Oblast techniky

Vynález se týká oboru výkonových transformátorů a výkonové elektroniky, kde umožňuje efektivní vysoušení pevné izolace transformátorů. Způsob spočívá ve vypuštění olejové náplně a následném vakuování nádoby transformátoru. Vynález se rovněž týká zařízení k provádění uve10 děného způsobu.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní známá řešení používají při výrobě transformátorů vysoušeči zařízení pevné izolace vinutí transformátorů, sestávající z napájecího transformátoru s regulačními odbočkami pro stupňovité nastavení výstupního napětí, kterým se napájí nízkofrekvenční měnič. Proudem nízko frekvenčního měniče se vyhřívá vinutí vyššího napětí transformátoru, zatímco vinutí nižšího napětí je spojeno nakrátko a je vyhříváno proudem, který se do tohoto vinutí indukuje z vinutí 20 vyššího napětí. Na výstupu měniče je napětí obdélníkového průběhu, které způsobuje, že se do zkratovaného vinutí při ostrých náběžných hranách indukují přepěťové špičky, stejně jako do případného rozpojeného třetího vinutí transformátoru a ohrožují izolační pevnost těchto vinutí. K určování odporu vinutí a tedy teploty vinutí se pak používá zvláštní samostatný měřič odporu se složitým přepínacím a vybíjecím systémem. Nízkofrekvenční měnič vyžaduje předřazený 25 transformátor s řadou odboček, což zvyšuje rozměry, hmotnost a cenu celého zařízení. Ze všech uvedených důvodů je takovéto vysoušeči zařízení pro servisní údržbu transformátorů v provozu v rozvodnách jen obtížně použitelné.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny způsobem vysoušení pevné izolace vinutí výkonových transformátorů, spočívajícím ve vypuštění olejové náplně a následném vakuování nádoby transformátoru podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že se k vinutí vyššího napětí transformátoru přivádí sinusový proud o frekvenci nastavitelné plynule od nuly do 5 Hz. 35 zatímco druhé vinutí nižšího napětí je spojeno nakrátko.

Sinusový proud se s výhodou odebírá ze sítě s účiníkem nastavitelným libovolně až do hodnoty rovné jedné a generuje se proud a napětí sinusového průběhu o libovolně nízké a plynule nastavitelné frekvenci od 5 Hz až do nuly při nastavitelném konstantním proudu nebo napětí. Ve 40 výhodném provedení se měří napětí a proud na vinutí transformátoru při frekvenci v rozsahu od nuly do 1 Hz a z podílu napětí a proudu se určuje odpor vinutí, z něhož se zjišťuje teplota vinutí. S výhodou se rovněž zaznamenává průběh procesu vysoušení a jeho výsledky na libovolná informační média.

K provádění uvedeného způsobu slouží zařízení sestávající z nízkofrekvenčního měniče, tvořeného usměrňovačem, střídačem se zabudovaným vnitřním filtrem se sinusovým výstupem proudu a napětí a přepěťovou ochranou na výstupu nízkofrekvenčního měniče.

Usměrňovačem je s výhodou pulzní usměrňovač pro odběr sinusového proudu ze sítě při libo50 volně nastavitelném účiníku až do hodnoty rovné jedné. K výstupu nízkofrekvenčního měniče je s výhodou připojen přes trojpólový dvoupolohový přepínač filtr, tvořený cívkami a kondenzátory pro vyhlazení výstupního proudu a napětí.

-1 CZ 296883 B6

Výstupy nízkofrekvenčního měniče, jako napětí, proud a frekvence jsou s výhodou spojeny s řídicím a registračním systémem, který je propojen s čidlem teploty okolí, čidlem proudu zkratovaného vinutí transformátoru a s čidlem vakua. Výstup řídicího a registračního systému je s výhodou propojen se záznamovým médiem a vnější pamětí. Mezi řídicím a registračním systémem a nízkofrekvenčním měničem je vytvořena zpětnovazební smyčka.

