Niskonapięciowe transformatory suche (LVDTT) są często zapomnianymi elementami niezbędnego sprzętu elektrycznego, a wymagają one regularnego utrzymania.
W skrócie
Dlaczego nie należy zaniedbywać niskonapięciowych transformatorów suchych i jakie korzyści płyną z ich UR?
Jakie normy mają zastosowanie do UR niskonapięciowych transformatorów suchych?
Typowe testy i procedury, które powinny być częścią programu zapobiegawczego UR transformatorów suchych niskiego napięcia.
Niskonapięciowy transformator suchy (LVDTT)
- Przy oczekiwanej żywotności wynoszącej zazwyczaj 30-40 lat, niskonapięciowe transformatory suche (LVDTT) pozostają popularnym sprzętem elektrycznym, który ma niewielki lub żaden kontakt z ludźmi,aż do momentu jego awarii. Podobnie jak w przypadku innych urządzeń elektrycznych, zaleca się okresowe czynności utrzymania, aby zapewnić bezpieczne i trwałe funkcjonowanie elementu.
- Posiadanie programu zapobiegawczego UR sprzętu elektrycznego, który obejmuje również LVDTT, pomoże zapobiec przedwczesnym awariom i wydłuży trwałość tego komponentu do nawet 40 lat. Jak prawidłowo serwisować LVDTT?
Niskonapięciowe transformatory suche (LVDTT) to klasa niskonapięciowych transformatorów dystrybucyjnych pracujących przy napięciu poniżej 1,2 kilowolta (kV), przy czym większość z nich działa przy napięciu 600 V lub niższym. Departament Energii Stanów Zjednoczonych i Kanadyjska Agencja Zasobów Naturalnych definiują LVDTT jako transformatory dystrybucyjne zużywające energię.
Dlatego też zarówno Stany Zjednoczone, jak i Kanada uregulowały minimalne poziomy sprawności dla tych transformatorów, a testy i minimalne wartości sprawności są takie same w obu krajach. Niemniej jednak, powodem regulacji jest to, że transformatory zużywają energię i wydzielają ją w postaci ciepła. W związku z tym ciepło będące produktem ubocznym zasilania transformatora jest czynnikiem, który należy uważnie obserwować. Z biegiem czasu nagromadzenie ciepła spowoduje degradację niezbędnego systemu izolacji transformatora, przyczyniając się jednocześnie do przedwczesnej awarii lub końca okresu eksploatacji. Istnieją trzy główne czynniki przyczyniające się do akumulacji ciepła – obciążenie, połączenia i ograniczony przepływ powietrza.
Ładowanie LVDTT
Transformatory posiadają maksymalne wartości znamionowe obciążenia znane jako ich moc. Moc ta jest mierzona jako moc pozorna w kilowoltamperach (kVA). Wydajność jest podana na typowej tabliczce znamionowej transformatora (patrz rysunek 1).
Ten transformator ma moc 75 kilowoltów (kVA). Ważne, aby pamiętać, że wartość znamionowa (kVA) jest zależna od wzrostu temperatury również podanym na tabliczce znamionowej – w tym przykładzie wzrost o 302 ° F. Przy 75 kVA, 208-woltowe uzwojenie wtórne dostarczy 208 amperów prądu przy pełnym obciążeniu (FLA), a ten transformator będzie wykazywał temperaturę ≤302°F – to temperatura wystarczająca do upieczenia ciasta.
Jak wspomnieliśmy wcześniej, ciepło jest krytycznym czynnikiem wpływającym na żywotność transformatora. Większe obciążenie tego transformatora nawet przez krótki czas (mniej niż cztery godziny) spowoduje wzrost temperatury transformatora powyżej jego wartości znamionowej. Dlatego też rozsądnie jest okresowo sprawdzać obciążenie transformatora, zwłaszcza że w trakcie eksploatacji budynku mogą wystąpić remonty.
