COLEGIUL TEHNIC ELIE RADU PLOIEŞTI
Proiect pentru examenul de certificare a
competenţelor profesionale nivel 3 Calificarea: tehnician electrotehnist
Prof.îndrumător ,
Elev, Dinu Alexandra Constantina 2013
Vlad Ileana
MENTENANȚA TRANSFORMATOARELOR DE PUTERE
Transformatorul electric este un dispozitiv electromagnetic static cu doua sau mai multe infasurari cuplate magnetic, care serveste la transformarea parametrilor ( tensiune , curent , număr de faze ) energiei de curent alternativ, menținând neschimbata frecventa mărimilor alternative . În principal transformatorul este constituit dintr-un miez magnetic , pe care sunt aşezate doua infasurari , izolate intre ele , infasurarea primara care primeşte energia electrica , si infasurarea secundara , care cedeaza energia electrica unei relele sau unui consumator . Înfasurarea care corespunde cu tensiunea cea mai mare se numeşte înfasurare de inalta tensiune (IN) , iar infasurarea corespunzătoare tensiunii mai mici se numeşte infasurare de joasa tensiune (JT).
MENTENANȚA TRANSFORMATOARELOR DE PUTERE
La transformatoarele de putere punctele critice sunt: - înfăşurările: - scăderea parametrilor de izolaţie sub limitele minime admise ceea ce poate conduce la străpungerea izolaţiei la supratensiuni; - slăbirea rezistenţei la eforturi electrodinamice. - trecerile izolate - se datorează calităţii inferioare a acestora; - sistemul de consolidare a înfăşurărilor realizat din materiale magnetice - supraîncălzirea puternică a pieselor de presare (prezon-şaibă), ceea ce conduce la deformarea lor termică şi la degradarea termică a materialelor izolante; - comutatoarele cu reglaj sub sarcină; - circuitul magnetic - se datorează cantităţii relativ mari de impurităţi mecanice şi de umiditate din ulei care determină scăderea izolaţiei tolelor, a pachetelor de tole, a schelelor; - sistemul de răcire:
PRINCIPALELE DEFECTE ȘI MODUL DE RECUNOAȘTERE A LOR LA TRANSFORMATOARELE DE PUTERE Tipul defectului
Modul de recunoaştere a
Cauze posibile
defectului
Lucrează releul de gaze Îmbătrânirea lacului izolant al tolelor, Scurtcircuitarea locală a tolelor de deteriorarea tolelor oţel Funcţionează protecţiile: de Deteriorarea izolaţiei între spire datorită diferenţială, îmbătrânirii în urma uzurii normale sau a Scurtcircuit între gaze, maximală (dacă aceasta suprasarcinilor de durată sau a insuficientei spire este instalată pe partea răciri. alimentării) Descoperirea înfăşurărilor în urma coborârii nivelului de ulei. Poziţia necorespunzătoare a înfăşurărilor . Întreruperi înfăşurări
Străpungerea (punerea la masă)
în Funcţionează protecţia de gaze din cauza arcului care apare în punctul de întrerupere
Distrugerea capetelor de ieşire. Lipirea interioară necorespunzătoare a conductorului. Topirea unei părţi din spire din cauza scurtcircuitului în înfăşurare.
Funcţionează protecţia de Defectarea izolaţiei datorită principale gaze, iar la îmbătrânirii sau existenţei fisurilor; umezirea transformatoarele cu uleiului. Scăderea nivelului de ulei din cuvă. neutrul legat la pământ şi Umiditate şi murdărie în ulei. Supratensiuni protecţia diferenţială care au condus la străpungerea izolaţiei.
Scurtcircuit între
înfăşurările fazelor.
Funcţionează Aceleaşi cauze ca în cazul de precedent; în plus: scurtcircuit la protecţiile: gaze, diferenţială borne sau la comutatorul de şi maximală. prize. Aruncarea uleiului prin expandor
Funcţionează de suprafeţelor protecţiile: contactelor la gaze, diferenţială comutatoarele şi maximală. de ploturi Topirea
Defecte de montaj (apăsare insuficientă a contactelor şi insuficientă elasticitate a resoartelor de presare).
