PL241018B1

PL241018B1 - System ochrony układu izolacyjnego transformatora

Info

Publication number: PL241018B1
Application number: PL426640A
Authority: PL
Inventors: Jakub Bernatt; Stanisław Gawron; Tadeusz Glinka; Daniel Pawłowski; Waldemar Olech; Tomasz Mnich; Janusz Sobota; Marcin Morawiec; Marcin Porada
Original assignee: Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel; Schneider Electric Transformers Poland Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością; Zakład Pomiarowo Badawczy Energetyki Energopomiarelektryka Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2022-07-18
Also published as: PL426640A1

Abstract

Ochrona układu izolacyjnego transformatora współpracującego z falownikami AC/DC/AC lub DC/AC o modulacji szerokości impulsów MSI charakteryzuje się tym, że w punktach połączenia falownika AC/DC/AC lub DC/AC z transformatorem jest włączony filtr pojemnościowy. W transformatorach trójfazowych filtr jest trójfazowy, a w transformatorach jednofazowych filtr jest jednofazowy. Filtr pojemnościowy (1) składa się z kondensatorów C, bądź korzystnie z kondensatorów C i rezystorów R, albo kondensatorów C i indukcyjności L względnie kondensatorów C, rezystorów R i indukcyjności L, przy czym kondensatory C, rezystory R i indukcyjności L mogą być połączone w trójkąt lub w gwiazdę. W transformatorach podstawowych, w których stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny zasilany z falownika, filtr pojemnościowy (1) korzystnie jest włączyć do końcówek wejściowych transformatora regulacyjnego. W transformatorach podstawowych, w których stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny zasilany z falownika, przy czym falownik z regulacją napięcia jest zasilany z transformatora dodatkowego, to jeden filtr pojemnościowy (1) korzystnie jest włączyć do końcówek wejściowych transformatora regulacyjnego, a drugi filtr pojemnościowy (1), korzystnie jest włączyć do końcówek wyjściowych transformatora dodatkowego. Na farmach fotowoltaicznych (7), transformator (8) jest połączony z falownikiem (6), korzystnie jest włączyć filtr pojemnościowy (1) do końcówek wejściowych transformatora (8). Na farmach wiatrowych i w hydroelektrowniach w których generator elektryczny, poprzez falownik, jest połączony z transformatorem (8), to korzystnie jest włączyć filtr pojemnościowy (1) do końcówek wejściowych transformatora (8).

Description

PL 241 018 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ochrona układu izolacyjnego transformatora współpracującego z falownikami o modulacji szerokości impulsów MSI (ang. Pulse-Width Modulation PWM).

Właściwości materiałów izolacyjnych: przenikalność magnetyczna względna ε, tgĄ wytrzymałość dielektryczna na przebicie elektryczne, rezystywność, są funkcją temperatury i częstotliwości zmiany pola elektrycznego. W transformatorach olejowych izolacja uzwojeń jest celulozowo - olejowa. Parametry dielektryczne celulozy i oleju są różne, np. celuloza na tg£ = 0,03, a olej transformatorowy na tg^ = 0,001. Układy izolacyjne uzwojeń transformatorów współpracujących z falownikami z modulacją szerokości impulsów MSI są narażone na udary napięciowe o częstotliwości impulsowania falownika. Konstruktorzy falowników stosują coraz wyższe częstotliwości impulsowania, gdyż im większa jest częstotliwość impulsowania tym zawartość wyższych harmonicznych w napięciu i prądzie jest mniejsza i łatwiejsza do odfiltrowania. Częstotliwość impulsowania przy tranzystorach tradycyjnych wynosi kilka kHz, a przy tranzystorach SiC nawet kilkadziesiąt kHz. Dla układu izolacyjnego transformatora każdy impuls napięcia generuje dwa udary napięciowe stromości ~ 10³ A Udary napięciowe o dużej stromości, powtarzające się z częstotliwością impulsowania, powodują one wyładowania koronowe (ang. corona discharge) przewodów uzwojenia, które skracają w sposób znaczący czas „życia” układu izolacyjnego transformatora. Znane są przypadki, że transformator olejowy już w okresie gwarancji ma układ izolacyjny zużyty, opisane to jest w książce „Maszyny elektryczne transformatory. Podstawy teoretyczne, eksploatacja i diagnostyka ”, ISBN 978-83-931909-1-1 wydanej przez Instytut Komel. Transformatory olejowe współpracują z falownikami na farmach fotowoltaicznych, na farmach wiatrowych, w hydroelektrowniach, w układach zadających piece indukcyjne, w transformatorach rozdzielczych do stabilizacji napięcia i innych zastosowaniach. Firmy produkujące transformatory i firmy je instalujące, nie stosują układów osłonowych dla izolacji transformatorów, które zmniejszałyby wartości pochodnych impulsów napięcia na układzie izolacyjnym uzwojeń transformatora generowanych przez falowniki MSI.

