Hauptgründe für das Ausfallen von H59-Distributionstransformatoren

1. Überlast

Erstens hat sich mit der Verbesserung des Lebensstandards das Stromverbrauch allgemein schnell erhöht. Die ursprünglichen H59-Verteilungstransformatoren haben eine geringe Kapazität—„ein kleines Pferd zieht einen großen Wagen“—und können den Bedürfnissen der Nutzer nicht mehr gerecht werden, was zu einem Betrieb unter Überlast führt. Zweitens führen saisonale Schwankungen und extreme Wetterbedingungen zu Spitzen im Stromverbrauch, was die H59-Verteilungstransformatoren weiter in den Überlastbetrieb bringt.

Durch den langfristigen Überlastbetrieb altern innere Komponenten, Wicklungen und Öl-Isolation vorzeitig. Die Transformatorenladungen sind weitgehend saisonal und zeitabhängig—besonders in ländlichen Gebieten während der Hauptarbeitssaison, wenn die Transformatoren bei vollem oder über Last betrieben werden, während sie nachts unter leichter Last laufen. Dies führt zu einer großen Lastkurvenschwankung, wobei die Betriebstemperaturen bei Spitzenwerten über 80 °C erreichen und bei Minima auf so niedrige Werte wie 10 °C sinken.

Darüber hinaus zeigen Inspektionen von ländlichen Transformatorn, dass jeder Transformator durchschnittlich mehr als 100 Gramm Feuchtigkeit am Boden angesammelt hat. Diese Feuchtigkeit dringt durch das Atmen des Transformatoröls während der thermischen Ausdehnung und Kontraktion ein und fällt dann aus dem Öl aus. Darüber hinaus senken unzureichende Ölmengen die Ölfläche, was den Kontaktbereich zwischen Isolieröl und Luft erhöht und die Feuchtigkeitsaufnahme aus der Atmosphäre beschleunigt. Dies reduziert die interne Isolationsstärke, und sobald die Isolation unter einen kritischen Schwellwert fällt, treten interne Durchbrüche und Kurzschlussfehler auf.

2. Unbefugtes Nachfüllen von Öl in H59-Verteilungstransformatoren

Ein Elektriker füllte Öl in einen H59-Verteilungstransformator nach, während dieser unter Spannung stand. Eine Stunde später sprangen die Hochspannungs-Fall-Auslöser in zwei Phasen, begleitet von leichtem Ölverspritzen. Eine Ortsinspektion bestätigte die Notwendigkeit einer umfassenden Reparatur. Die Hauptgründe für den Transformatorausfall waren:

• Das neu hinzugefügte Transformatoröl war nicht kompatibel mit dem vorhandenen Öl im Tank. Transformatoröle haben unterschiedliche Basisformulierungen, und das Mischen verschiedener Arten ist in der Regel verboten.

• Öl wurde ohne Entspannen des Transformators hinzugefügt. Das Mischen von heißem und kaltem Öl beschleunigte die innere Zirkulation, rührte die Feuchtigkeit am Boden auf und verteilte sie in den Hoch- und Niederspannungswicklungen, reduzierte die Isolation und führte zu einem Durchbruch.

• Nicht standardgemäßes Transformatoröl wurde verwendet.

3. Falsche Blindleistungskompensation führt zu Resonanzüberspannung

Um Leitungsverluste zu reduzieren und die Nutzung von Geräten zu verbessern, empfehlen Vorschriften die Installation von Blindleistungskompensationseinrichtungen an H59-Verteilungstransformatoren mit einer Leistung von mehr als 100 kVA. Wenn jedoch die Kompensation falsch konfiguriert ist—so dass die gesamte kapazitive Reaktanz der gesamten induktiven Reaktanz im Stromkreis entspricht—kann es zu Ferroresonanz in der Leitung und angeschlossenen Geräten kommen, was zu Überspannung und Überstrom führt, die den H59-Transformator und andere elektrische Geräte zerstören können.

4. Systemferroresonanzüberspannung

In ländlichen 10-kV-Verteilungsnetzen variieren die Leitungen in Länge, Erdabstand und Leiterquerschnitt. Zusammen mit häufigem Umschalten von H59-Transformatoren, Schweißgeräten, Kondensatoren und großen Lasten ändern sich die Systemparameter erheblich. Darüber hinaus kann intermittierendes Einphasen-Erdkontakt in einem 10-kV-Netz mit unerdeter Neutralleitung zu resonanter Überspannung führen. Wenn dies auftritt, führen leichte Fälle zu geplatzten Hochspannungs-Sicherungen; schwere Fälle zu Transformatorkurzschlüssen, und in seltenen Fällen zu Isolatorflammen oder -explosionen.

5. Blitzüberspannung

H59-Verteilungstransformatoren müssen laut Vorschriften auf beiden Seiten, sowohl auf der Hoch- als auch auf der Niederspannungsseite, mit qualifizierten Überspannungsschutzgeräten ausgestattet sein, um Schäden durch Blitzschlag und ferroresonante Überspannung an Wicklungen und Isolatoren zu verringern. Häufige Ursachen für Überspannungsschäden sind:

• Falsche Installation oder Prüfung von Überspannungsschutzgeräten. Normalerweise teilen sich drei Überspannungsschutzgeräte einen einzigen Erdpunkt. Mit der Zeit kann Korrosion durch Witterungseinflüsse oder mangelnde Wartung diesen Erdverbindung brechen oder verschlechtern. Bei Blitzschlag oder ferroresonanter Überspannung kann unzureichende Erdung die effektive Entladung in die Erde verhindern und zum Transformatordurchbruch führen.

