Trafo Basınç Tahliye ve Arıza Tespit Sistemleri

​​​​​​​

 

1. Giriş

 

Yağa daldırılmış- transformatörlerde iç basınç değişiklikleri, çalışmanın normal bir parçasıdır. Transformatör yağı yükleme çevrimleri sırasında ısınıp soğudukça, tankın içindeki sızdırmaz gaz alanı genişler ve daralır, bu da transformatör mahfazası içinde kademeli basınç dalgalanmalarına neden olur. Normal çalışma koşulları altında, bu basınç değişiklikleri yavaş meydana gelir ve esas olarak ortam sıcaklığı değişimi ve transformatör yüküyle ilişkilidir.

Ancak dahili elektrik arızaları tamamen farklı bir basınç davranışı yaratır. Sargı arızaları veya dahili ark gibi olaylar, izolasyon yağını hızla gaza dönüştürerek tankın içinde ani bir basınç dalgası oluşturabilir. Arızanın- neden olduğu bu basınç artışları milisaniyeler içinde meydana geldiğinden, transformatörler yalnızca basınç tahliye cihazlarına değil, aynı zamanda yıkıcı tank arızası meydana gelmeden önce anormal basınç davranışını tespit edebilen özel arıza tespit sistemlerine de ihtiyaç duyar.

Bu nedenle modern trafo koruma sistemleri genel olarak iki ana kategoriye ayrılır:

• Basınç tahliye sistemleri
• Arıza tespit sistemleri

Bu katmanlı koruma felsefesi, IEEE C57 standartlarına ve IEC 60076 transformatör tasarım uygulamalarına geniş ölçüde yansıtılmıştır.

 

2. Basınç Tahliyesi ve Arıza Tespiti

 

Transformatör endüstrisinde "basınç tahliyesi" ve "arıza tespiti" terimleri bazen birbirinin yerine kullanılsa da, temelde farklı işlevlere hizmet ederler.

Bir transformatör basınç tahliye cihazı, transformatör tankının mekanik deformasyonunu veya yırtılmasını önlemek amacıyla aşırı tank basıncını fiziksel olarak tahliye edecek şekilde tasarlanmıştır. Bu cihazlar öncelikle basınç büyüklüğüne tepki verir ve transformatör basınç koruma sistemlerinin temelini oluşturur.

Arıza tespit cihazları ise dahili elektrik arızalarıyla ilişkili basınç değişiminin hızını veya özelliklerini izler. Basıncı serbest bırakmak yerine, transformatörü güç sisteminden izole etmek için alarm veya açma sinyalleri üretirler.

Transformatör boyutu ve arıza enerji seviyesi arttıkça bu ayrım giderek önem kazanmaktadır.

 

Tablo 1 – Basınç Tahliyesi ile Arıza Tespiti Arasındaki Fark

3. Trafo Basınç Tahliye Cihazları

 

3.1 Basınç Tahliye Vanası (PRV)​​​​​​​

Basınç Tahliye Vanası, transformatör tankını içerideki aşırı basınca karşı korumak için tasarlanmıştır. Tanktaki basınç tahliye basıncına ulaştığında, basınç güvenli basınca düşene kadar vana otomatik olarak açılarak gazı serbest bırakır. Ayrıca, gerektiğinde, transformatör uygulamalarında kullanıcıların iç basıncı azaltmak için çalıştırma halkasını çekerek basınç tahliye vanasını manuel olarak çalıştırmasına izin verilir.

IEEE uygulaması altında, bir PRV transformatör tasarımı için tipik kırma basıncı yaklaşık 10 PSIG ±2 PSIG iken, CSA uygulamaları genellikle daha düşük basınç ayarlarını kullanır. Basınç tahliye edildikten sonra, transformatör sistemlerindeki basınç tahliye vanası, transformatör tankı bütünlüğünü korumak için otomatik olarak yeniden kapanır.

 

Basit yapısı ve güvenilir çalışması nedeniyle PRV aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılır:

• Direğe-monte transformatörler
• Ped-monteli transformatörler
• Yağa daldırılmış-dağıtım transformatörleri
• Küçük ünite trafo merkezleri

 

Daha büyük transformatör PRD sistemleriyle karşılaştırıldığında PRV'ler genellikle basınç artışının nispeten orta ve öngörülebilir olduğu daha düşük kVA'lı transformatörler için tercih edilir. Birçok dağıtım transformatörü uygulamasında, transformatör tanklarındaki PRV valfi, temel mekanik basınç korumasının en yaygın biçimi olmaya devam etmektedir.