Supraîncălziri datorită curenţilor de scurtcircuit din zonă.
Defectarea Deteriorarea izolaţiei buloanelor Semnalizează izolaţiei între protecţia de gaze, de strângere, a izolaţiei între tole. miros specific tole; deteriorarea sau lipsa garniturilor la jug. pătrunzător
Demontarea transformatorului
Aceasta cuprinde operaţiile descrise pe scurt în cele ce urmează: - evacuarea uleiului parţial sau total într-un vas pregătit, curat şi uscat, prin robinetul de golire de la partea inferioară. - deşurubarea şi desfacerea legăturilor electrice se va realiza începând cu capacul cuvei, apoi legăturile la izolatoarele de trecere. Dacă buloanele nu pot fi deşurubate din cauza ruginii se ung cu petrol lampant. Se refac filetele defecte, iar piesele defecte se înlocuiesc cu altele noi. - demontarea subansamblurilor începe cu demontarea izolatoarelor, şi continuă cu expandorul. Se demontează conservatorul de ulei prin detaşarea lui pe flanşa conductei de ulei, apoi de piesele de care este fixat şi cu un cablu cu inele de ridicare se ridică de pe capacul cuvei. Se fereşte de deteriorări sticla indicatorului de nivel de ulei. Releul de gaze şi termometrul cu rezistenţă sau termosemnalizatorul sunt demontate imediat după evacuarea uleiului. - decuvarea reprezintă scoaterea părţii active din interiorul cuvei şi deasupra unei tăvi se aşează pe traverse de cale ferată. Acest proces se realizează lin, cu ajutorul macaralei. - demontarea părţii active începe cu prizele şi comutatorul de ploturi care vor trebui în prealabil numerotate prin etichete. Se dezlipesc lipiturile cu lampa de lipit (cele cu cositor) şi cu dalta şi ciocanul (cele realizate cu aliaj tare).
Repararea miezului magnetic
Se realizează un control minuţios al stării tolelor şi a izolaţiei lor. Izolaţia de lac defecte cade la despachetare, iar cea din hârtie se sfărâmă. Dacă nu se constată urme de scurtcircuite locale, se reface jugul superior şi se supune la încercări: - măsurarea pierderilor în gol folosindu-se o înfăşurare de control, care să asigura magnetizarea completă a miezului. Se alimentează la 380/220V şi se măsoară P 0 (pierderile în gol). Apoi se scurtcircuitează tolele marginale ale miezului, pe suprafaţa exterioră cu un conductor şi se măsoară din nou P 0. Dacă starea izolaţiei este satisfăcătoare, trebuie ca: ´
´´
P 0 P 0 P 0
100 1...2%
- măsurarea tensiunii tolele marginale şi pachetele miezului magnetic înfăşurarea de control fiind sub tensiune. Lipsa unei tensiuni între pachete indică o regiune în care există tola scurtcircuitate. Locul de defect se stabileşte la demontarea pachetelor de tole.
