. Ang mga rupture disc ay nagbibigay ng tunay na proteksyong pang-emergency sa panahon ng mga sakuna na pagkakamali. Nakikita ng mga IFD at biglaang pressure relay system ang biglaang pagtaas ng presyon na dulot ng mga internal na electrical fault, habang ang Buchholz relay ay sinusubaybayan ang pagbuo ng gas at paggalaw ng langis na nauugnay sa pagbuo ng mga pagkabigo sa pagkakabukod.

Magkasama, ang mga device na ito ay bumubuo ng isang multi-layer na arkitektura ng proteksyon ng transformer na nagpapahusay sa pagiging maaasahan ng pagpapatakbo, kaligtasan ng mga tauhan, at kakayahan sa paghihiwalay ng fault sa buong distribution, industrial, at utility power system.