Was ist der Grund dafür dass Spannungswandler oft explodieren

Überstrom- und Überspannungsaspekte

• Ferroresonante Überspannung: In einem nicht effektiv geerdeten Neutralleitersystem können die magnetischen Schaltkreise von Ausrüstungen wie Transformern, Spannungswandlern und Bögenunterdrückungsspulen sättigen, was potenziell Ferroresonanz auslösen kann. Die resultierende Überspannung kann den Anregungsstrom des Spannungswandlers um das Dutzendfache erhöhen. Das Betreiben unter hohem Spannungsniveau und großem Strom über einen längeren Zeitraum führt zu einer schnellen Erhöhung der Temperatur des Transformers. Die thermische Verdampfung von Isoliermaterialien erhöht den internen Druck, was letztlich zu einer Explosion führt. Ein solches Szenario ist beispielsweise in 6-35kV-Systemen relativ häufig.

• Schaltüberspannung: Der Betrieb von Schaltern innerhalb des Systems oder das Auftreten eines Unfalls verändert den Zustand des Energieversorgungssystems, wodurch Oszillation, Austausch und Neuaufteilung der internen elektromagnetischen Energie Schaltüberspannungen erzeugen. Beispiele hierfür sind die Bogen-Boden-Überspannung in einem nicht fest geerdeten Neutralleitersystem und die Abschaltsüberspannung einer unbelasteten Leitung oder eines kapazitiven Lastes. Bei der Schaltung von Kondensatoren kann eine relativ hohe Überspannung entstehen. Insbesondere beim Wiederentzünden des Schalters während der Trennung von Kondensatoren kann eine Überspannung von mehr als dreimal der Systemspannung auftreten, und die Phasen-zu-Phasen-Überspannung bei Zwei-Phasen-Wiederentzündung kann sogar mehr als sechsmal die Systemspannung erreichen. Dies kann Kurzschlüsse zwischen den Wicklungen des Spannungswandlers auslösen, was wiederum zu einem Überstrom führt und zur schnellen Verdampfung des Isoliermediums, was zu einer Explosion führt.

• Blitzüberspannung: Wenn die Blitzschutzanlagen nicht perfekt sind, kann die durch Blitzschläge erzeugte hohe Spannung die Isolation des Spannungswandlers durchbrechen und so eine Explosion auslösen.

• Langfristige geringamplitude Überspannung und Überstrom: Aufgrund von Resonanz oder anderen Gründen, obwohl die vom Spannungswandler ertragenen Überspannung und Überstrom relativ kleine Amplituden haben, dauern sie lange an. Eine große Menge elektrischer Energie wird in Wärme umgewandelt, was den Transformer kontinuierlich aufheizt. Wenn die Wärme sich bis zu einem bestimmten Punkt angesammelt hat, verdampfen das Isolierungspapier und das Isoliermedium. Da der interne Raum eines Trockentransformators begrenzt ist, tritt bei einem bestimmten Druckniveau eine Explosion auf.

• Durch kurzzeitige hohe Amplitude Überspannung verursachter Überstrom: Eine Überspannung mit ausreichender Amplitude kann innere Kurzschlüsse im Transformer verursachen, was einen relativ großen Überstrom erzeugt, der das Isoliermedium schnell verdampft und eine heftige Explosion auslöst.

Isolationsbezogene Probleme

• Alternde Isolation: Wenn ein Spannungswandler zu lange in Betrieb war oder über einen langen Zeitraum in harschen Umgebungen wie hoher Temperatur, Feuchtigkeit und Verschmutzung betrieben wurde, altern und verschlechtern sich die Isoliermaterialien allmählich, wodurch die Isolierleistung abnimmt. Es kann leicht durchbrochen werden, was zu internen Kurzschlüssen und einer Explosion führt.

• Mangelhafte Isolationsqualität: Während des Fertigungsprozesses, wenn es Probleme wie fehlerhafte Isolierungsumwicklung oder unangemessene Isolierbehandlung gibt, hat der Spannungswandler inhärente Isolierungsschwächen. Während des Betriebs können diese Schwächen unter hoher Spannung durchbrechen, was zu Wicklungskurzschlüssen und einer Explosion führt.

• Feuchtigkeitseintritt: Wenn der Spannungswandler in einer feuchten Umgebung platziert wird und Wasserdampf in die Ausrüstung eindringt, verringert dies die Isolierleistung, erhöht das Risiko eines Isolierdurchbruchs und kann möglicherweise zu einer Explosion führen.

Geräte- und Nutzungsspezifische Aspekte

• Produktqualitätsprobleme: Bei manchen Spannungswandlern kann aufgrund unvernünftiger Konstruktion, minderwertiger Materialqualität oder mangelhafter Wickelverfahren während des Betriebs starke Erwärmung auftreten. Dies setzt die Isolation über einen langen Zeitraum hoher Temperaturen aus, was das Altern der Isolation beschleunigt und sogar zu deren Durchbruch führen kann. Folglich können Kurzschlüsse in der Primärwicklung auftreten, was zu einem schnellen Anstieg des Stroms und magnetischer Sättigung führt, Resonanzüberspannung erzeugt und letztlich zu einer Explosion führt.

• Kurzschluss auf der Sekundärseite: Ein Kurzschluss auf der Sekundärseite des Spannungswandlers führt zu einem starken Anstieg des Sekundärstroms. Gemäß dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion wird auch auf der Primärseite ein relativ hoher Strom erzeugt, was zu Überhitzung der Wicklungen und Isolierungsschäden führt und somit zu einer Explosion. Darüber hinaus können falsche Sekundärverkabelungen, wie z.B. versehentliches Kurzschließen der Sekundärseite des Spannungswandlers, ebenfalls zu einem starken Anstieg des Stroms führen, was zu Schäden durch Überhitzung und einer Explosion führt.

• Überlastbetrieb: Wenn ein Spannungswandler über einen langen Zeitraum im Überlastzustand betrieben wird, wird die Ausrüstung beschädigt und das Explosionsrisiko erhöht.

• Externer Einfluss: Ein unvorhergesehener externer Einfluss kann die interne Struktur des Spannungswandlers beschädigen und die Isolation stören, was zu Fehlern oder sogar zu einer Explosion führen kann.

Betriebs-, Wartungs- und Verwaltungsaspekte

• Mangelnde Wartung und Verwaltung: Wenn regelmäßige Inspektionen, Wartungen und Überholungen des Spannungswandlers nicht durchgeführt werden, können potenzielle Gefahren wie alternde Isolation und lockere Verbindungen nicht rechtzeitig erkannt werden. Die langfristige Ansammlung dieser Gefahren kann zu einer Explosionskatastrophe führen.

• Unzureichende Fachkenntnisse der Bediener: Wenn Bediener über unzureichendes Fachwissen verfügen und fahrlässig handeln, zum Beispiel bei Fehlverkabelungen während Tests (bei der Durchführung des Anregungscharakteristiktests eines geerdeten Spannungswandlers wird der Terminal n nicht geerdet), kann dies die Isolation des Transformers beschädigen, seine Lebensdauer beeinträchtigen und das Explosionsrisiko erhöhen.