Napětí nebo proud lze řídit na konstantní hodnotu. To umožňuje přenos proudu do druhého zkratovaného vinutí bez napěťových špiček a v případném třetím rozpojeném vinutí nevyvolává nebezpečná přepětí, která by ohrožovala izolační pevnost pevné izolace transformátoru.

Další výhodou vynálezu je to, že nízkofrekvenční měnič nepotřebuje zvláštní napájecí transformátor s odbočkami, ale může být napájen přímo ze sítě 3AC 400 V.

Další výhodou vynálezu je to, že k měření teploty vinutí se využívá samotný nízkofrekvenční měnič, a to tak, že umožňuje v libovolně zvolených intervalech měřit napájecí napětí a proud vinutí transformátoru a tím odpor a následně teplotu vyhřívaného vinutí. Hodnot teploty vinutí se pak může využít k řízení a regulaci procesu vysoušení. Veškeré měřené veličiny mohou být registrovány v řídicím a registračním systému, který registruje a uchovává hodnoty všech měřených veličin v průběhu vysoušení stejně jako všechny zásahy operátora, řídí vysoušeči proces, měří a vypočítává teplotu vinutí, reguluje vyhřívací proud a vypracovává závěrečný protokol.

Další výhodou vynálezu je, že nezhoršuje kvalitu napájecí sítě, protože nízkofrekvenční měnič odebírá ze sítě sinusový proud při účiníku rovném jedné a tím nezatěžuje síť vyššími harmonickými a odběrem jalové energie. Sinusový průběh výstupního proudu umožňuje, kromě možnosti současného vysoušení vinutí na straně vyššího i nižšího napětí, též snadné využití konstrukce fázorových diagramů.

Další výhodou vynálezu je to, že přepěťový obvod na výstupu nízkofrekvenčního měniče chrání vinutí vysoušeného transformátoru proti přepětí při výpadku napájecí sítě nízkofrekvenčního měniče nebo samotného nízkofrekvenčního měniče.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení k provádění vysoušení pevné izolace vinutí výkonových transformátorů bude blíže vysvětleno na příkladu konkrétního provedení s pomocí přiložených výkresů.

Na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení nízkofrekvenčního měniče k vysoušení pevné izolace transformátoru. Na obr. 2 je schéma zapojení nízkofrekvenčního měniče k vysoušení pevné izolace transformátoru s výstupním filtrem. Na obr. 3 je řídicí a registrační systém s naznačenými vstupními a výstupními signály.

Příklady provedení vynálezu

Při vysoušení pevné izolace vinutí výkonových transformátorů se nejdříve vypustí olejová náplň a následně se provede vakuování nádoby transformátoru. K vinutí vyššího napětí transformátoru se přivádí sinusový proud o frekvenci nastavitelné plynule od nuly do 5 Hz, zatímco druhé vinutí nižšího napětí je spojeno nakrátko. Sinusový proud se odebírá ze sítě s účiníkem nastavitelným libovolně až do hodnoty rovné jedné a generuje se proud a napětí sinusového průběhu o libovolně nízké a plynule nastavitelné frekvenci od 5 Hz až do nuly při nastavitelném konstantním proudu nebo napětí. Zároveň se měří napětí a proud na vinutí transformátoru při frekvenci v rozsahu od nuly do 1 Hz a z podílu napětí a proudu se určuje odpor vinutí, z něhož se zjišťuje tep-2 CZ 296883 B6

lota vinutí. Průběh procesu vysoušení a jeho výsledky se zaznamenávají na libovolná informační média jako je papír, disky a podobně.

