Transformator

Przegląd kategorii: przekładniki pomiarowe do zastosowań średniego napięcia

Przetwornice pomiarowe stanowią kluczowy interfejs pomiarowy i ochronny w średnionapięciowych stacjach elektroenergetycznych, przemysłowych szafach rozdzielczych oraz aplikacjach podłączenia do sieci. Ta kategoria obejmuje dwa główne typy przetwornic: przetwornicę prądową (CT), która obniża wysokie prądy pierwotne do ustandaryzowanego sygnału wtórnego przeznaczonego dla zabezpieczeń z przekaźników i liczników taryfowych; oraz przetwornicę napięciową (VT), która obniża wysokie napięcie pierwotne do bezpiecznego i mierzalnego poziomu wtórnego, stosowanego w celach pomiaru, wykrywania zwarć do ziemi oraz systemów zabezpieczeniowych opartych na przekaźnikach. Oba typy przetwornic są produkowane i badane typowo zgodnie ze standardami międzynarodowymi IEC i GB, dzięki czemu każda przetwornica jest kompatybilna z powszechnie stosowanymi szafami rozdzielczymi średniego napięcia oraz systemami zabezpieczeń w stacjach elektroenergetycznych operatorów sieci, przyłączeniach farm słonecznych do sieci oraz przemysłowych sieciach dystrybucji energii na całym świecie.

Z punktu widzenia specyfikacji technicznej najważniejszymi parametrami wyboru dowolnego przekładnika pomiarowego są klasa napięcia, klasa dokładności, obciążenie znamionowe oraz rodzaj izolacji. Te decyzje nie są wzajemnie zamienne: zbyt niska klasa dokładności może spowodować nieprawidłowe działanie zabezpieczenia przekaźnikowego podczas awarii, podczas gdy nieodpowiedni wybór izolacji dla danego środowiska instalacyjnego prowadzi do przyspieszonego zużycia dielektrycznego przekładnika – co często pozostaje niewidoczne aż do chwili wystąpienia awarii w trakcie eksploatacji. Zamawiający, którzy przy wyborze przekładników kładą większy nacisk na cenę jednostkową niż na dopasowanie do specyfikacji technicznej, czasem odkrywają podczas uruchamiania, że różnica w specyfikacji wiąże się z kosztami naprawy znacznie przewyższającymi różnicę cenową, którą próbowały zoptymalizować. Decyzje zakupowe dotyczące przekładników są podyktowane przede wszystkim ich specyfikacjami technicznymi, a nie wyłącznie preferencjami wobec danej marki.

Główne cechy przekładników

Transformator napięciowy na zewnątrz typu JDZ(X)W-33 to transformator wylewany żywicą epoksydową przeznaczony do instalacji zewnętrznych o napięciu 33 kV, w tym stacji elektroenergetycznych na zewnątrz, rozdzielnic przyłączeniowych farm słonecznych do sieci oraz sieci dystrybucyjnych 33 kV w warunkach ekstremalnych. Transformator ten wykorzystuje hermetyzację żywicą epoksydową cykloalifatyczną, zapewniającą odporność na promieniowanie UV, mgłę solną, wilgotność oraz zanieczyszczenia przemysłowe — co czyni go odpowiednim dla instalacji przybrzeżnych i klimatów tropikalnych o wysokiej wilgotności, gdzie standardowe gatunki żywicy epoksydowej ulegają degradacji powierzchniowej już po kilku latach eksploatacji. Transformator jest dostępny w wersjach jedno- oraz trójuzwojeniowych i obsługuje klasy dokładności pomiaru 0,2 i 0,5 oraz wyjście o klasie ochrony 6P, umożliwiając jednoczesne rozliczanie energii i ochronę przekaźnikową przy użyciu jednego obudowanego transformatora.

Modele przekładników prądowych do wnętrz LZZBJ9-11 i LZZBJ9-33 to jednostki odlewane żywicą epoksydową przeznaczone do zastosowań średniego napięcia 11 kV i 33 kV w pomieszczeniach, w tym w podstacjach energetycznych, pomieszczeniach rozdzielczych średniego napięcia w przemyśle oraz budynkach podstacji podwyższających w elektrowniach słonecznych. Ten typ przekładnika prądowego wykorzystuje całkowicie uszczelnioną, trudnopłonną izolację żywiczną epoksydową, odporną na wilgoć, nagromadzenie kurzu oraz kondensację w środowiskach pomieszczeń rozdzielczych bez stałej kontroli klimatu. Każdy przekładnik prądowy zapewnia klasy dokładności 0.2S i 0.5 do pomiarów oraz klasę 10P do zabezpieczeń; konfiguracje dwu- i trójrdzeniowe pozwalają, aby pojedynczy korpus przekładnika zasilał niezależnie zarówno licznik handlowy, jak i przekaźnik zabezpieczeniowy — cecha szczególnie ważna dla producentów szaf rozdzielczych integrujących obwody pomiarowe i zabezpieczeniowe w ograniczonej przestrzeni komory przekładnikowej.

