Mitä ovat muuntimen vikat?

Mitä ovat vikat muuntimessa?

Muuntimen vikoiden määritelmä

Muuntimen vikat viittaavat ongelmiin kuten eristysvianmurtoihin ja ytimvikiin, jotka voivat tapahtua muuntimen sisällä tai ulkopuolella.

Voimamuuntimen ulkovikat

Voimamuuntimen ulkoiset lyhyyskierrokset

Lyhyyskierrokset voivat tapahtua sähköverkon kahdella tai kolmella vaiheella. Vian sähkövirta on yleensä suuri, riippuen lyhytyksen jännitteestä ja piirin impedanssista vian paikkaan asti. Tämä korkea viansähkövirta lisää kuparin hukkaa, mikä aiheuttaa lämpöölöitymistä muuntimen sisällä. Se myös aiheuttaa vakavia mekaanisia rasituksia, erityisesti viansähkövirran ensimmäisen kierroksen aikana.

Voimamuuntimen korkeajännitteen häiriöt

Voimamuuntimen korkeajännitteen häiriöt ovat kahdenlaisia,

• Tilapäinen kuljujännite

• Verkkotaitavirta ylijännite

Tilapäinen kuljujännite

Korkeajännite ja korkeataajuinen kuljujännite voi syntyä sähköverkossa seuraavien syiden vuoksi,

• Sähkökatkaisun aiheuttama kuljujännite, jos neutraalipiste on eristetty.

• Eri sähkövälineiden kytkemisoperaatiot.

• Ilmakehän salamanimpulssi.

Olipa kuljujännitteen syy mitä tahansa, se on loppujen lopuksi kulkeva aalto, jolla on korkea ja jyrkä aaltomuoto sekä korkea taajuus. Tämä aalto kulkee sähköverkossa, ja kun se saavuttaa voimamuuntimen, se aiheuttaa eristysvianmurron kytkentäpäähän lähellä olevissa kierroksissa, mikä voi aiheuttaa lyhyyskierroksen kierrosten välillä.

Verkkotaitavirtaylijännite

Järjestelmän ylijännitteelle on aina mahdollisuus suuren kuorman yhtäkkiä katkaisun vuoksi. Vaikka tämän jännitteen amplitudi onkin korkeampi kuin normaalilla tasolla, sen taajuus on sama kuin normaalin ollessa. Järjestelmän ylijännite aiheuttaa eristyksen rasituksen kasvamisen muuntimessa. Kuten tiedämme, jännitteen kasvaessa työskentelevä flux kasvaa verrannollisesti.

Tämä aiheuttaa rautahuipun kasvavan ja suhteellisesti suuren magneettivirtaan. Lisätty flux uudelleenkierretään muuntimen ytimeen muihin terässtruktuuriosiin. Ytimbolit, jotka yleensä kuljettavat vähän fluxia, voivat altistua suurelle fluxin komponentille, joka uudelleenkierretään tyydytetyn alueen vieressä. Tällaisissa olosuhteissa bolit voivat kuumeta nopeasti ja tuhota omansa eristystä sekä kytkentäeristyksen.

Alhaisen taajuuden vaikutus voimamuuntimeen

Koska jännite on kiinteässä suhteessa kytkentäkierrosten määrään. Tästä yhtälöstä on selvää, että jos taajuus pienenee järjestelmässä, flux ytimessä kasvaa, ja vaikutukset ovat melkein samankaltaiset kuin ylijännitteen käsittelyssä.

Voimamuuntimen sisäiset vikat

Voimamuuntimen sisäiset pääasialliset vikat luokitellaan seuraavasti,

• Eristyksen murto kytkennän ja maan välillä

• Eristyksen murto eri vaiheiden välillä

• Eristyksen murto naapurustavien kierrosten välillä eli inter-turn vika

• Muuntimen ytimen vika

Voimamuuntimen sisäiset maavikat

Tähti kytkennän maavikat, kun neutraalipiste on maanjätetty impedanssin kautta

Tähti kytkennässä, jossa neutraalipiste on maanjätetty impedanssin kautta, viansähkövirta riippuu maajäteimpedanssistä ja vian etäisyydestä neutraalipisteeseen. Vian paikan jännite on korkeampi, jos se on kauempana neutraalipisteestä, mikä johtaa korkeampaan viansähkövirtaan. Viansähkövirta riippuu myös kytkentäosan valoimisreaktanssista vian paikan ja neutraalipisteen välillä, mutta tämä on yleensä pieni verrattuna maajäteimpedanssiin.

