Co to są usterki w transformatorze?

Co to są Usterki w Transformatorze?

Definicja Usterek w Transformatorze

Usterki w transformatorze odnoszą się do problemów takich jak awarie izolacji i usterki rdzenia, które mogą wystąpić zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz transformatora.

Zewnętrzne Usterki w Transformatorze Mocy

Zewnętrzny Przewód Krótki w Transformatorze Mocy

Przewody krótkie mogą wystąpić w dwóch lub trzech fazach systemu elektrycznego. Prąd uszkodzeniowy jest zwykle wysoki, w zależności od napięcia przewodu krótkiego i impedancji obwodu do punktu uszkodzenia. Ten wysoki prąd uszkodzeniowy zwiększa straty miedziane, powodując nagrzewanie wewnątrz transformatora. Powoduje to również silne naprężenia mechaniczne, szczególnie podczas pierwszego cyklu prądu uszkodzeniowego.

Wysokie Napięcie Wzmocnienia w Transformatorze Mocy

Wysokie napięcia wzmocnienia w transformatorze mocy dzielą się na dwa rodzaje,

• Tymczasowe Skokowe Napięcie

• Nadmiarowe Napięcie Częstotliwości Sieciowej

Tymczasowe Skokowe Napięcie

Wysokie napięcia i wysokie częstotliwości skokowe mogą wystąpić w systemie energetycznym z powodu jednego z następujących powodów,

• Zamknięcie na ziemie, jeśli punkt neutralny jest izolowany.

• Operacje przełączania różnych urządzeń elektrycznych.

• Impuls atmosferyczny wywołany błyskawicą.

Bez względu na przyczyny skokowego napięcia, jest to fala biegnąca o wysokim i stromym kształcie falowym oraz wysokiej częstotliwości. Ta fala przemieszcza się w sieci systemu energetycznego, a po dotarciu do transformatora mocy powoduje zerwanie izolacji między zwitkami bliskimi terminalom linii, co może spowodować przewód krótki między zwitkami.

Nadmiarowe Napięcie Częstotliwości Sieciowej

Zawsze istnieje możliwość nadmiernego napięcia w systemie z powodu nagłego odłączenia dużego obciążenia. Chociaż amplituda tego napięcia jest wyższa niż normalna, ale częstotliwość pozostaje taka sama jak w normalnych warunkach. Nadmiarowe napięcie w systemie powoduje zwiększenie napięcia na izolacji transformatora. Jak wiadomo, zwiększenie napięcia powoduje proporcjonalne zwiększenie pracy indukcji magnetycznej.

To powoduje zwiększenie strat żelaznych i proporcjonalnie duży wzrost prądu magnesującego. Zwiększone pole magnetyczne jest kierowane z rdzenia transformatora do innych części stalowych transformatora. Śruby rdzenia, które normalnie przeprowadzają mało pola magnetycznego, mogą być narażone na dużą część pola magnetycznego, odprowadzoną z nasycanych regionów rdzenia. W takich warunkach śruby mogą szybko nagrzać się i zniszczyć własną izolację, a także izolację zwitek.

Wpływ Niskiej Częstotliwości na Transformator Mocy

Jako, że napięcie jest stałe, a liczba zwitek w cewce jest ustalona. Z tego równania wynika, że jeśli częstotliwość w systemie zmniejsza się, pole magnetyczne w rdzeniu zwiększa się, efekty są podobne do tych związanych z nadmiernym napięciem.

Wewnętrzne Usterki w Transformatorze Mocy

Główne usterki występujące wewnątrz transformatora mocy są klasyfikowane jako,

• Awarie izolacji między zwitkiem a ziemią

• Awarie izolacji między różnymi fazami

• Awarie izolacji między sąsiednimi zwitkami, czyli usterka międzyzwitkowa

• Usterka rdzenia transformatora

Wewnętrzne Usterki Ziemia w Transformatorze Mocy

Wewnętrzne Usterki Ziemia w Zwitku Połączonym Gwiazdowo z Punktem Neutralnym Ziemionym przez Impedancję

W zwitku połączonym gwiazdowo z punktem neutralnym ziemionym przez impedancję, prąd uszkodzeniowy zależy od impedancji ziemienia i odległości od punktu uszkodzenia do punktu neutralnego. Napięcie w punkcie uszkodzenia jest wyższe, jeśli jest on dalej od punktu neutralnego, co prowadzi do wyższego prądu uszkodzeniowego. Prąd uszkodzeniowy zależy również od reakcyjności przeciekowej części zwitka między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym, ale ta jest zwykle niska w porównaniu z impedancją ziemienia.