Ważne jest, aby wziąć pod uwagę wszystkie obciążenia działające w ciągu 24 godzin. Na przykład, aby uzyskać wyższe obciążenie, należy zmierzyć obciążenia w szczytowym okresie użytkowania, np. latem w przypadku klimatyzacji lub zimą w przypadku ogrzewania. W rzeczywistości 24..72-godzinny lub dłuższy okres badania obciążenia pozwala ujawnić okresy szczytowego obciążenia. Aby sprawdzić obciążenie, transformator musi być pod napięciem; dlatego tylko wykwalifikowany elektryk może przeprowadzić taki test. Elektryk powinien porównać ogólne wyniki badania obciążenia z tabliczką znamionową transformatora, aby ocenić okresy przeciążenia i czas ich trwania.
Połączenia transformatora
W typowym transformatorze trójfazowym, o układzie gwiazda-trójkąt, jest co najmniej siedem połączeń, a często 20 lub więcej. Z biegiem czasu połączenia elektryczne ulegają degradacji i należy kontrolować moment dokręcenia zacisków zgodnie z wymaganiami producenta. Degradacja połączeń następuje z czasem z powodu zmian temperatury i drgań mechanicznych.
Wszystkie pracujące transformatory LVDTT wibrują, a ciągłe wibracje, wraz ze zmianami temperatury, powodują luzowanie się połączeń. Dlatego ważne jest, aby okresowo sprawdzać moment dokręcenia, a nawet testować połączenia pod względem elektrycznym..
Norma ANSI/NETA MTS: Standard for Maintenance Testing Specifications for Electrical Power Equipment and Systems wymaga dokładniejszej analizy połączeń LVDTT przy użyciu co najmniej jednej z tych trzech metod:
- Odczyty termograficzne (test pod napięciem).
- Pomiar rezystancji – miliomy (test na wyłączonym sprzęcie).
- Moment dokręcenia połączenia za pomocą skalibrowanego klucza dynamometrycznego zgodnie ze specyfikacją producenta (test na wyłączonym sprzęcie).
Odczyt termograficzny umożliwia pomiar ciepła generowanego w punktach połączeń. Test ten jest wykonywany, gdy transformator jest pod napięciem i pod obciążeniem (normalne warunki pracy). Jeśli odpowiednie okna są zainstalowane w pokrywach transformatorów, odczyty te można wykonać bez zdejmowania pokryw, zwiększając bezpieczeństwo pracy technika. Jest to szybki i łatwy sposób na prowadzenie dokumentacji zapobiegawczego UR transformatora. Jeśli nie zainstalowano okien, należy zdjąć przednią pokrywę i wykonać pomiary termograficzne – będzie to wymagało wykwalifikowanych techników elektryków i użycia odpowiednich środków ochrony osobistej.
Metoda pomiaru rezystancji (miliomy) wymaga odłączenia transformatora od zasilania. Test należy wykonać za pośrednictwem wykwalifikowanego technika. Zazwyczaj pożądany odczyt powinien mieścić się w zakresie miliomów lub, jeszcze lepiej, mikroomów.
Na przykład, transformator 75 kVA może dostarczyć 208 FLA na fazę. Jeśli główne zaciski przyłączeniowe do uzwojenia wtórnego transformatora są mierzone przy 1 miliomie, punkt przyłączeniowy wygeneruje 43,3 W mocy (W)=I2 R; 2082 x 0,001 = 43,3 W – tylko w punkcie przyłączeniowym.
Proszę pamiętać, że akumulacja ciepła może pogorszyć stan transformatora i doprowadzić do jego awarii. Na rysunku 2 bardzo wyraźnie widać punkt degradacji i awarii w punkcie połączenia. Akumulacja ciepła w punkcie połączenia znacznie przekroczyła temperaturę znamionową systemu izolacji 428 ° F, powodując spalenie izolacji i awarię transformatora. Spalone punkty połączeń na rysunku 2 to jeden z trzech punktów przyłączeniowych uzwojenia pierwotnego transformatora. Położenie punktów można ustawić podczas instalacji, aby jak najlepiej dopasować je do przychodzącego przewodu zasilającego.