• Klasy napięciowe: zakres przekładników pomiarowych 11 kV i 33 kV
• Dokładność przekładnika prądowego: 0.2S, 0.5 (pomiar); 10P (zabezpieczenia)
• Dokładność przekładnika napięciowego: 0.2, 0.5 (do pomiarów); 6P (do ochrony)
• Izolacja transformatora: z żywicy epoksydowej (do wnętrz); z żywicy epoksydowej cykloalifatycznej (do zewnętrznych zastosowań)
• Konfiguracje rdzeni: przekładnik prądowy jednordzeniowy, dwurdzeniowy i trzyrdzeniowy; przekładnik napięciowy jedno- i trzyuzwojeniowy
• Normy: międzynarodowe normy IEC i GB dla każdego typu przekładnika

Typowe zastosowania przekładników

Przekładniki pomiarowe z tej kategorii znajdują zastosowanie w szerokim zakresie infrastruktury elektrycznej średniego napięcia. Główne zastosowanie to stacje rozdzielcze energetyczne, gdzie w każdej komórce wyjściowej oraz w każdej sekcji szyn zbiorczych montuje się przekładnik prądowy i przekładnik napięciowy, zapewniając dane pomiarowe i ochronne dla systemów automatyzacji stacji oraz do rozliczeń finansowych. Rozdzielnice przemysłowe — w tym zakłady produkcyjne, kopalnie oraz obiekty branży przetwórczej z zasilaniem średnim napięciem — stosują przekładniki pomiarowe w komórce głównego wyłącznika wejściowego zarówno do pomiarów, jak i ochrony przed awariami.

Projekty energetyki odnawialnej, w szczególności farmy fotowoltaiczne, stały się istotnym segmentem zastosowań przekładników pomiarowych 33 kV. Stacje przełączające do podłączenia farm słonecznych do sieci wymagają jednostek przekładników napięciowych przeznaczonych do zastosowania na zewnątrz, odpornych na pełne oddziaływanie warunków zewnętrznych w cyklach wilgotności sezonowej oraz stabilnych pod wpływem promieniowania UV w okresie eksploatacji instalacji wynoszącym 20–25 lat. Zastosowanie cykloalifatycznego żywicy epoksydowej w przekładniku napięciowym zewnętrznym JDZ(X)W-33 spełnia to wymaganie. Przeprowadzenie badania typowego zgodnie z normą IEC stanowi konieczny punkt wyjścia dla każdego przekładnika, lecz nie gwarantuje niezawodności w długim okresie eksploatacji w środowisku przybrzeżnym lub o wysokim nasileniu promieniowania UV — różnice zwykle ujawniają się w przypadku odchylenia rzeczywistych poziomów wilgotności otoczenia i ekspozycji na promieniowanie UV od założeń przyjętych w protokole badań.

Producenti szaf i integratorzy systemowi montujący szafy rozdzielcze średniego napięcia wykorzystują przekładniki prądowe i napięciowe dostarczane jako zestawy dopasowane do szaf rozdzielczych, co upraszcza integrację obwodów wtórnych. Klasy dokładności, obliczenia obciążenia oraz zgodność z przekaźnikami są weryfikowane na etapie montażu szafy, co zmniejsza ryzyko nieprawidłowego działania ochrony po wprowadzeniu do eksploatacji spowodowanego niezgodnością klasy dokładności przekładnika prądowego z obciążeniem podłączanego przekaźnika.

Jak wybrać odpowiedni transformator

Wybór odpowiedniego przekładnika pomiarowego do zastosowania w sieci średniego napięcia wymaga podjęcia szeregu decyzji sekwencyjnych. Przeprowadzenie tych kroków w odpowiedniej kolejności prowadzi do uzyskania specyfikacji przekładnika, która jest zarówno technicznie poprawna, jak i odpowiednia dla danego środowiska instalacyjnego.

Krok 1 — Potwierdzenie klasy napięcia przekładnika. Prądnice i przekładniki napięciowe są klasyfikowane według maksymalnego napięcia systemowego. Dla systemów o znamionowym napięciu 11 kV odpowiedni jest przekładnik klasy 11 kV. Dla systemów 33 kV wymagany jest przekładnik o znamionowym napięciu 33 kV. Należy zweryfikować rzeczywiste maksymalne napięcie robocze w stosunku do maksymalnego napięcia znamionowego przekładnika — a nie tylko etykiety znamionowej klasy.