• Übermäßiges Vertrauen in Versicherungsdeckungen. Viele Nutzer gehen davon aus, dass da der Transformator versichert ist, die Installation und Prüfung von Überspannungsschutzgeräten unnötig seien, da Versicherer die Schäden abdecken würden. Diese Einstellung hat in den vergangenen Jahren erheblich zu weit verbreiteten Transformatorschäden beigetragen.

• Ausschließlicher Fokus auf Überspannungsschutzgeräte auf der Hochspannungsseite, während die Niederspannungsseite vernachlässigt wird. Ohne Niederspannungsschutzgeräte kann ein Blitzschlag auf der Niederspannungsseite inverse Spannungsspitzen erzeugen, die die Hochspannungswicklung belasten und potenziell auch die Niederspannungswicklung schädigen.

6. Sekundärer Kurzschluss

Bei einem sekundären Kurzschluss fließen auf der sekundären Seite Kurzschlussströme, die mehrere bis dutzende Male größer als der Nennstrom sind. Ein entsprechend großer Strom fließt auch auf der primären Seite, um den demagnetisierenden Effekt des sekundären Fehlerstroms auszugleichen. Solche riesigen Ströme:

• Erzeugen enorme mechanische Belastungen innerhalb der Wicklungen, drücken Spulen zusammen, lockern die Haupt- und Zwischenschichtisolierung und verursachen Verformungen;

• Bewirken einen schnellen Temperaturanstieg in beiden Wicklungen. Wenn Sicherungen falsch dimensioniert sind oder durch Kupfer-/Aluminiumdraht ersetzt werden, können die Wicklungen schnell ausbrennen.

7. Mangelhafte Kontakte am Spannungswahlschalter

• Niedrigwertige Spannungswahlschalter mit mangelhafter Konstruktion, unzureichendem Federspannung oder unvollständigem Kontakt zwischen beweglichen und festen Kontakten können die Isolationsdistanz zwischen fehlgeordneten Kontakten reduzieren, was zu Bögen, Kurzschlüssen und raschem Ausbrennen der Spannungswicklungen oder ganzer Spulen führt.

• Menschliches Versagen: Einige Elektriker verstehen die Prinzipien des Leerlauf-Spannungswahlwechsels falsch. Nach der Einstellung können die Kontakte nur teilweise einklinken. Alternativ kann eine langfristige Betriebszeit zur Verunreinigung der festen Kontakte führen, was zu mangelhaftem Kontakt, Bögen und letztendlich zum Transformatorversagen führt.

8. Blockierte Atemöffnung
Transformatorleistung über 50 kVA haben in der Regel eine „Atemöffnung“ auf dem Konservierungsbehälter. Die Gehäuse der Atemöffnung ist in der Regel ein transparentes Glaszylinder, gefüllt mit Trocknungsmittel. Es ist während des Transports zerbrechlich, daher versenden Hersteller oft Einheiten mit einer kleinen quadratischen Metallplatte, die über die Atemöffnung geschraubt ist, anstelle der eigentlichen Atemöffnung, um Feuchtigkeitseinträge zu verhindern.

Beim Inbetriebnahme muss diese Metallplatte sofort entfernt und durch die funktionierende Atemöffnung ersetzt werden. Falls dies nicht geschieht, verursacht die während des Betriebs erzeugte Wärme eine Ölvergrößerung und erhöht den internen Druck. Ohne eine funktionierende Atemöffnung kann das Öl nicht richtig zirkulieren, die Wärme kann sich nicht abgeben und die Temperaturen im Kern und in den Wicklungen steigen ständig an. Die Isolation verschlechtert sich kontinuierlich, bis der Transformator letztendlich ausbrennt.

9. Andere Probleme
Häufige Probleme bei täglicher Betriebs- und Wartung von H59-Verteiltransformatoren beinhalten:

• Während der Wartung oder Installation kann das Anziehen oder Lösen der Muttern des Leiterrohrs dazu führen, dass das Rohr rotiert, was zu Berührungen zwischen sekundären weichen Kupferleitern führt—was Phase-zu-Phase-Kurzschlüsse oder das Brechen von Primärwicklungsleitern verursachen kann.

• Das versehentliche Fallenlassen von Werkzeugen oder Gegenständen während Arbeiten am Transformator kann Isolatoren beschädigen, was zu leichten Erdfluchten oder schweren Kurzschlüssen führen kann.

• Nach der Wartung, Prüfung oder Kabelaustausch an parallelen Transformatoren kann das Versäumnis, die Phasenfolge zu überprüfen und willkürliche Wiederanschluss zu vermeiden, zu falscher Phasierung führen. Beim Einschalten fließen dann große Umlaufströme, was den Transformator ausbrennen lässt.

• Anti-Diebstahl-Messboxen, die auf der Niederspannungsseite installiert sind, leiden oft an Platzmangel und mangelnder Handwerkskunst—manche Verbindungen werden einfach mit Draht umwickelt. Dies führt zu hohem Kontaktwiderstand an den Niederspannungsterminals, was bei hoher Last zu Überhitzung und Bögen führt und letztendlich zu einem Ausbrennen der Leiterrohre.