Biorąc pod uwagę tabliczkę znamionową z rysunku 1, napięcie pierwotne 480 V pobierze ze źródła zasilania 90,2 FLA na fazę, czyli znacznie mniej niż uzwojenie wtórne. Niemniej jednak, biorąc pod uwagę tę samą rezystancję zacisków wynoszącą 0,001 oma, wynikowa moc wyniesie 8 watów, znacznie mniej niż w przypadku uzwojenia wtórnego, ale nadal będzie zużywać energię i generować ciepło.
Biorąc pod uwagę, że rysunek 2 pokazuje podłączenia obwodu pierwotnego, połączenie to musiało mieć rezystancję znacznie wyższą niż 0,001 oma, być może w zakresie kilku omów. Na przykład, jeśli rezystancja punktu połączenia wynosiła 0,2 oma, wynikowe rozproszenie mocy wyniosłoby 1627 watów – znacznie więcej, co mogło spowodować spalenie i awarię systemu izolacji.
Dodatkowo, test niskiej rezystancji może ujawnić wszelkie połączenia, które utleniły się z upływem czasu. Utlenianie zwiększy rezystancję połączenia (nawet jeśli moment obrotowy połączenia mieści się w zakresie), powodując wyższe temperatury w punktach połączenia. Usunięcie utlenionych złączy i usunięcie/oczyszczenie utleniania przed ponownym zainstalowaniem złączy przywróci połączenie do stanu wyjściowego. Połączenie należy wykonać z zastosowaniem momentu obrotowego wymaganego przez producenta.
Ponieważ większość transformatorów jest okablowana przy użyciu aluminiowych kabli i złączy, podczas ponownej instalacji złączy zaleca się użycie środka przeciwutleniającego. Po wyczyszczeniu i ponownym zamontowaniu złączy należy wykonać nowy pomiar rezystancji punktu połączenia. Norma NASA-STD-4003A dotycząca wymagań w zakresie połączeń elektrycznych zaleca, aby punkty połączeń elektrycznych wykazywały połączenie elektryczne z pomiarem rezystancji prądu stałego wynoszącym 0,0025 oma (2,5 miliomów) lub mniej.
Niektórzy producenci transformatorów podają zalecaną rezystancję połączenia i należy wówczas kierować się tą wartością. W praktyce, im niższa wartość rezystancji połączenia, tym niższa moc (i wytwarzanie ciepła) tego punktu połączenia. Przed ponownym włączeniem transformatorów należy co najmniej sprawdzić moment obrotowy połączeń mechanicznych.
Zarówno NFPA 70B: Standard for Electrical Equipment Maintenance, jak i NETA MTS wspominają, że podczas prac utrzymania ruchu i serwisowania należy prowadzić rejestr wartości mierzonych przed i po wykonaniu prac.
Ograniczony przepływ powietrza w LVDTT
Ograniczony przepływ powietrza jest niebezpieczny dla LVDTT i otaczającego sprzętu. Oto dwa czynniki najczęściej ograniczające przepływ powietrza:
- Nieład wynikający z nieprawidłowej instalacji.
- Kurz i brud.
Nieład wynikający z instalacji jest w pewnym stopniu uwzględniony w NFPA 70: National Electrical Code (NEC) w sekcjach dotyczących przestrzeni roboczej lub prześwitów. Mimo, że transformatory nie są jednoznacznie wymienione w definicji przestrzeni roboczej NEC, to inne urządzenia elektryczne często znajdujące się w pobliżu transformatorów są już uwzględnione.
Powszechne wyjaśnienie dotyczące prześwitów/przestrzeni roboczych jest takie, że jeśli sprzęt elektryczny musi być dostępny pod napięciem w celu serwisowania, naprawy, testowania lub utrzymania, to wówczas wymagany jest prześwit 36 cali (około 90 cm) od drzwi wejściowych lub paneli serwisowych. Ponieważ ustaliliśmy już, że termografia i testowanie obciążenia wymagają transformatora pod napięciem, rozsądnie jest zainstalować transformator przy użyciu tych samych wymagań dotyczących prześwitu roboczego, co inne urządzenia elektryczne.