Według wynalazku, ochrona układu izolacyjnego transformatora współpracującego z falownikami AC/DC/AC lub DC/AC o modulacji szerokości impulsów MSI, charakteryzuje się tym, że w punktach połączenia falownika AC/DC/AC lub DC/AC z transformatorem jest włączony filtr pojemnościowy. W transformatorach trójfazowych filtr jest trójfazowy, a w transformatorach jednofazowych filtr jest jednofazowy. Filtr pojemnościowy składa się z kondensatorów C, bądź korzystnie z kondensatorów C i rezystorów R. Kondensatory C i rezystory R mogą być połączone w trójkąt lub w gwiazdę. W transformatorach podstawowych, w których stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny zasilany z falownika, filtr pojemnościowy korzystnie jest włączony do końcówek wejściowych transformatora regulacyjnego. W transformatorach podstawowych, w których stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny zasilany z falownika, przy czym falownik z regulacją napięcia DC jest zasilany z transformatora dodatkowego, to jeden filtr pojemnościowy korzystnie jest włączyć do końcówek wejściowych transformatora, a drugi filtr pojemnościowy korzystnie jest włączyć do końcówek wyjściowych transformatora dodatkowego. Na farmach fotowoltaicznych transformator jest połączony z falownikiem DC/AC, zatem korzystnie jest włączyć filtr pojemnościowy do końcówek wejściowych transformatora. Na farmach wiatrowych i w hydroelektrowniach w których generator elektryczny, poprzez falownik AC/DC/AC jest połączony z transformatorem, to korzystnie jest włączyć filtr pojemnościowy do końcówek wejściowych transformatora.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie rozwiązania na rysunku na którym przedstawiono trójfazowe filtry pojemnościowe: fig. 1 złożony z kondensatorów połączonych w trójkąt, fig. 2 złożony z kondensatorów połączonych w gwiazdę, fig. 3 złożony z kondensatorów połączonych w trójkąt i rezystorów włączonych szeregowo z kondensatorami, fig. 4 złożony z kondensatorów połączonych w gwiazdę i rezystorów włączonych szeregowo z kondensatorami, fig. 5 złożony z kondensatorów połączonych w trójkąt i rezystorów włączonych szeregowo z uzwojeniem transformatora, fig. 6 typu T złożony z kondensatorów połączonych w gwiazdę oraz rezystorów i indukcyjności włączonych szeregowo z uzwojeniem transformatora, fig. 7 filtr włączony na wejście transformatora regulacyjnego, fig. 8 dwa filtry jeden włączony na wyjście transformatora dodatkowego, a drugi na wejście transformatora regulacyjnego, fig. 9 na farmie fotowoltaicznej filtr włączony na wejście transformatora i fig. 10 na farmie wiatrowej filtr włączony na wejście transformatora.

Ochrona układu izolacyjnego transformatora współpracującego z falownikami AC/DC/AC lub DC/AC o modulacji szerokości impulsów MSI, o dużej stromości zmiany napięcia, jest realizowana przy pomocy filtrów pojemnościowych włączonych w punktach połączenia falownika AC/DC/AC lub DC/AC

