Externí a interní poruchy v transformátoru
Je nezbytné chránit vysokokapacitní transformátory před externími a interními elektrickými poruchami.
Externí poruchy v elektrickém transformátoru
Externí krátké spojení v elektrickém transformátoru
Krátké spojení může nastat v dvou nebo třech fázích elektrického systému. Úroveň poruchového proudu je vždy dostatečně vysoká. Závisí na napětí, které bylo zkráceno, a na impedanci obvodu až k bodu poruchy. Měděné ztráty transformátoru, který přivádí poruchu, se náhle zvýší. Toto zvyšující se měděné ztráty způsobují vnitřní zahřívání transformátoru. Velký poruchový proud také způsobuje silné mechanické napětí v transformátoru. Maximální mechanické napětí nastane během prvního cyklu symetrického poruchového proudu.
Vysoké napěťové poruchy v elektrickém transformátoru
Vysoké napěťové poruchy v elektrickém transformátoru jsou dvou druhů,
Přechodné vlnové napětí
Nadproudové napětí s frekvencí síťového proudu
Přechodné vlnové napětí
Vysoké napětí a vysokofrekvenční vlna mohou v elektrickém systému vzniknout z jakéhokoli z následujících důvodů,
Úderové zemlení, pokud je neutrální bod izolován.
Přepínání různých elektrických zařízení.
Atmosférický bleskový impulz.
Ať už jsou jakékoliv příčiny přechodného napětí, je to vlastně cestující vlna s vysokým a strmým tvarem vlny a s vysokou frekvencí. Tato vlna se pohybuje v síti elektrického systému, po dosažení transformátoru způsobuje selhání izolace mezi závitky blízkými k čelovému terminálu, což může způsobit krátké spojení mezi závitky.
Nadproudové napětí s frekvencí síťového proudu
Vždy existuje možnost nadproudového napětí systému kvůli náhlému odpojení velkého zatížení. Ačkoli amplituda tohoto napětí je vyšší než jeho normální úroveň, frekvence je stejná jako v normálním stavu. Nadproudové napětí v systému způsobuje zvýšení stresu na izolaci transformátoru. Jak víme, napětí
, zvýšené napětí způsobuje úměrné zvýšení pracovního toku.
Toto proto způsobuje, zvýšení železných ztrát a úměrně velké zvýšení magnetizačního proudu. Zvýšený tok je odkloněn od jádra transformátoru na jiné ocelové strukturální části transformátoru. Šrouby jádra, které obvykle nesou malý tok, mohou být vystaveny velké komponentě toků odkloněného ze saturovaného regionu jádra vedle. V takové situaci se šrouby mohou rychle ohřát a ničí svou vlastní izolaci i izolaci vinutí.
Účinky podfrekvence v elektrickém transformátoru
Jelikož napětíje počet otáček vinutí pevně stanoven.
Tedy,
Z této rovnice je zřejmé, že pokud se frekvence v systému sníží, tok v jádru se zvýší, efekty jsou více méně podobné těm při nadproudovém napětí.
Interní poruchy v elektrickém transformátoru
Hlavní poruchy, které se vyskytují uvnitř transformátoru, jsou kategorizovány jako,
Selhání izolace mezi vinutím a zemí
Selhání izolace mezi různými fázemi
Selhání izolace mezi sousedními závitky, tj. interturnová porucha
Porucha jádra transformátoru
Interní zemské poruchy v elektrickém transformátoru
Interní zemské poruchy v hvězdicově spojeném vinutí s neutrálním bodem zazeměným přes impedanci
V tomto případě je poruchový proud závislý na hodnotě zemnící impedance a je také úměrný vzdálenosti bodu poruchy od neutrálního bodu, protože napětí v daném bodu závisí na počtu otáček vinutí mezi neutrálním a poruchovým bodem. Pokud je vzdálenost mezi poruchovým a neutrálním bodem větší, počet otáček na této vzdálenosti je také větší, a tedy napětí mezi neutrálním a poruchovým bodem je vysoké, což způsobuje vysoký poruchový proud. Takže, v několika slovech lze říci, že hodnota poruchového proudu závisí na hodnotě zemnící impedance a také na vzdálenosti mezi vadným a neutrálním bodem. Poruchový proud závisí také na únikové reaktance části vinutí mezi poruchovým a neutrálním bodem. Ale ve srovnání s zemnící impedancí je toto velmi nízké a je samozřejmě ignorováno, protože je v sérii s mnohem vyšší zemnící impedancí.
Interní zemské poruchy v hvězdicově spojeném vinutí s neutrálním bodem pevně zazeměným
V tomto případě je zemnící impedancia ideálně nulová. Poruchový proud závisí na únikové reaktanci části vinutí mezi vadným a neutrálním bodem transformátoru. Poruchový proud závisí také na vzdálenosti mezi neutrálním a vadným bodem v transformátoru. Jak bylo řečeno v předchozím případě, napětí mezi těmito dvěma body závisí na počtu otáček vinutí mezi vadným a neutrálním bodem. Takže v hvězdicově spojeném vinutí s neutrálním bodem pevně zazeměným, poruchový proud závisí na dvou hlavních faktorech, prvním je úniková reaktance vinutí mezi vadným a neutrálním bodem a druhým vzdálenost mezi vadným a neutrálním bodem. Ale úniková reaktance vinutí se mění komplexně s polohou poruchy v vinutí. Je vidět, že reaktance se velmi rychle snižuje pro poruchový bod blízko neutrálního a tedy poruchový proud je nejvyšší pro poruchu blízko neutrálního konce. Takže v tomto bodě, napětí k dispozici pro poruchový proud je nízké a současně reaktance, která brání poruchovému proudu, je také nízká, a tedy hodnota poruchového proudu je dostatečně vysoká. Opět u poruchového bodu dál od neutrálního bodu, napětí k dispozici pro poruchový proud je vysoké, ale současně reaktance nabízená částí vinutí mezi poruchovým a neutrálním bodem je vysoká. Lze pozorovat, že poruchový proud zůstává na velmi vysoké úrovni po celé vinutí. Jinými slovy, poruchový proud udržuje velmi vysokou magnitudu bez ohledu na polohu poruchy na vinutí.
Interní fázové poruchy v elektrickém transformátoru
Fázové poruchy v transformátoru jsou vzácné. Pokud dojde k takové poruše, způsobí to významný proud, který aktivuje okamžité relé přetížení na primární straně, stejně jako diferenciální relé.