Oprócz odstępów roboczych, NEC wymaga odpowiedniej przestrzeni do wentylacji cieplnej transformatorów. Transformatory LVDT wymagają przestrzeni wokół obudowy dla zapewnienia przepływu powietrza i zapobiegania niebezpiecznemu sprzęganiu ciepła z palnymi powierzchniami. Zazwyczaj producenci transformatorów określają minimalny odstęp równy 6 cali (ok. 15 cm), a niektórzy nawet 3 cale od pobliskich, niepalnych ścian.
Na tabliczce znamionowej transformatora widocznej na rysunku 1, 6 cali to wymagany odstęp od ścian. Ponadto norma 450.9 NEC wymaga, aby transformatory były oznaczone (jak pokazano na rysunku 3) etykietą, która stwierdza, że górna część obudowy nie może być używana jako miejsce do przechowywania – proszę pamiętać, że transformatory te mogą nagrzewać się podobnie jak piekarnik, gdy są w pełni obciążone.
Dlatego też konieczne jest zapewnienie transformatorom przestrzeni umożliwiających bezpieczną pracę. Ograniczenie przepływu powietrza w transformatorze poprzez niezapewnienie niezbędnych prześwitów, czy to z powodu złej instalacji, czy braku miejsca, sprawi, że transformator będzie pracował w wyższej temperaturze niż zakłada producent, powodując nadmierną akumulację ciepła i degradację układu izolacji transformatora.
Rysunek 4 ilustruje wiele naruszeń normy NEC. Mimo, że jest to stara instalacja, to jest ona ryzykowna i może prowadzić do przedwczesnej awarii lub jeszcze gorszych następstw.
Norma NFPA 70B, rozdział 11 zaleca czyszczenie transformatorów LVDT raz w roku. Nagromadzenie kurzu i brudu w transformatorze utrudni przepływ powietrza przez transformator. Transformatory LVDT są produktami elektrycznymi chłodzonymi powietrzem (klasa AA – patrz tabliczka znamionowa na rysunku 1), a chłodzenie działa na zasadzie tak zwanego „efektu kominowego”, w którym chłodniejsze powietrze z otoczenia dostaje się do dolnej części transformatora i poprzez konwekcję unosi się przez rdzeń i strukturę cewki, wychodząc przez górne otwory wentylacyjne lub otwory.
Konstrukcja rdzenia i cewki transformatora zapewnia planowaną wentylację poprzez zapewnienie kanałów chłodzących, jak pokazano na rysunku 5. Z biegiem czasu, w wyniku ruchu powietrza i zmian temperatury, kanały chłodzące mogą zostać zatkane kurzem i brudem. Aby wyczyścić te kanały, transformator należy odłączyć od zasilania i pozostawić do ostygnięcia, a następnie lekko przedmuchać powietrzem i odkurzyć nagromadzony kurz i brud. W zależności od środowiska instalacji, usługa ta powinna być wykonywana co roku w miejscach, o których wiadomo, że zawierają znaczne ilości unoszącego się w powietrzu pyłu i brudu lub co kilka lat w miejscach, w których ilość unoszących się w powietrzu cząstek stałych jest umiarkowana lub niska.
Utrzymanie zapobiegawcze LVDTT
Proszę pamiętać o czynnościach utrzymania transformatorów suchych. Należy utrzymywać je w czystości, odpowiednio zabezpieczać i czyścić. Tak proste zasady pozwolą na 30-40 lat bezawaryjnej pracy transformatora. Zalecenia obejmują: okresowe czyszczenie wnętrza transformatora, zabezpieczanie połączeń co najmniej zgodnie z wymaganiami momentu obrotowego producenta transformatora i usuwanie niepożądanych obiektów z przestrzeni wokół transformatora. Dodajmy do tego wykonywanie pomiarów rezystancji połączeń a będziemy mieli pewność, że połączenia nie utleniły się z upływem czasu.
Frank Basciano jest globalnym menedżerem produktu w dziale transformatorów suchych niskiego napięcia w ABB Inc.
