Αιτίες και Λύσεις για Υψηλό Ποσοστό Αποτυχιών σε Διανομικούς Μετατροπείς

1. Αιτίες αποτυχίας σε μετασχηματιστές διανομής για γεωργικούς χώρους

(1) Βλάβη μόνωσης

Η αγροτική παροχή ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιεί συνήθως συστήματα παροχής 380/220V. Λόγω του υψηλού ποσοστού μονοφασικών φορτίων, οι μετασχηματιστές διανομής λειτουργούν συχνά υπό σημαντική ανισορροπία τριφασικού φορτίου. Σε πολλές περιπτώσεις, η ανισορροπία υπερβαίνει το επιτρεπόμενο εύρος που καθορίζεται στα πρότυπα, προκαλώντας πρόωρη γήρανση, επιδείνωση και αποτυχία της μόνωσης των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή, με αποτέλεσμα τελικά την καύση.

Όταν οι μετασχηματιστές διανομής βιώνουν συνθήκες υπερφόρτωσης για μεγάλο χρονικό διάστημα, βλάβες στις γραμμές χαμηλής τάσης ή αιφνίδιες σημαντικές αυξήσεις φορτίου, μπορεί να προκληθεί βλάβη λόγω ανεπαρκούς προστασίας. Η απουσία συσκευών προστασίας στην πλευρά χαμηλής τάσης, σε συνδυασμό με την αποτυχία των ασφαλειών πτώσης στην πλευρά υψηλής τάσης να λειτουργήσουν έγκαιρα (ή καθόλου), επιτρέπει στους μετασχηματιστές να μεταφέρουν ρεύματα πολύ υψηλότερα από τις ονομαστικές τιμές τους (μερικές φορές πολλαπλάσια του ονομαστικού ρεύματος). Αυτό προκαλεί δραματική αύξηση της θερμοκρασίας, επιταχύνοντας τη γήρανση της μόνωσης και οδηγώντας στην καύση των τυλιγμάτων.

Μετά από εκτεταμένη λειτουργία, στεγανοποιητικά εξαρτήματα όπως σφαιρίδια από καουτσούκ και παρεμβύσματα επιδεινώνονται, ραγίζουν και αποτυγχάνουν. Εάν δεν ανιχνευθούν και αντικατασταθούν έγκαιρα, αυτό οδηγεί σε διαρροή λαδιού και μείωση της στάθμης λαδιού. Η υγρασία από τον αέρα εισέρχεται τότε σε μεγάλες ποσότητες στο μονωτικό λάδι, μείωνας δραματικά τη διηλεκτρική του αντοχή. Σε σοβαρές περιπτώσεις έλλειψης λαδιού, ο μεταγωγέας τάσης μπορεί να εκτεθεί στον αέρα, προκαλώντας απορρόφηση υγρασίας, εκκένωση, βραχυκυκλώματα και καύση του μετασχηματιστή.

Και ελαττώματα κατασκευής συμβάλλουν στις βλάβες. Μη επαρκείς διαδικασίες παραγωγής, ατελής εμποτισμός με βερνίκι των στρωμάτων των τυλιγμάτων (ή βερνίκι μονωτικό κακής ποιότητας), ανεπαρκής ξήρανση και αναξιόπιστη συγκόλληση των συνδέσεων των τυλιγμάτων μπορεί να δημιουργήσουν ευάλωτα σημεία μόνωσης. Επιπλέον, η προσθήκη υποβαθμισμένου μονωτικού λαδιού κατά τη συντήρηση ή η είσοδος υγρασίας και ακαθαρσιών κατά τις επισκευές επιδεινώνει την ποιότητα του λαδιού και την αντοχή της μόνωσης, με αποτέλεσμα τελικά τη διάσπαση της μόνωσης και την αποτυχία του μετασχηματιστή.

(2) Υπερτάσεις

Η προστασία από κεραυνούς συχνά αποτυγχάνει λόγω τιμών αντίστασης γείωσης που δεν πληρούν τις απαιτήσεις. Ακόμη και όταν αρχικά είναι σύμφωνες, τα συστήματα γείωσης μπορεί να επιδεινωθούν με την πάροδο του χρόνου λόγω διάβρωσης, οξείδωσης, σπασίματος του χάλυβα ή κακών συγκολλήσεων, προκαλώντας δραματική αύξηση της αντίστασης γείωσης και καθιστώντας τους μετασχηματιστές ευάλωτους σε ζημιές από κεραυνούς.

Η ακατάλληλη διαμόρφωση της προστασίας από κεραυνούς είναι συνηθισμένη. Πολλοί αγροτικοί μετασχηματιστές διανομής έχουν εγκατεστημένα αλεξικέραυνα μόνο στην πλευρά υψηλής τάσης. Δεδομένου ότι η αγροτική παροχή ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιεί κυρίως μετασχηματιστές με σύνδεση Yyn0, οι κεραυνοί μπορούν να δημιουργήσουν υπερτάσεις τόσο θετικής όσο και αντίστροφης μετασχηματισμού. Χωρίς προστασία από υπερτάσεις στην πλευρά χαμηλής τάσης, οι μετασχηματιστές γίνονται σημαντικά πιο ευάλωτοι σε ζημιές από αυτές τις υπερτάσεις.