Claims

PL 241 018 B1 z transformatorem. Na rysunkach od fig. 1 do fig. 6 przedstawiono kilka wariantów rozwiązania trójfazowego filtru pojemnościowego. Na transformatorach trójfazowych są stosowane filtry trójfazowe, a w transformatorach jednofazowych filtry jednofazowe. Na rysunkach fig. 1 i fig. 2 są pokazane filtry złożone z samych pojemności C połączonych w trójkąt 1 bądź w gwiazdę 1.2. Na rysunkach fig. 3 i fig. 4 pokazano filtr z szeregowo połączonych rezystancji R i pojemności C w układzie trójkąta 1.1 i w układzie gwiazdy 1.3. Korzystniejszymi układami filtrów pojemnościowych są układy z gałęzią R włączoną szeregowo z uzwojeniem transformatora, jak na rysunkach fig. 5 i fig. 6. Na rysunku fig. 5 jest przedstawiony schemat filtru 1.4 pojemnościowo-rezystancyjnego CR z pojemnością C w układzie trójkąta. Na rysunku fig. 6 jest przedstawiony filtr 1.6 pojemnościowo-rezystancyjno-indukcyjny CRL z pojemnością C w układzie gwiazdy. Na rysunkach fig. 7 do fig. 10 przedstawiono przykłady połączenia filtrów z transformatorami trójfazowymi. Na rysunku fig. 7 przedstawiono transformator podstawowy 2, w którym stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny 3 zasilany z falownika AC/DC/AC 5. Filtr pojemnościowy 1 korzystnie jest włączyć do końcówek wejściowych transformatora regulacyjnego 3. W transformatorach podstawowych 2, w których stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny 3 zasilany z falownika AC/DC/AC 5, przy czym falownik 5 z regulacją napięcia jest zasilany z transformatora dodatkowego 4, to jeden filtr pojemnościowy 1 korzystnie jest włączyć do końcówek wejściowych transformatora regulacyjnego 3, a drugi filtr pojemnościowy 1 korzystnie jest włączyć do końcówek wyjściowych transformatora dodatkowego 4, jak na rysunku fig. 8. Na farmach fotowoltaicznych 7, transformator 8 jest połączony z falownikiem DC/AC 6, korzystnie jest włączyć filtr pojemnościowy 1 do końcówek wejściowych transformatora 8. Na farmach wiatrowych i w hydroelektrowniach w których generator elektryczny, poprzez falownik AC/DC/AC 11, jest połączony z transformatorem 8, to korzystnie jest włączyć filtr pojemnościowy 1 do końcówek wejściowych transformatora 8. Filtr pojemnościowy przyłączony do transformatora w miejscu przyłączenia falownika AC/DC/AC bądź falownika DC/AC z modulacją szerokości impulsów MSI obniża stromość zmian napięcia impulsowania na uzwojeniu. Poprzez dopasowanie parametrów filtru CR do transformatora poprawi się w sposób znaczący warunki dielektryczne izolacji uzwojenia, zmniejszy proces starzenia się izolacji i wydłuży jej czas „życia”. Zastrzeżenia patentowe

1. System ochrony układu izolacyjnego transformatora współpracującego z falownikami AC/DC/AC lub DC/AC o modulacji szerokości impulsów MSI, znamienny tym, że w punktach połączenia falownika AC/DC/AC lub DC/AC z transformatorem włączony jest filtr pojemnościowy, przy czym w transformatorach jednofazowych jest filtr jednofazowy, a w transformatorach trójfazowych filtr jest trójfazowy.

2. System ochrony układu izolacyjnego transformatora według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że filtr pojemnościowy (1) składa się z kondensatorów C, bądź korzystnie z kondensatorów C i rezystorów R, przy czym kondensatory C i rezystory R mogą być połączone w trójkąt lub w gwiazdę.

3. System ochrony układu izolacyjnego transformatora według zastrzeżeń 1 i 2, znamienny tym, że w transformatorach podstawowych (2), w których stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny (3) zasilany z falownika (5), filtr pojemnościowy (1) korzystnie jest włączyć do końcówek wejściowych transformatora regulacyjnego (3).

4. System ochrony układu izolacyjnego transformatora według zastrzeżeń 1 i 2, znamienny tym, że w transformatorach podstawowych (2), w których stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez transformator regulacyjny (3) zasilany z falownika (5), przy czym falownik (5) z regulacją napięcia jest zasilany z transformatora dodatkowego (4), jeden filtr pojemnościowy (1) korzystnie jest włączyć do końcówek wejściowych transformatora regulacyjnego (3), a drugi filtr pojemnościowy (1) korzystnie jest włączyć do końcówek wyjściowych transformatora dodatkowego (4).

5. System ochrony układu izolacyjnego transformatora według zastrzeżenia 1 i 2, znamienny tym, że w przypadku, gdy falownik (6) zasilany jest z farmy fotowoltaicznej (7) oraz połączony z transformatorem (8), korzystnie jest włączyć filtr pojemnościowy (1) do końcówek wejściowych transformatora (8).