Krok 2 — Określenie klasy dokładności przekładnika w zależności od zastosowania. Pomiar przychodu wymaga klasy dokładności 0,2 lub 0,2S dla przekładnika prądowego. W zastosowaniach ochronnych stosuje się klasę 10P dla przekładnika prądowego oraz klasę 6P dla przekładnika napięciowego, które określają zachowanie się przekładnika w warunkach prądów zwarciowych, a nie precyzję pomiarową. Jeśli ten sam korpus przekładnika musi zasilać zarówno przekaźnik pomiarowy, jak i przekaźnik ochronny, wymagana jest konfiguracja z dwoma lub trzema rdzeniami. Podział sygnału z przekładnika jednordzeniowego pomiędzy dwa obwody pogarsza działanie obu funkcji.

Krok 3 — Wybór typu izolacji przekładnika w zależności od środowiska instalacyjnego. Jednostki transformatorów pomiarowych wewnętrznych w kontrolowanych środowiskach wykorzystują standardowy odporny na płomienie żywiczny epoksyd. Instalacje transformatorów zewnętrznych — lub instalacje wewnętrzne bez kontroli klimatu w środowiskach tropikalnych lub przybrzeżnych — wymagają hermetyzacji żywicą epoksydową cykloalifatyczną przeznaczoną do zastosowań zewnętrznych. Prąd znamionowy podawany na tabliczce znamionowej transformatora opiera się na założeniu standardowej temperatury otoczenia, zwykle 40°C zgodnie z normą IEC. W klimatach, w których temperatura otoczenia regularnie przekracza tę wartość — co jest powszechne w Egipcie, Kenii, Indonezji oraz regionach równikowych — przed ostatecznym ustaleniem stosunku prądowego należy potwierdzić odpowiedni współczynnik obciążenia zgodnie z arkuszem specyfikacji technicznej transformatora.

Krok 4 — Zweryfikuj obciążenie i stosunek transformatora. Obciążenie przekładnika prądowego lub napięciowego określa maksymalne połączone obciążenie wtórne. Przekładnik o wartości obciążenia niższej niż rzeczywiste obciążenie wtórne zabezpieczeń i mierników powoduje spadek napięcia wtórnego, co pogarsza dokładność pomiarów. Wartość obciążenia przekładnika należy podawać po ukończeniu projektu obwodu wtórnego, a nie wcześniej — to ograniczenie obowiązuje niezależnie od tego, czy przekładnik spełnia deklarowaną klasę dokładności podaną na jego tabliczce znamionowej.

Dlaczego specyfikacja przekładników ma znaczenie dla zakupujących na rynkach międzynarodowych

Zakup transformatory pomiarowych do projektów międzynarodowych obejmuje warstwę weryfikacji zgodności, która często jest niedoszacowana na etapie sporządzania specyfikacji. Zgodność z normami IEC stanowi niezbędny punkt wyjścia dla każdego transformatora, ale nie zapewnia jednolitego uznania na rynkach wszystkich krajów docelowych. Rosja (GOST), Brazylia (ABNT/INMETRO) oraz Indonezja (SNI) posiadają własne wymagania certyfikacyjne narodowe obok zgodności z IEC, a dokumentacja potrzebna do potwierdzenia zgodności różni się w zależności od rynku. Zamawiający importujący transformatory do projektów w tych krajach powinni upewnić się u odpowiedniego organu technicznego projektu lub lokalnego operatora sieci elektroenergetycznej, jakie wymagania certyfikacyjne są stosowane, zanim złożą zamówienie zakupowe.

Decyzje zakupowe dotyczące produktów transformatory prądowe i transformatory napięciowe są w znacznym stopniu uzależnione od parametrów znamionowych, dowodów testów typowych, zgodności klasy dokładności z połączonym systemem ochrony oraz zdolności dostawcy do zapewnienia pełnej dokumentacji wymaganej na etapie przeglądu przesyłki projektowej. Dla kupujących zakupujących od ugruntowanego producenta eksportowego z doświadczeniem w wysyłce wieloregionalnej do Azji Południowo-Wschodniej, Europy Wschodniej, Ameryki Południowej, Bliskiego Wschodu oraz Afryki ścieżka dokumentacji zgodności dla każdego typu transformatora jest zwykle bardziej przewidywalna — raporty testów typowych, certyfikaty kalibracji oraz formaty dokumentacji transformatorów są znanymi wielkościami już przed złożeniem zamówienia. Ma to największe znaczenie na etapie przesyłki projektowej, gdy błąd w specyfikacji lub luka w dokumentacji zaproponowanego transformatora powoduje opóźnienia harmonogramu i dodatkowe koszty, które są nieproporcjonalnie większe niż oszczędności cenowe, które stanowiły pierwotny motyw wyboru danego dostawcy na krótką listę.