Οι αγροτικά δίκτυα 10kV υποφέρουν συχνά από φερρομαγνητικό συντονισμό. Κατά τα γεγονότα υπερτάσης λόγω συντονισμού, το πρωτεύον ρεύμα των μετασχηματιστών διανομής μπορεί να αυξηθεί δραματικά, καίγοντας τα τυλίγματα ή προκαλώντας ανάφλεξη στα μονωτήρια και ακόμη και έκρηξη.

(3) Κακές συνθήκες λειτουργίας

Κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών περιόδων υψηλής θερμοκρασίας ή όταν οι μετασχηματιστές λειτουργούν συνεχώς υπό συνθήκες υπερφόρτωσης, η θερμοκρασία του λαδιού αυξάνεται υπερβολικά. Αυτό επηρεάζει σοβαρά τη διασπορά θερμότητας και επιταχύνει τη γήρανση, την επιδείνωση και την αποτυχία της μόνωσης, μειώνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής του μετασχηματιστή.

(4) Ακατάλληλη χρήση του μεταγωγέα τάσης ή κακή ποιότητα

Η αγροτική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας χαρακτηρίζεται από διάσπαρτα φορτία, ισχυρά εποχιακά πρότυπα, μεγάλες διαφορές μεταξύ αιχμής και βάσης, μακριές γραμμές χαμηλής τάσης και σημαντικές πτώσεις τάσης, με αποτέλεσμα σημαντικές διακυμάνσεις τάσης. Αυτό οδηγεί τους αγροτικούς ηλεκτρολόγους να ρυθμίζουν συχνά τους μεταγωγείς τάσης των μετασχηματιστών μόνοι τους. Οι περισσότερες από αυτές τις ρυθμίσεις δεν ακολουθούν τις σωστές διαδικασίες, και οι τιμές της αντίστασης συνεχούς ρεύματος δεν μετριούνται και συγκρίνονται μετά τη λειτουργία πριν την επιστροφή σε λειτουργία. Ως εκ τούτου, πολλοί μετασχηματιστές αποτυγχάνουν λόγω ακατάλληλης θέσης του μεταγωγέα τάσης, κακής επαφής, αυξημένης αντίστασης επαφής και καμένων μεταγωγέων τάσης.

Μεταγωγείς τάσης κακής ποιότητας με ανεπαρκή στατική και δυναμική επαφή, ή με αντιστοιχισμένους δείκτες θέσης (όπου οι εξωτερικές ενδείξεις δεν αντιστοιχούν στις πραγματικές εσωτερικές θέσεις), μπορεί να προκαλέσουν ατυχήματα εκκένωσης και βραχυκυκλώματος μετά τη θέση σε λειτουργία, με αποτέλεσμα καμένους μεταγωγείς τάσης ή ολόκληρα καμένα τυλίγματα.

(5) Προβλήματα γείωσης πυρήνα μετασχηματιστή

Προβλήματα ποιότητας σε μετασχηματιστές διανομής μπορεί να προκαλέσουν πρόωρη γήρανση του βερνικιού μόνωσης μεταξύ των ελάσεων από πυριτικό χάλυβα κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας λειτουργίας, με αποτέλεσμα πολυσημεία γείωσης του πυρήνα και αποτυχία του μετασχηματιστή.

(6) Μακροχρόνια λειτουργία υπερφόρτωσης

Με την αγροτική οικονομική ανάπτυξη, η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας έχει αυξηθεί δραματικά. Ωστόσο, η ανεπαρκής προσθήκη νέων μετασχηματιστών ή η αντικατάστασή τους με μεγαλύτερης ισχύος έχει αναγκάσει τους υπάρχοντες μετασχηματιστές να λειτουργούν συνεχώς υπό συνθήκες υπερφόρτωσης. Επιπλέον, το υψηλό ποσοστό μονοφασικών φορτίων στις αγροτικές περιοχές καθιστά δύσκολη την επίτευξη ισορροπίας τριφασικού φορτίου, με αποτέλεσμα ορισμένες φάσεις να υφίστανται σοβαρή μακροχρόνια υπερφόρτωση ενώ τα ρεύματα της ουδέτερης γραμμής υπερβαίνουν σημαντικά τις επιτρεπόμενες τιμές. Αυτές οι συνθήκες οδηγούν τελικά σε καύση του μετασχηματιστή.

2. Αντίμετρα

Σύμφωνα με τα σχετικά πρότυπα, κάθε μετασχηματιστής διανομής πρέπει να διαθέτει τρεις βασικές προστασίες: προστασία από κεραυνούς, προστασία από βραχυκύκλωμα και προστασία από υπερφόρτωση.

Για προστασία από κεραυνούς, πρέπει να εγκατασταθούν αλεξικέραυνα και στις δύο πλευρές του μετασχηματιστή (υψηλής και χαμηλής τάσης), με προτίμηση για αλεξικέραυνα οξειδίου του ψευδαργύρου.

