Vad är fel i transformator?

Vad är fel i transformatorer?

Definition av transformatorfel

Fel i transformatorer hänvisar till problem som isoleringsbrott och kärnfel som kan uppstå inuti eller utanför transformatorn.

Externa fel i strömförstärkare

Extern kortslutning i strömförstärkare

Kortslutningar kan inträffa i två eller tre faser av det elektriska strömsystemet. Felströmmen är vanligtvis hög, beroende på den kortslutningsbara spänningen och kretsens impedans fram till felplatsen. Denna höga felström ökar kopparförlusterna, vilket orsakar uppvärmning inuti transformatorn. Det skapar också allvarliga mekaniska belastningar, särskilt under den första cykeln av felströmmen.

Högspänningsstörning i strömförstärkare

Högspänningsstörningar i strömförstärkare delas in i två typer,

• Transient överspänning

• Överspänning vid nätspänningens frekvens

Transient överspänning

Högspänning och högfrekventa överspänningar kan uppstå i strömsystemet på grund av någon av följande orsaker,

• Båglingsjord om neutralpunkten är isolerad.

• Växlingsoperation av olika elektriska utrustningar.

• Atmosfärisk blixtimpuls.

Oavsett orsaken till överspänningen, är det ändå en resande våg med hög och brant vågform samt hög frekvens. Denna våg rör sig i det elektriska strömsystemets nätverk, när den når strömförstärkaren, orsakar den isoleringsbrott mellan viktar nära linjeanslutningen, vilket kan skapa kortslutning mellan viktar.

Överspänning vid nätspänningens frekvens

Det finns alltid en chans att systemet får överspänning på grund av plötslig frånkoppling av stora laster. Även om amplituden för denna spänning är högre än dess normala nivå, så är frekvensen densamma som under normala förhållanden. Överspänning i systemet orsakar en ökning av belastningen på transformatorns isolering. Som vi vet, ökar ökad spänning proportionellt arbetande flux.

Detta orsakar en ökning av järnförlust och proportionellt stor ökning av magnetiseringsström. Den ökade fluxen dirigeras från transformatorns kärna till andra stålkonstruktioner i transformatorn. Kärnbultar som vanligtvis bär lite flux, kan utsättas för en stor komponent av fluxen som dirigerats från mättade regioner av kärnan bredvid. Under sådana förhållanden kan bulten snabbt uppvarmas och förstöra sin egen isolering samt vindingsisolering.

Effekt av undre frekvens i strömförstärkare

Eftersom antalet viktar i vindingen är fastställt. Från denna ekvation är det klart att om frekvensen minskar i ett system, ökar fluxen i kärnan, effekterna är mer eller mindre lika med de av överspänning.

Intern fel i strömförstärkare

De principiella felen som uppstår inuti en strömförstärkare kategoriseras som,

• Isoleringsbrott mellan vindning och jord

• Isoleringsbrott mellan olika faser

• Isoleringsbrott mellan angränsande viktar, dvs. inter-turn-fel

• Transformator kärnfel

Internt jordfel i strömförstärkare

Internt jordfel i en stjärnansluten vindning med neutralpunkt jordad genom en impedans

I en stjärnansluten vindning med neutralpunkten jordad genom en impedans beror felströmmen på jordimpedansen och avståndet från felplatsen till neutralen. Spänningen vid felplatsen är högre om den ligger längre ifrån neutralen, vilket leder till högre felström. Felströmmen beror också på läckagereaktansen av vindningsdelen över felplatsen och neutralen, men detta är vanligtvis lågt jämfört med jordimpedansen.

Internt jordfel i en stjärnansluten vindning med neutralpunkt solidt jordad

I detta fall är jordimpedansen idealiskt noll. Felströmmen beror på läckagereaktansen av vindningsdelen som kommer över felaktig punkt och neutralpunkt av transformatorn. Felströmmen beror också på avståndet mellan neutralpunkt och felaktig punkt i transformatorn.

Som sagts i föregående fall beror spänningen mellan dessa två punkter på antalet vindningsvridningar som kommer över felaktig punkt och neutralpunkt. Så i en stjärnansluten vindning med neutralpunkt solidt jordad, beror felströmmen på två huvudsakliga faktorer, först läckagereaktansen av vindningen som kommer över felaktig punkt och neutralpunkt och sedan avståndet mellan felaktig punkt och neutralpunkt. 

Men läckagereaktansen i vindningen varierar på ett komplicerat sätt med positionen av felet i vindningen. Det ses att reaktansen minskar mycket snabbt för felplats nära neutralen och därför är felströmmen högst för fel nära neutraländen. Så vid denna punkt, är spänningen tillgänglig för felströmmen låg och samtidigt är reaktansen som motsätter felströmmen också låg, därför är värdet av felströmmen tillräckligt högt. 

Återigen vid felplats borta från neutralpunkten, är spänningen tillgänglig för felströmmen hög, men samtidigt är reaktansen erbjuds av vindningsdelen mellan felplats och neutralpunkt hög. Det kan noteras att felströmmen håller en mycket hög nivå genom hela vindningen. Med andra ord, behåller felströmmen en mycket hög magnitud oberoende av positionen av felet på vindningen.

Internt fas-till-fasfel i strömförstärkare

Fas-till-fasfel i transformatorer är sällsynt. Om ett sådant fel skulle uppstå, skulle det ge upphov till betydande ström för att aktivera omedelbar överströmsrelä på primär sidan samt differentieringsrelä.

Inter-turn-fel i strömförstärkare

Strömförstärkare ansluten till extra högspänningsöverföringssystem, är mycket benägen att utsättas för hög magnitud, brant front och högfrekvent impulsöverspänning på grund av blixtstöt på överföringslinjen. Spänningsbelastningen mellan vindingsviktar blir så stor, att den inte kan hålla ut belastningen och orsakar isoleringsbrott mellan inter-turn i vissa punkter. LV-vindning stressas också p.g.a. den överförda överspänningen. En mycket stor mängd transformatorfel uppstår mellan viktar. Inter-turn-fel kan också uppstå på grund av mekaniska krafter mellan viktar som uppkommer av externa kortslutningar.

Kärnfel i strömförstärkare

Om någon del av kärnlaminatet är skadat eller brottas av en ledande material, kan det orsaka virvelströms och lokal överhettning. Detta kan också hända om isoleringen av bultar som används för att åsa kärnlaminatet misslyckas. Dessa fel orsakar allvarlig lokal uppvärmning, men påverkar inte signifikant transformatorns ingångs- och utgångsström, vilket gör dem svåra att upptäcka med standard elskyddsscheman. Överdriven överhettning kan bryta ner transformerolja, vilket frigör gaser som ackumuleras i Buchholz-reläet och utlöser en larm.