3.2 Basınç Tahliye Cihazı (PRD)

Basınç tahliye cihazları (PRD'ler), esasen basınç tahliye vanaları (PRV'ler) ile aynı amaca hizmet eder: transformatör tankını aşırı iç basınca karşı korurlar. Ancak pratikte PRD'ler daha çok daha büyük güç değerleri ile ilişkilendirilir. Normalde yaklaşık 1.500 kVA'nın altındaki transformatörlerde kurulu bir PRD göremezsiniz, ancak uygulama gerektiriyorsa daha küçük ünitelerde kullanılmasında teknik olarak yanlış bir şey yoktur.

PRD'lerin çoğu, bir arıza durumunda dahili gaz veya basınç oluşumunun hızlı bir şekilde serbest bırakılabileceği transformatör tankının üstüne monte edilir.

Terminoloji kafa karıştırıcı olabilir çünkü "basınç tahliye cihazı" genellikle hem PRV'ler hem de PRD'ler için genel bir endüstri terimi olarak kullanılır. Çoğu durumda, PRV'ler daha küçük dağıtım transformatörlerinde kullanılırken, PRD'ler daha büyük ünitelerde veya daha hızlı basınç tepkisi ve arıza göstergesi gerektiren uygulamalarda daha yaygındır.

Bir transformatör basınç tahliye cihazı, aşırı iç basıncı - tahliye eden bir PRV - ile aynı temel işlevi yerine getirir ancak genellikle daha yüksek akış kapasitesi, hızlı yanıt süresi, güvenilir yeniden sızdırmazlık performansı ve isteğe bağlı alarm veya izleme işlevleriyle tasarlanmıştır. Gelişmiş PRD tasarımları, doğru açma basıncı, kısa çalışma süresi, güvenilir uzun vadeli dış mekan performansı-ve nem, toz ve hava girişine karşı etkili sızdırmazlık sağlayarak pozitif tank basıncının korunmasına ve transformatörün operasyonel güvenilirliğinin artırılmasına yardımcı olur.

 

Kapağa monteli PRD'lerin-en büyük avantajlarından biri izleme yeteneğidir. Birçok transformatör basınç tahliye cihazı düzeneği şunları içerir:

• Görsel semaforlar veya çalışma göstergeleri
• Uzak alarm kişileri
• SCADA-uyumlu izleme çıkışları

 

Bu, PRD'leri özellikle uzaktan izlemenin gerekli olduğu şebeke trafo merkezleri ve endüstriyel güç sistemleri için uygun hale getirir.

PRD'ler yaygın olarak şu alanlarda uygulanır:

• Birim trafo merkezi transformatörleri
• Orta güç transformatörleri
• Büyük güç transformatörleri
• Yardımcı trafo merkezi transformatörleri

 

Daha büyük kamu hizmeti uygulamaları için mühendisler, daha yüksek dahili arıza enerjisi ve yağ hacmi nedeniyle genellikle daha küçük bir PRV yerine bir basınç tahliye cihazı transformatör düzenlemesi seçerler.

3.3 Patlama Diski

Patlama diskleri genellikle yüksek-enerjili transformatör uygulamalarında nihai acil durum basınç tahliye cihazları olarak kullanılır.

PRV'lerden veya standart PRD'lerden farklı olarak patlama diskleri,-iç basınç kritik bir sınıra ulaştığında anında patlayacak şekilde tasarlanmış, sıfırlanamayan cihazlardır. Bunların birincil amacı, yıkıcı dahili arıza olayları sırasında-tüm alanın hızlı bir şekilde havalandırılmasını sağlamaktır.

 

Patlama disklerinin operasyondan sonra değiştirilmesi gerektiğinden, bunlar genellikle aşağıdakiler için ayrılmıştır:

• Büyük güç transformatörleri
• Fırın transformatörleri
• Çekiş transformatörleri
• Yüksek hata-seviyeli endüstriyel sistemler

Mühendislik uygulamalarında patlama diskleri en yüksek düzeyde mekanik basınç korumasını temsil eder.

4. Trafo Arıza Tespit Cihazları

 

4.1 Dahili Arıza Dedektörü (IFD)

Dahili Arıza Dedektörleri (IFD'ler), basit ama oldukça etkili bir saha güvenlik cihazı olarak direğe-montajlı ve ped-montajlı transformatörlerde yaygın olarak kullanılır.