Wewnętrzne Usterki Ziemia w Zwitku Połączonym Gwiazdowo z Punktem Neutralnym Sztywno Ziemionym

W tym przypadku, impedancja ziemienia jest idealnie równa zero. Prąd uszkodzeniowy zależy od reakcyjności przeciekowej części zwitka między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym transformatora. Prąd uszkodzeniowy zależy również od odległości między punktem neutralnym a punktem uszkodzenia w transformatorze.

Jak powiedziano w poprzednim przypadku, napięcie między tymi dwoma punktami zależy od liczby zwitek między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym. Więc w zwitku połączonym gwiazdowo z punktem neutralnym sztywno ziemionym, prąd uszkodzeniowy zależy od dwóch głównych czynników, pierwszy to reakcyjność przeciekowa części zwitka między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym, a drugi to odległość między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym. 

Ale reakcyjność przeciekowa zwitka zmienia się w skomplikowany sposób w zależności od położenia uszkodzenia w zwitku. Widoczne jest, że reakcyjność maleje bardzo szybko dla punktu uszkodzenia zbliżającego się do punktu neutralnego, a więc prąd uszkodzeniowy jest najwyższy dla uszkodzenia blisko końcówki neutralnej. Więc w tym punkcie, napięcie dostępne dla prądu uszkodzeniowego jest niskie, a jednocześnie reakcyjność przeciwstawiająca się prądowi uszkodzeniowemu jest niska, co powoduje, że wartość prądu uszkodzeniowego jest wystarczająco wysoka. 

Ponownie, dla punktu uszkodzenia dalekiego od punktu neutralnego, napięcie dostępne dla prądu uszkodzeniowego jest wysokie, ale jednocześnie reakcyjność oferowana przez część zwitka między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym jest wysoka. Można zauważyć, że prąd uszkodzeniowy utrzymuje bardzo wysoki poziom na całej długości zwitka. Innymi słowy, prąd uszkodzeniowy utrzymuje bardzo wysoką wartość niezależnie od położenia uszkodzenia na zwitku.

Wewnętrzne Usterki Między Fazami w Transformatorze Mocy

Usterki między fazami w transformatorze są rzadkie. Jeśli taka usterka wystąpi, powoduje powstanie znacznego prądu, który uruchomi natychmiastową relację przeciążenia prądem na stronie pierwotnej, jak i relację różnicową.

Usterki Międzyzwitkowe w Transformatorze Mocy

Transformator połączony z systemem transmisyjnym o ekstra wysokim napięciu, jest bardzo narażony na wysokie, strome i wysokie częstotliwościowe impulsy napięcia spowodowane błyskawicami na linii transmisyjnej. Naprężenia napięciowe między zwitkami stają się tak duże, że nie są w stanie utrzymać napięcia, co prowadzi do awarii izolacji między zwitkami w niektórych punktach. Również zwitek niskiego napięcia jest narażony ze względu na przekazywane impulsy napięcia. Bardzo duża liczba awarii transformatorów wynika z uszkodzeń między zwitkami. Usterki międzyzwitkowe mogą również wystąpić z powodu sił mechanicznych między zwitkami wywołanych zewnętrznym przewodem krótkim.

Usterka Rdzenia w Transformatorze Mocy

Jeśli jakakolwiek część laminacji rdzenia jest uszkodzona lub mostkowana przez materiał przewodzący, może to spowodować prądy wirujące i lokalne przegrzewanie. Może to również nastąpić, jeśli izolacja śrub używanych do zaciskania laminacji rdzenia ulegnie awarii. Te usterki powodują silne lokalne przegrzewanie, ale nie mają znaczącego wpływu na prąd wejściowy i wyjściowy transformatora, co sprawia, że są trudne do wykrycia standardowymi schematami ochrony elektrycznej. Nadmierne przegrzewanie może spowodować rozkład oleju transformatora, co powoduje uwolnienie gazów, które gromadzą się w relacji Buchholza i wywołują alarm.