Οι προστασίες από βραχυκύκλωμα και υπερφόρτωση πρέπει να εξετάζονται ξεχωριστά. Τα διακοπτόμενα ασφαλειοδικτυώματα στην πλευρά υψηλής τάσης πρέπει κυρίως να προστατεύουν από εσωτερικές βλάβες βραχυκυκλώματος μέσα στο μετασχηματιστή, ενώ οι καταστάσεις υπερφόρτωσης και τα βραχυκυκλώματα στη γραμμή χαμηλής τάσης πρέπει να αντιμετωπίζονται από διακόπτες κυκλώματος χαμηλής τάσης ή ασφαλειοδικτυώματα που εγκαθίστανται στην πλευρά χαμηλής τάσης.

Κατά τη λειτουργία, οι φασικές τάσεις φορτίου πρέπει να παρακολουθούνται τακτικά με χρήση μαγνητικών αμπερομέτρων για να επαληθευτεί ότι η ανισορροπία τριφασικού φορτίου παραμένει εντός των επιτρεπόμενων ορίων. Όταν εντοπίζεται υπερβολική ανισορροπία, απαιτείται άμεση επανακατανομή φορτίου για να επανέλθει η ανισορροπία εντός των προβλεπόμενων ορίων.

Η τακτική επιθεώρηση και δοκιμή των μετασχηματιστών διανομής σύμφωνα με το προβλεπόμενο πρόγραμμα είναι απαραίτητη. Οι επιθεωρητές πρέπει να ελέγχουν το χρώμα, τη στάθμη και τη θερμοκρασία του λαδιού για κανονικότητα, καθώς και να αναζητούν διαρροές λαδιού. Οι επιφάνειες των μονωτήρων πρέπει να εξετάζονται για σημάδια φλεκτρισμού ή εκκένωσης. Κάθε ανωμαλία πρέπει να αντιμετωπίζεται άμεσα. Συνιστάται επίσης η περιοδική καθαριότητα των εξωτερικών επιφανειών του μετασχηματιστή για την αφαίρεση βρωμιάς και ρύπων από τους μονωτήρες και άλλες επιφάνειες.

Πριν από κάθε ετήσια περίοδο καταιγίδων, πρέπει να πραγματοποιείται πλήρης έλεγχος τόσο των αλεξικέραυνων υψηλής όσο και χαμηλής τάσης, καθώς και των αγωγών γείωσης. Τα μη συμμορφούμενα αλεξικέραυνα πρέπει να αντικαθίστανται. Οι αγωγοί γείωσης πρέπει να είναι ελεύθεροι από σπασμένα νήματα, κακές συγκολλήσεις ή διακοπές. Δεν πρέπει ποτέ να χρησιμοποιούνται αλουμινένιοι αγωγοί για αγωγούς γείωσης· αντ' αυτού, συνιστώνται χαλύβδινες ράβδοι διαμέτρου 10-12 mm ή επίπεδες λωρίδες χάλυβα 30×3 mm.

Η αντίσταση γείωσης πρέπει να ελέγχεται ετησίως κατά τη διάρκεια του χειμώνα, υπό ευνοϊκές καιρικές συνθήκες (τουλάχιστον μία εβδομάδα συνεχούς καλού καιρού). Τα μη συμμορφούμενα συστήματα γείωσης πρέπει να διορθώνονται.

Οι συνδέσεις μεταξύ των ακροδεκτών του μετασχηματιστή και των αγωγών της αερίας γραμμής στις πλευρές υψηλής και χαμηλής τάσης πρέπει να χρησιμοποιούν εξαρτήματα μετάβασης χαλκού-αλουμινίου ή σφιγκτήρες εξοπλισμού χαλκού-αλουμινίου. Πριν από τη σύνδεση, οι επιφάνειες αυτών των εξαρτημάτων πρέπει να γυαλιστούν με λεπτό γυαλόχαρτο και να επικαλυφθούν με κατάλληλη ποσότητα αγώγιμης λίπανσης.

Κατά τη χειριστική λειτουργία των μεταγωγέων τάσης του μετασχηματιστή, πρέπει να ακολουθούνται αυστηρά οι διαδικασίες. Μετά τη ρύθμιση, ο μετασχηματιστής δεν πρέπει να επιστρέφεται αμέσως σε λειτουργία. Αντ’ αυτού, πρέπει να μετρηθούν οι τιμές της συνεχούς αντίστασης κάθε φάσης με γέφυρα πριν και μετά τη λειτουργία και να συγκριθούν. Εάν δεν παρατηρηθούν σημαντικές αλλαγές, πρέπει να συγκριθούν οι τιμές συνεχούς αντίστασης μετά τη λειτουργία μεταξύ φάσεων και μεταξύ γραμμών, με διαφορές φάσης που δεν υπερβαίνουν το 4% και διαφορές γραμμής μικρότερες του 2%. Εάν δεν πληρούνται αυτά τα κριτήρια, πρέπει να εντοπιστεί και να διορθωθεί η αιτία. Μόνο αφού πληρούνται αυτές οι απαιτήσεις, ο μετασχηματιστής πρέπει να επιστρέψει σε λειτουργία.