Hvad er fejl i transformatorer?

Hvad er fejl i transformatorer?

Definition af fejl i transformatorer

Fejl i transformatorer refererer til problemer som isolationsnedbrydninger og kjernefejl, der kan opstå inden for eller uden for transformatoren.

Eksterne fejl i strømtransformatorer

Kortslutning uden for strømtransformator

Kortslutninger kan opstå i to eller tre faser af elektriske strømsystemer. Fejlstrømmen er normalt høj, afhængig af kortsluttet spænding og kredsløbsimpedans op til fejlpunktet. Denne høje fejlstrøm øger kobbertab, hvilket medfører intern opvarmning i transformatoren. Det skaber også alvorlige mekaniske spændinger, især under den første cyklus af fejlstrømmen.

Højspændingsforstyrrelser i strømtransformatorer

Højspændingsforstyrrelser i strømtransformatorer er af to typer,

• Transient overspænding

• Netfrekvensoverspænding

Transient overspænding

Højspænding og højfrekvensoverspænding kan opstå i strømsystemet på grund af følgende årsager,

• Buegrund hvis neutralpunktet er isoleret.

• Skiftning af forskellige elektriske udstyr.

• Atmosfæriske lynimpuls.

Uanset årsagen til overspændingen, er det dog en rejsende bølge med høj og stejl bølgeform og også høj frekvens. Denne bølge bevæger sig gennem elektriske strømsystemnetværk, når den når til strømtransformator, forårsager den nedbrydning af isolationen mellem vindingsomgange tæt ved linjeterminal, hvilket kan skabe kortslutning mellem vindingsomgange.

Netfrekvensoverspænding

Der kan altid være en chance for systemoverspænding på grund af pludselig afkobling af stor belastning. Selvom amplituden af denne spænding er højere end dens normale niveau, er frekvensen den samme som under normale forhold. Overspænding i systemet forårsager en stigning i stress på transformatorens isolation. Som vi ved, at spændingen, øget spænding forårsager proportionel stigning i arbejdende flux.

Dette forårsager derfor en stigning i jerntab og proportionelt større stigning i magnetiseringsstrøm. Den øgede flux bliver omdirigeret fra transformatorens kerne til andre stålkonstruktionselementer i transformatoren. Kerneskrewe, der normalt bærer lidt flux, kan blive udsat for en stor del af flux, der bliver omdirigeret fra den mættede region af kernen ved siden af. Under sådanne forhold kan skruen hurtigt opvarmes og ødelægge sin egen isolation samt vindingsisolation.

Underfrekvens-effekt i strømtransformatorer

Da antallet af vindingsomgange er fastlagt. Fra denne ligning er det klart, at hvis frekvensen falder i et system, øges fluxen i kernen, effekterne er mere eller mindre de samme som ved overspænding.

Interne fejl i strømtransformatorer

De principielle fejl, der opstår inden for en strømtransformator, er kategoriseret som,

• Isolationsnedbrydning mellem vindingsomgang og jord

• Isolationsnedbrydning mellem forskellige faser

• Isolationsnedbrydning mellem nabo-vindingsomgange, dvs. inter-turn-fejl

• Transformator kernefejl

Interne jordfejl i strømtransformatorer

Interne jordfejl i en stern-forbindelse med neutrale punkt jordet gennem en impedans

I en stern-forbindelse med neutrale punkt jordet gennem en impedans, afhænger fejlstrømmen af jordimpedansen og afstanden fra fejlpunktet til neutralt. Spændingen ved fejlpunktet er højere, hvis det er længere fra neutralt, hvilket fører til højere fejlstrøm. Fejlstrømmen afhænger også af leckage-reactance af vindingsdelen over fejlpunktet og neutralt, men dette er normalt lavt sammenlignet med jordimpedansen.

Interne jordfejl i en stern-forbindelse med neutrale punkt solidt jordet

I dette tilfælde er jordimpedansen ideelt nul. Fejlstrømmen afhænger af leckage-reactance af vindingsdelen, der kommer over fejlpunktet og neutralt. Fejlstrømmen afhænger også af afstanden mellem neutralt og fejlpunkt i transformator.

Som sagt i det foregående tilfælde, afhænger spændingen over disse to punkter af antallet af vindingsomgange, der kommer over fejlpunktet og neutralt. Så i en stern-forbindelse med neutrale punkt solidt jordet, afhænger fejlstrømmen af to hovedfaktorer, først leckage-reactance af vindingsdelen, der kommer over fejlpunktet og neutralt, og anden afstanden mellem fejlpunktet og neutralt. 

Men leckage-reactance af vindingen varierer på en kompleks måde med positionen af fejlen i vindingen. Det ses, at reactancen falder meget hurtigt for fejlpunkter nær neutralt, og derfor er fejlstrømmen højest for fejl nær neutralt. Så på dette punkt er spændingen, der er til rådighed for fejlstrømmen, lav, og samtidig er reactancen, der modarbejder fejlstrømmen, også lav, hvilket resulterer i en høj fejlstrøm. 

Igen ved fejlpunkt langt fra neutralt, er spændingen, der er til rådighed for fejlstrømmen, høj, men samtidig er reactancen, der ydes af vindingsdelen mellem fejlpunktet og neutralt, høj. Det kan bemærkes, at fejlstrømmen holder et meget højt niveau igennem vindingen. Med andre ord, beholder fejlstrømmen en meget høj størrelse uanset positionen af fejlen på vindingen.

Interne fase til fase fejl i strømtransformatorer

Fase til fase fejl i transformatorer er sjældne. Hvis sådan en fejl opstår, vil den give anledning til betydelig strøm til at aktivere øjeblikkelig overstrøm relæ på primær side samt differentialrelæ.

Inter-turns fejl i strømtransformatorer

Strømtransformator forbundet med ekstra højspændings transmissions-system, er meget sandsynlig at blive udsat for høj magnitude, stejl front og høj frekvens impuls spænding på grund af lyn-surge på transmissionslinjen. Spændingsstresserne mellem vindingsomgange bliver så store, at de ikke kan bære stresset og forårsager isolationsnederlag mellem inter-turns på nogle punkter. Desuden er LV-vindingen stresset på grund af overførte surge-spændinger. Et meget stort antal strømtransformator-nederlag opstår fra fejl mellem omgange. Inter-turn fejl kan også opstå på grund af mekaniske kræfter mellem omgange, der opstår ved ekstern kortslutning.

Kernefejl i strømtransformatorer

Hvis noget af kernen laminerings-del er skadet eller broget af en ledende materiale, kan det forårsage eddy-strøm og lokal overophedning. Dette kan også ske, hvis isolationen af skruer, der anvendes til at stramme kernen laminationer, mislykkes. Disse fejl forårsager alvorlig lokal opvarmning, men påvirker ikke signifikant transformatorens input og output strøm, hvilket gør dem svære at opdage med standard elektriske beskyttelsesschemas. For høj opvarmning kan nedbryde transformator olie, frigør gasser, der akkumulerer i Buchholz-relæ og udløser en alarm.