Tähti kytkennän maavikat, kun neutraalipiste on tiiviisti maanjätetty

Tässä tapauksessa maajäteimpedanssi on idealisesti nolla. Viansähkövirta riippuu kytkentäosan valoimisreaktanssista vian paikan ja neutraalipisteen välillä. Viansähkövirta riippuu myös vian paikan ja neutraalipisteen välisestä etäisyydestä muuntimessa.

Kuten edellisessä tapauksessa, näiden kahden pisteen välinen jännite riippuu kytkentäkierrosten määrästä vian paikan ja neutraalipisteen välillä. Joten tähti kytkennässä, jossa neutraalipiste on tiiviisti maanjätetty, viansähkövirta riippuu kahdesta pääasiallisesta tekijästä, ensinnäkin kytkentäosan valoimisreaktanssista vian paikan ja neutraalipisteen välillä ja toiseksi vian paikan ja neutraalipisteen välisestä etäisyydestä. 

Mutta kytkentäosan valoimisreaktanssi vaihtelee monimutkaisesti vian paikan sijainnin mukaan. Havaitaan, että reaktanssi laskee hyvin nopeasti vian paikan lähestyessä neutraalipistettä, ja siksi viansähkövirta on korkein vian ollessa lähellä neutraalipistettä. Siksi tässä pisteessä saatavilla oleva jännite viansähkövirtalle on matala, ja samalla reaktanssi, joka vastustaa viansähkövirtaa, on myös matala, joten viansähkövirtan arvo on tarpeeksi korkea. 

Taas vian paikassa, joka on kauempana neutraalipisteestä, saatavilla oleva jännite viansähkövirtalle on korkea, mutta samalla reaktanssi, jonka kytkentäosa tarjoaa vian paikan ja neutraalipisteen välillä, on korkea. Huomataan, että viansähkövirta pysyy hyvin korkealla tasolla koko kytkentäosan ajan. Toisin sanoen viansähkövirta säilyttää hyvin suuren magnitudin riippumatta vian sijainnista kytkentäosassa.

Voimamuuntimen sisäiset vaihe-vaihevikat

Vaihe-vaihevikat muuntimessa ovat harvinaisia. Jos sellainen vika sattuu, se aiheuttaa merkittävän sähkövirran, joka aktivoi välittömän ylijännitteesireen muuntimen primääripuolella sekä differentiaalesireen.

Inter-turn vika voimamuuntimessa

Voimamuuntin, joka on kytketty sähköiseen erittäin korkean jännitteen siirtymäjärjestelmään, on hyvin altis korkealle magnitudille, jyrkälle etupuolelle ja korkealle taajuudelle, koska salamaimpulssi siirtymäjohdolla. Kytkentäkierrosten väliset jännitesyötteet tulevat niin suureksi, etteivät ne kestä stressiä ja aiheuttavat eristysvianmurron inter-turn -paikoissa. Myös alavirtakytkentä on stressaantunut siirrettyjen kuljujännitteiden vuoksi. Suuri määrä voimamuuntimen epäonnistumisista johtuu inter-turn -vikasta. Inter-turn vika voi myös tapahtua ulkoisen lyhyyskierroksen aiheuttamien mekaanisten voimien vuoksi.

Voimamuuntimen ytimen vika

Jos yhdenkin osan ytimlampotasoista on vaurioitunut tai silloin, kun ne on siltoiltu johtavalla materiaalilla, se voi aiheuttaa pyörviävän sähkövirta- ja paikallisen ylikuumenemisen. Tämä voi myös tapahtua, jos ytimlampotasoja kiristävien bollten eristys epäonnistuu. Nämä vikat aiheuttavat vakavaa paikallista lämpöölöitymistä, mutta eivät vaikuta merkittävästi muuntimen virran ja ulosvirran, mikä tekee niistä vaikeasti havaittavia tavallisilla sähkösuojalaitteilla. Liian suuri ylikuumeneminen voi romuttaa muuntimen öljyn, vapauttaa kaasuja, jotka kertyvät Buchholz-relayhin ja aiheuttavat hälytyksen.