Repararea înfăşurărilor Înfăşurările sunt cele mai afectate părţi ale transformatorului, fiind supuse la deteriorări ale conductorului, desfaceri de pe bobină, contacte între spire, întreruperi, alterarea izolaţiei. Repararea presupune : - scoaterea izolaţiei de pe conductor după care se îndreaptă cu un ciocan din lemn şi se şterg cu cârpe. Dacă conductorul este ecruisat şi izolaţia se curăţă greu se recoc în cuptoare la 550-600 C. Dacă se constată goluri, crăpături, ele se taie şi conductorul se lipeşte cu cleştele electric. - reizolarea conductorului se face manual sau cu maşini de izolat. Pentru izolare se utilizează hârtie de cablu cu grosimea de 0,05 mm, iar la ultimul strat hârtie cu grosimea de 0,12mm. Productivitatea izolării în cazul folosirii maşinilor este de 6-8 ori mai mare. În cazul izolării manuale, lucrătorul şterge conductorul cu o cârpă curată, ia ruloul şi începe să izoleze aşezănd mai întâi primul strat. „jumătate acoperit”, parcurgând tot tronsonul (distanţa între două tambure), iar apoi cel de-al doilea strat ş.a.m.d. °
Remontarea transformatorului
După asamblarea părţii active sunt pregătite pentru montare cuva, conservatorul, expandorul, radiatoarele, capacul, bornele, comutatorul, instrumentele de măsură, robinetele etc. Asamblarea constă în: - montarea conservatorului şi expandorului; - instalarea garniturilor de etanşare; - montarea radiatoarelor, robinetelor, roţilor; - ridicarea părţii active şi coborârea ei în cuvă; - instalarea capacului; - umplerea transformatorului cu ulei şi verificarea etanşeităţii garniturilor; - vopsirea exterioară a transformatorului
PROBE ŞI ÎNCERCĂRI ALE TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE
Principalele probe şi verificări ale transformatoarelor de putere care au ca scop verificarea calitatii reparatiei sunt: - măsurarea rezistenţei de izolaţie a înfăşurărilor şi a coeficientului de absorbţie R60/R15; - verificarea raportului de transformare; - verificarea grupei de conexiuni a înfăşurărilor ; - verificarea rigidităţii dielectrice a izolaţiei la frecvenţă industrială; - încercarea la scurtcircuit; - încercarea la mers în gol; - măsurarea rezistenţei înfăşurărilor în curent continuu; - măsurarea unghiului de pierderi dielectrice tgδ a înfăşurărilor şi bornelor (izolatoarelor de trecere); - determinarea raportului C2/C20.
IMPORTANȚA UTILIZĂRII T R A N S F O R M A TO A R E L O R E L E C T R IC E
Importanţa producerii şi utilizării transformatoarelor electrice rezultă din schema de principiu a unui sistem electroenergetic, în care o reprezintă genratoarele electrice, T 1 sunt transformatoare de putere ridicătoare de tensiune (pentru a permite transportul eficient al energiei electrice la distanţă), T2 sunt transformatoarele coborîtoare, iar T3 sunt transformatoarele de distribuţie către diverse receptoare: motoarele electrice (M), instalaţiile de iluminat (L), cuptoarele electrice (C) ,etc.
ELEMENTE CONSTRUCTIVE ALE TRANSFORMATORULUI Principalele elemente constructive ale transformatoarelor şi autotransformatoarelor sunt: circuitul magnetic (miezul), înfăşurările, cuva şi capacul, conservatorul, comutatorul pentru reglajul tensiunii, izolatoarele de trecere, instalaţiile de răcire, releele de gaze şi alte accesorii.
Transformator de putere - vedere laterală: 1-cuva transformatorului; 2-roată de cărucior ; 3- radiator; 4-
conservator; 5-supapă de siguranţă ; 6-suport conservator; 7-suport cric; 8-robinet de golire; 9-robinet de filtrare; 10-dispozitiv de acţionare; 11-izolator nul; 12-cutia cu contactoare; 13-izolator de ÎT; 14-izolator de JT; 15izolator de JT; 16-fanion izolator de JT; 17-robinet de golire; 18- bornă de punere la pământ; 19-gresor; 20robinet radiator; 21-filtru de aer; 22-releu Buchholz; 23-robinet izolare conservator; 24-nivel de ulei.
MĂRIMI NOMINALE ȘI MARCAREA BORNELOR Pentru transformatoarele de putere cu răcire în ulei funcţionarea în regim nominal este definită de următoarele mărimi nominale: puterea, tensiunile şi deci raportul de transformare, curenţii, tensiunea de scurtcircuit şi frecvenţa . La transformatoarele cu prize de reglare a tensiunii, regimul nominal este cel corespunzător prizei cu tensiunea nominală. Puterea nominală a transformatorului este puterea aparentă la bornele circuitului secundar, exprimată în kVA, pentru care nu sunt depăşite limitele de încălzire. Tensiunea nominală primară este tensiunea care trebuie aplicată la bornele de alimentare ale înfăşurării primare a tranformatorului în regimul său nominal de funcţionare. Tensiunea nominală secundară, la transformatoarele cu puteri peste 10 kVA, este tensiunea care rezultă la bornele înfăşurării secundare atunci când transformatorul funcţionează în gol şi se aplică primarului tensiunea nominală primară, comutatorul de prize al transformatorului fiind pus pe priza nominală. La transformatoarele mici, cu puteri sub 10 kVA, teniunea nominală este cea corespunzătoare curentului secundar nominal.
