Что такое неисправности в трансформаторе

Что такое неисправности в трансформаторе?

Определение неисправностей трансформатора

Неисправности в трансформаторе относятся к проблемам, таким как пробой изоляции и неисправности сердечника, которые могут возникать внутри или снаружи трансформатора.

Внешние неисправности силового трансформатора

Внешнее короткое замыкание силового трансформатора

Короткие замыкания могут происходить в двух или трех фазах электрической системы. Сила тока при коротком замыкании обычно высокая, в зависимости от напряжения короткого замыкания и сопротивления цепи до точки короткого замыкания. Этот высокий ток короткого замыкания увеличивает медные потери, вызывая внутренний нагрев трансформатора. Он также создает серьезные механические напряжения, особенно во время первого цикла тока короткого замыкания.

Высоковольтные помехи в силовом трансформаторе

Высоковольтные помехи в силовом трансформаторе бывают двух видов,

• Переходные перенапряжения

• Перенапряжения промышленной частоты

Переходные перенапряжения

Высокие напряжения и высокочастотные импульсы могут возникать в электрической системе по следующим причинам,

• Искровое заземление, если нейтральная точка изолирована.

• Переключение различных электрических устройств.

• Атмосферный удар молнии.

Какими бы ни были причины переходных перенапряжений, это все же волна, имеющая высокую и крутую форму, а также высокую частоту. Эта волна распространяется по сети электрической системы, достигая силового трансформатора, она вызывает пробой изоляции между витками, расположенными рядом с линейным выводом, что может создать короткое замыкание между витками.

Перенапряжения промышленной частоты

Существует всегда вероятность перенапряжения системы из-за внезапного отключения большой нагрузки. Хотя амплитуда этого напряжения выше его нормального уровня, частота остается такой же, как и в нормальных условиях. Перенапряжение в системе вызывает увеличение напряженности изоляции трансформатора. Как известно, при увеличении напряжения пропорционально увеличивается рабочий поток.

Это, следовательно, вызывает увеличение потерь на железо и пропорциональное увеличение магнитизирующего тока. Увеличенный поток отклоняется от сердечника трансформатора к другим стальным конструктивным элементам трансформатора. Болты сердечника, которые обычно несут мало потока, могут подвергаться большому компоненту потока, отклоненного от насыщенной области сердечника. В таких условиях болты могут быстро нагреваться и разрушать свою собственную изоляцию, а также изоляцию обмоток.

Эффект понижения частоты в силовом трансформаторе

Так как число витков в обмотке фиксировано, из этого уравнения ясно, что если частота снижается в системе, то поток в сердечнике увеличивается, эффекты более или менее аналогичны перенапряжению.

Внутренние неисправности силового трансформатора

Основные неисправности, возникающие внутри силового трансформатора, можно классифицировать следующим образом,

• Пробой изоляции между обмоткой и землей

• Пробой изоляции между различными фазами

• Пробой изоляции между смежными витками, то есть межвитковый пробой

• Неисправность сердечника трансформатора

Внутренние заземляющие неисправности в силовом трансформаторе

Внутренние заземляющие неисправности в звездообразной обмотке с заземлением нейтральной точки через импеданс

В звездообразной обмотке с заземлением нейтральной точки через импеданс, ток короткого замыкания зависит от заземляющего импеданса и расстояния от точки короткого замыкания до нейтрали. Напряжение в точке короткого замыкания выше, если она дальше от нейтрали, что приводит к увеличению тока короткого замыкания. Ток короткого замыкания также зависит от утечки реактивного сопротивления части обмотки между точкой короткого замыкания и нейтралью, но это обычно мало по сравнению с заземляющим импедансом.

Внутренние заземляющие неисправности в звездообразной обмотке с надежно заземленной нейтральной точкой

В этом случае заземляющий импеданс идеально равен нулю. Ток короткого замыкания зависит от утечки реактивного сопротивления части обмотки, проходящей через точку короткого замыкания и нейтральную точку трансформатора. Ток короткого замыкания также зависит от расстояния между нейтральной точкой и точкой короткого замыкания в трансформаторе.

Как было сказано в предыдущем случае, напряжение между этими двумя точками зависит от числа витков, проходящих через точку короткого замыкания и нейтральную точку. Таким образом, в звездообразной обмотке с надежно заземленной нейтральной точкой, ток короткого замыкания зависит от двух основных факторов: во-первых, от утечки реактивного сопротивления части обмотки, проходящей через точку короткого замыкания и нейтральную точку, и, во-вторых, от расстояния между точкой короткого замыкания и нейтральной точкой. 

Однако утечка реактивного сопротивления обмотки изменяется сложным образом в зависимости от положения короткого замыкания в обмотке. Отмечено, что реактивное сопротивление очень быстро уменьшается, когда точка короткого замыкания приближается к нейтрали, и, следовательно, ток короткого замыкания максимальный для короткого замыкания, близкого к нейтральному концу. В этой точке доступное напряжение для тока короткого замыкания низкое, а одновременно сопротивление, препятствующее току короткого замыкания, также низкое, поэтому значение тока короткого замыкания достаточно высокое. 

Снова, при точке короткого замыкания, удаленной от нейтральной точки, доступное напряжение для тока короткого замыкания высокое, но в то же время реактивное сопротивление, предлагаемое частью обмотки между точкой короткого замыкания и нейтральной точкой, также высокое. Можно заметить, что ток короткого замыкания остается на очень высоком уровне по всей обмотке. Другими словами, ток короткого замыкания сохраняет очень высокую величину, независимо от положения короткого замыкания на обмотке.

Внутренние межфазные неисправности в силовом трансформаторе

Межфазные неисправности в трансформаторе редки. Если такая неисправность происходит, она вызывает значительный ток, который активирует мгновенные реле перегрузки по току на первичной стороне, а также дифференциальные реле.

Межвитковые неисправности в силовом трансформаторе

Силовой трансформатор, подключенный к электрической системе сверхвысокого напряжения, очень вероятно, будет подвержен высоким, крутопадающим и высокочастотным импульсным напряжениям из-за ударов молнии на линии передач. Напряженность между витками обмотки становится настолько большой, что она не может выдерживать напряжение, что приводит к пробою изоляции между витками в некоторых точках. Также низковольтная обмотка подвергается воздействию переданного импульсного напряжения. Очень большое количество отказов силовых трансформаторов связано с неисправностями между витками. Межвитковые неисправности также могут возникнуть из-за механических сил между витками, возникающих при внешнем коротком замыкании.

Неисправности сердечника в силовом трансформаторе

Если какая-либо часть ламинированного сердечника повреждена или соединена проводящим материалом, это может вызвать вихревые токи и местное перегревание. Это также может произойти, если изоляция болтов, используемых для затяжки ламинированных пакетов сердечника, выходит из строя. Эти неисправности вызывают сильный местный нагрев, но не значительно влияют на входной и выходной ток трансформатора, что делает их трудно обнаруживаемыми стандартными электрическими схемами защиты. Избыточный перегрев может разрушить масло трансформатора, выделяя газы, которые накапливаются в реле Бухгольца и вызывают срабатывание сигнала тревоги.