Zařízení k provádění výše uvedeného sestává z nízkofrekvenčního měniče 20, tvořeného usměr5 ňovačem 30, střídačem 40 se zabudovaným vnitřním filtrem se sinusovým výstupem proudu a napětí a přepěťovou ochranou na výstupu nízkofrekvenčního měniče 20. Usměrňovačem 30 je pulzní usměrňovač pro odběr sinusového proudu ze sítě při libovolně nastavitelném účiníku až do hodnoty rovné jedné. K výstupu nízkofrekvenčního měniče 20 je připojen přes trojpólový dvoupolohový přepínač 50 filtr. Filtr je tvořen cívkami a kondenzátory pro vyhlazení výstupního 10 proudu a napětí. Výstupy nízkofrekvenčního měniče 20, jako napětí, proud a frekvence jsou spojeny s řídicím a registračním systémem 60. Řídicí a registrační systém 60 je propojen s čidlem 70 teploty okolí, čidlem 71 proudu zkratovaného vinutí transformátoru a s čidlem 72 vakua a jehož výstup je propojen se záznamovým médiem a vnější pamětí. Mezi řídicím a registračním systémem 60 a nízkofrekvenčním měničem 20 je vytvořena zpětnovazební smyčka.

Na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení nízkofrekvenčního měniče 20 k vysoušení pevné izolace vinutí transformátoru sinusovým proudem nízkého kmitočtu a k měření odporu vinutí transformátoru. Vysoušení se provádí tak, že nízkofrekvenční měnič 2 napájí vinutí vyššího napětí, zatímco vinutí nižšího napětí je zapojeno nakrátko.

Nízkofrekvenční měnič 20 se skládá z pulzního usměrňovače PU, který je na střídavé straně připojen na střídavou napájecí síť 3AC 400 V a na stejnosměrné straně na první svorku 1_ a na druhou svorku 2 a ze střídače 40. Střídač 40 se skládá ze šesti kondenzátorů Cl, C2, C3, C4, C5, C6, ze šesti řiditelných polovodičových součástek VI, V2, V3, V4, V5, V6, obsahuje nezbytné 25 zpětné diody, které nejsou v obrázku vyznačeny a ze tří tlumivek LI, L2 a L3 zapojených tak, že kondenzátor Cl je zapojen mezi první svorkou 1 a třetí svorkou 3. Kondenzátor C3 je zapojen mezi první svorkou 1 a pátou svorkou 5. Kondenzátor 5 je zapojen mezi první svorkou 1 a sedmou svorkou 7. Kondenzátor C2 je zapojen mezi třetí svorkou 3 a druhou svorkou 2. Kondenzátor 4 je zapojen mezi pátou svorkou 5 a druhou svorkou 2. Kondenzátor 6 je zapojen mezi sed30 mou svorkou 7 a druhou svorkou 2. Paralelně ke kondenzátorům jsou zařazeny ochranné diody

Dl, D2, D3, D4, D5 a D6, a to tak, že anoda diody Dl je připojena na třetí svorku 3 a katoda na první svorku 1, anoda diody D2 je připojena na druhou svorku 2 a katoda na třetí svorku 3, anoda diody D3 je připojena na pátou svorku 5 a katoda na první svorku 1, anoda diody D4 je připojena na druhou svorku 2 a katoda na pátou svorku 5, anoda diody D5 je připojena na sedmou svorku 7 35 a katoda na první svorku 1, anoda diody D6 je připojena na druhou svorku 2 a katoda na sedmou svorku 7. Tlumivka LI je zapojena mezi třetí svorkou 3 a čtvrtou svorkou 4, tlumivka L2 je zapojena mezi pátou svorkou 5 a šestou svorkou 6, tlumivka L3 je zapojena mezi sedmou svorkou 7 a osmou svorkou 8, zatímco tranzistor VI je zapojen mezi první svorkou 1 a čtvrtou svorkou 4. Tranzistor V2 ie zapojen mezi první svorkou 1 a šestou svorkou 6, tranzistor V3 ie zapo40 jen mezi první svorkou 1 a osmou svorkou 8, tranzistor V4 je zapojen mezi čtvrtou svorkou 4 a druhou svorkou 2, tranzistor V5 ie zapojen mezi šestou svorkou 6 a druhou svorkou 2, tranzistor V6 je zapojen mezi osmou svorkou 8 a druhou svorkou 2. Třetí svorka 3 a pátá svorka 5 a sedmá svorka 7 jsou vývody měniče k vinutí transformátoru. Svorky 3, 5 a 2 jsou připojeny na vstup přepěťové ochrany PO.