Raportul nominal de transformare este dat de raportul dintre tensiunea nominală şi cea secundară, la mersul în gol. Curenţii nominali, primari şi secundari, sunt curenţii de linie care rezultă din valorile nominale ale puterii şi ale tensiunilor, definite mai sus. Tensiunea de scurtcircuit nominală este tensiunea care trebuie aplicată circuitului de înaltă tensiune al transformatorului pentru ca acest circuit să fie parcurs de curentul nominal atunci când circuitul de joasă tensiune este legat în scurtcircuit, transformatorul fiind pe priza nominală şi temperatura înfăşurărilor fiind egală cu temperatura convenţională de lucru (750 pentru clasele de izolaţie A, E, B şi 1150 pentru clasele F şi H). Frecvenţa, nominală a transformatorului, în condiţii normale, se consideră frecvenţa de 50 Hz. În cazuri speciale, frecvenţa se specifică prin caiete de sarcină cu mărime nominală de bază.
PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE AL TRANSFORMATORULUI ELECTRIC Se consideră un transformator monofazat având înfăşurarea primară, cu W1 spire, alimentată de la o sursă de curent alternativ de tensiune u 1; înfăşurarea secundară se presupune mai întâi deschisă (transformatorul funcţionează în gol). În această situaţie, transformatorul se comportă ca o bobină de reactanţă cu miez de fier. Înfăşurarea primară este parcursă de un curent alternativ i1e relativ mic (2-8% din I1n), datorită reactanţei mari a circuitului la funcţionarea în gol. Solenaţia înfăşurării primare excită prin miezul feromagnetic fluxul , variabil în timp. Aplicând legea inducţiei electromagnetice pe un contur închis care străbate cele w1 spire ale înfăşurării primare în sensul pozitiv al curentului i1e şi se închide prin aer pe o linie a tensiunii la borne şi presupunând că fluxul magnetic se închide numai prin miez, se poate scrie ecuaţia:
ᵠ
r
SOLUȚII CONSTRUCTIVE PENTRU MONTAREA TRANSFORMATOARELOR DE PUTERE O staţie de transformare este formată din două sau mai multe instalaţii electrice de distribuţie şi unul sau mai multe transformatoare de putere de interconexiune. Numărul instalaţiilor de distribuţie este egal cu numărul nivelelor de tensiune din circuitele primare ale staţiei (de exemplu o staţie de transformare de 220/110/6 kV are trei instalaţii de distribuţie, una de 220 kV, a doua de 110 kV şi a treia de 6 kV). Transformatoarele de forţă de interconexiune realizează legăturile electrice între instalaţiile de distribuţie şi transformă parametrii energiei electrice tranzitate. Într-o staţie de transformare sunt obişnuit unul sau două transformatoare de interconexiune. Dacă staţia de transformare are două nivele de tensiune, transformatoarele de forţă sunt cu două înfăşurări. Dacă staţia are trei nivele de tensiune, transformatoarele de interconexiune sunt obişnuit cu trei înfăşurări dar pot fi utilizate şi mai multe transformatoare cu două înfăşurări; soluţia optimă depinde de tranzitul de putere între diferitele tensiuni, siguranţa în exploatare, etapizarea instalaţiei, etc.
Exploatarea transformatoarelor de putere
Protecţia uleiului de transformator
Siguranţa în funcţionare şi durata de viaţă a unui transformator depind în mare măsură de starea uleiului din cuva transformatorului. Proprietăţile fizice ale uleiului se modifică în decursul exploatării, uleiul îmbătrâneşte. Cele mai importante caracteristici ale uleiului din punct de vedere al exploatării sunt rigiditatea dielectrică şi tangenta unghiului de pierderi. Orice impuritate care pătrunde în ulei influenţează negativ rigiditatea lui dielectrică. Impurităţile din ulei pot fi solide, lichide sau gazoase. Impurităţile solide provin mai ales din procesul de fabricaţie al transformatorului, ele sunt particule de hârtie, lemn, rugină, vopsea, etc. Unele particule de impurităţi absorb umezeala, formează particule cu permitivitate ridicată, se grupează şi se orientează în direcţia câmpului electric, realizând punţi de străpungere prin ulei. Dintre impurităţile gazoase şi lichide, importanţă deosebită prezintă oxigenul şi apa, care degradează uleiul şi acţionează defavorabil şi asupra izolaţiilor solide ale transformatorului.