Bir IFD, transformatör tankı içindeki ark arızalarından kaynaklanan ani iç basınç artışını tespit eder. Etkinleştirildiğinde, parlak renkli bir görsel gösterge ortaya çıkarak kamu hizmeti ekiplerinin transformatörde dahili bir arıza yaşandığını ve yeniden-enerji verilmemesi gerektiğini anında tespit etmesine olanak tanır.

 

Modern IFD sistemlerinin en büyük avantajlarından biri, birçok tasarımın transformatör düzeneklerindeki standart IEEE veya CSA uyumlu PRV'yi aynı cihaza entegre ederek aşağıdakileri birleştirmesidir:

• Basınç tahliyesi
• Arıza göstergesi

tek bir kompakt yapıya dönüştürülür.

 

IFD'ler yaygın olarak aşağıdaki alanlarda kullanılır:

• Tek-fazlı direğe-monte edilmiş transformatörler
• Üç-faz direğine-monte edilmiş transformatörler
• Ped-monteli transformatörler
• Küçük trafo merkezi transformatörleri

SPR sistemleriyle karşılaştırıldığında IFD'ler daha basit, daha ekonomiktir ve özellikle dağıtım düzeyindeki uygulamalar için uygundur.

4.2 Ani Basınç Rölesi (SPR / RPR)

 

Bu sistemler yaygın olarak şu alanlarda kullanılır:

• Orta güç transformatörleri
• Büyük güç transformatörleri
• Doğrultucu transformatörler
• Fırın transformatörleri
• Çekiş transformatörleri

 

IFD'lerle karşılaştırıldığında hızlı basınç artışı röle koruma sistemleri daha hızlı elektriksel entegrasyon sağlar ve kritik hizmet ve endüstriyel uygulamalar için daha uygundur.

4.3 Buchholz Rölesi

Buchholz rölesi, koruyucu-tipi transformatörlerde kullanılan, gaz- ve yağ-akış-ile çalışan bir arıza tespit cihazıdır.

Öncelikle basınç değişikliklerine yanıt veren SPR ve IFD sistemlerinden farklı olarak Buchholz röleleri, dahili arızaları aşağıdaki yollarla tespit eder:

• Gaz birikimi
• Petrol dalgalanma hareketi

 

Röle tipik olarak iki aşamada çalışır:

• Yeni başlayan arızalar için alarm
• Ciddi dahili arızalar için açma

 

Buchholz röleleri aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:

• Koruyucu-tipi ünite trafo merkezleri
• Orta güç transformatörleri
• Büyük güç transformatörleri

 

Yavaş yavaş gelişen izolasyon hatalarını tespit etme yetenekleri nedeniyle Buchholz röleleri, büyük yağla dolu transformatörlerdeki en önemli arıza tespit cihazlarından biri olmaya devam ediyor-.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Mühendislik Uygulamasında Koruma Hiyerarşisi

 

Gerçek transformatör uygulamalarında bu cihazlar tüm transformatör sınıflarında eşit şekilde kullanılmaz. Bunun yerine, transformatör boyutu ve arıza enerjisi arttıkça koruma sistemleri giderek daha gelişmiş hale gelir.

 

Tablo 2 – Trafo Sınıfına Göre Tipik Koruma Cihazı Uygulaması

Bu katmanlı konfigürasyon, transformatör korumasının temel mekanik basınç tahliyesinden entegre mekanik ve elektriksel arıza koruma sistemlerine doğru geliştiği mühendislik ilkesini yansıtır.

6. Sonuç

 

Modern trafo emniyet tasarımı, tek bir cihaza güvenmek yerine, basınç tahliye ve arıza tespit sistemlerinin koordinasyonuna dayanmaktadır.

PRV'ler ve PRD'ler normal ve anormal çalışma koşulları sırasında kontrollü mekanik basınç tahliyesi sağlar. Patlama diskleri, yıkıcı arızalar sırasında en üst düzey acil durum koruması sağlar. IFD'ler ve ani basınç röle sistemleri, dahili elektrik arızalarından kaynaklanan ani basınç artışını tespit ederken Buchholz röleleri, gelişen yalıtım arızalarıyla ilişkili gaz üretimini ve yağ hareketini izler.

Bu cihazlar hep birlikte dağıtım, endüstriyel ve şebeke güç sistemlerinde operasyonel güvenilirliği, personel güvenliğini ve hata izolasyon yeteneğini geliştiren çok-katmanlı bir trafo koruma mimarisi oluşturur.