Vhodným řízením nízkofrekvenčního měniče se dosahuje sinusového průběhu výstupního proudu, a to i při nejnižších frekvencích. Ve zkratovaném vinutí tak nedochází k žádným přepěťovým špičkám. Sinusový proud v napájeném vinutí nevyvolává přepětí ani v případném rozpojeném třetím vinutí. Na vstupu nízkofrekvenčního měniče je pulzní usměrňovač, jehož vhodným říze50 ním se dosahuje sinusového průběhu odebíraného proudu a účiníku, který je roven jedné.

Přepěťová ochrana má za úkol chránit vinutí transformátoru při výpadku napájecí sítě nízkofrekvenčního měniče nebo při výpadku samotného nízkofrekvenčního měniče. Vhodným řízením lze dosáhnout na výstupu nízkofrekvenčního měniče napětí a proudu o velmi nízkém kmitočtu nebo stejnosměrného napětí a proudu a měřit tak odpor vinutí transformátoru.

Na obr. 2 je znázorněno schéma zapojení nízkofrekvenčního měniče 20 s výstupním filtrem a přepínačem 50.

Zapojení se skládá z trojpólového dvoupolohového přepínače 50 který je realizován dvěma stykači, filtračních tlumivek L4, L5, L6, filtračních kondenzátorů C7, C8, C9 a přepěťové ochrany PO. Trojpólový dvoupolohový přepínač 50, filtrační tlumivky, filtrační kondenzátory a přepěťová ochrana jsou zapojeny tak, že výstupní svorky 3, 5 a 7 nízkofrekvenčního měniče 20 jsou připojeny na trojpólový dvoupolohový přepínač 50, který v poloze 1 spojuje třetí svorku 3 s ío osmou svorkou 8, pátou svorku 5 s desátou svorkou 10 a sedmou svorku 7 s dvanáctou svorkou 12. Přepínač 50 v poloze 11 spojuje třetí svorku 3 s devátou svorkou 9 tlumivky L4, pátou svorku 5 s jedenáctou svorkou tlumivky L5 a sedmou svorku 7 s třináctou svorkou 13 tlumivky L6, zatímco druhý konec tlumivky L4 je připojen na osmou svorku 8, druhý konec tlumivky L5 je připojen na desátou svorku 10 a druhý konec tlumivky L6 je připojen na dvanáctou svorku 12.

Kondenzátor C7 je zapojen mezi osmou svorku 8 a desátou svorku 10, kondenzátor C8 je zapojen mezi desátou svorkou 10 a dvanáctou svorkou 12 a kondenzátor C9 je zapojen mezi osmou svorkou 8 a dvanáctou svorkou 12. Na osmou svorku 8, desátou svorku 10 a dvanáctou svorku 12 je připojena přepěťová ochrana PO.

Filtr lze zařadit při měření odporu vinutí transformátoru k lepšímu vyhlazení výstupních veličin nízkofrekvenčního měniče.

Na obr. 3 je řídicí a registrační systém 60 se všemi vstupními a výstupními signály. Na vsfup řídicího a registračního systému 60 jsou zaváděny hodnoty výstupního napětí, proudu a kmitočtu 25 nízkofrekvenčního měniče, případně proudu zkratovaného vinutí transformátoru, teplota okolí, případně stav vakua v nádobě transformátoru. Řídicí a registrační systém 60 registruje všechny měřené veličiny a zásahy operátora během vysoušení a po skončeném procesu vysoušení o něm vydává záznam. Kromě toho řídí proces měření odporu vinutí transformátoru a určuje teplotu vinutí. Na základě těchto hodnot generuje řídicí signály pro řízení nízkofrekvenčního měniče. 30 Pro kontrolu provádí výpočet teploty vinutí z hodnot vyhřívacího proudu, doby vysoušení a parametrů transformátoru. Po skončeném vysoušení vypracovává závěrečný protokol o vysoušení pro zákazníka.

Průmyslová využitelnost

Způsob vysoušení pevné izolace vinutí výkonových transformátorů a zařízení k provádění tohoto způsobu nalezne uplatnění při výrobě, údržbě a opravách výkonových transformátorů.