Contactul, sub orice formă, dintre ulei şi aer duce la procesul de oxidare a uleiului. Apa din ulei provine din umiditatea aerului din mediul înconjurător şi în urma proceselor de descompunere ale uleiului. Consecinţa imediată a creşterii umidităţii uleiului este micşorarea rigidităţii lui dielectrice. În acelaşi timp umiditatea micşorează rigiditatea dielectrică a izolaţiei de hârtie, accelerează pierderea calităţilor mecanice ale hârtiei, adică accelerează îmbătrânirea izolaţiei de hârtie. Este necesară protejarea uleiului faţă de umiditatea şi oxigenul din aerul mediului înconjurător . Cea mai simplă protecţie este aplicarea conservatorului de ulei , prin care se realizează o suprafaţă de contact micşorată dintre ulei şi aer. Atât procesul de oxidare, cât şi procesul de absorbţie a umidităţii sunt favorizate de o temperatură mai ridicată. De aceea se urmăreşte menţinerea temperaturii uleiului din conservator la valori scăzute. În acest scop conservatorul se leagă cu cuva transformatorului printr-o ţeavă relativ subţire, care asigură răcirea uleiului, care datorită dilataţiei termice trece din cuvă în conservator. Spaţiul de aer din conservator comunică cu exteriorul printr-o ţeavă pe care sunt filtre de oxigen şi de apă. Un procedeu răspândit de încetinire a procesului de îmbătrânire a uleiului este introducerea în ulei a unor substanţe, denumite inhibitori, care
Încă în procesul de fabricaţie al transformatorului trebuie să se aibă în vedere acţiunea catalitică a metalelor în procesul de oxidare a uleiului. De aceea, se prevăd metode de pasivizare a suprafeţelor metalice din transformator , cum ar fi acoperirea acestora cu un lac special. Măsurile indicate de protecţie a uleiului de transformator încetinesc procesul de îmbătrânire a uleiului, dar nu îl elimină complet. Astfel se impun măsuri de control şi întreţinere a uleiului. Periodic, se verifică aspectul (culoarea) uleiului, prezenţa cărbunelui în suspensie, prezenţa apei, punctul de inflamabilitate, aciditatea organică, impurităţile mecanice, rigiditatea dielectrică şi tangenta unghiului de pierderi. Întreţinerea uleiului de transformator înseamnă îndepărtarea impurităţilor , a produselor de oxidare şi a apei din ulei. Procedeele de întreţinere sunt: decantarea, filtrarea, centrifugarea, uscarea sau tratarea în vid a uleiului.
Dacă uleiul este pronunţat oxidat, el trebuie regenerat. Metodele de regenerare sunt similare cu metodele de rafinare ale uleiului. Prin ele se îndepărtează din ulei acizii, hidrocarburile nesaturate şi apa. La schimbarea uleiului trebuie luate măsuri de îndepărtare a produselor de oxidare ale uleiului din izolaţiile solide ale transformatorului.O protecţie mult superioară a uleiului se realizează prin interpunerea între uleiul din transformator şi atmosferă a unei perne de azot. Astfel, se elimină procesul de oxidare a uleiului şi de asemenea, se elimină aproape complet şi procesul de absorbţie a umidităţii, ceea ce duce la mărimea considerabilă a duratei de viaţă a uleiului, precum şi a materialelor izolante solide ale înfăşurărilor şi deci a transformatorului. O altă modalitate de eliminare a contactului dintre uleiul din transformator şi aerul din mediul înconjurător este separarea uleiului de aer în conservator printr-o membrană elastică, care urmăreşte variaţiile de volum ale uleiului. Sau, în cuva transformatorului umplută complet cu ulei se introduce un balon elastic, de asemenea umplut cu ulei. Balonul elastic comunică cu un expandor.
