Äußere und interne Fehler in Transformern
Es ist entscheidend, hochkapazitive Transformator vor externen und internen elektrischen Fehlern zu schützen.
Externe Fehler in Starkstromtransformatoren
Externer Kurzschluss in Starkstromtransformatoren
Ein Kurzschluss kann in zwei oder drei Phasen des elektrischen Energieversorgungssystems auftreten. Das Niveau des Fehlerstroms ist immer ausreichend hoch. Es hängt von der Spannung ab, die kurzgeschlossen wurde, und vom Widerstand des Stromkreises bis zum Fehlerpunkt. Der Kupferverlust des fehlerfütternden Transformators steigt abrupt an. Dieser zunehmende Kupferverlust verursacht eine interne Erwärmung im Transformator. Ein hoher Fehlerstrom verursacht auch erhebliche mechanische Spannungen im Transformator. Die maximalen mechanischen Spannungen treten während des ersten Zyklus des symmetrischen Fehlerstroms auf.
Hochspannungsstörungen in Starkstromtransformatoren
Hochspannungsstörungen in Starkstromtransformatoren gibt es in zwei Arten,
Überlastspannung
Netzfrequenzüberspannung
Überlastspannung
Eine Hochspannung mit hoher Frequenz kann im Energieversorgungssystem aus einem der folgenden Gründe entstehen,
Bogenleiter, wenn der Neutralpunkt isoliert ist.
Schaltvorgänge verschiedener elektrischer Geräte.
Atmosphärische Blitzimpulse.
Unabhängig von den Ursachen der Überlastspannung handelt es sich dabei um eine wandernde Welle mit hoher und steiler Form sowie hoher Frequenz. Diese Welle bewegt sich im elektrischen Energieversorgungssystem-Netzwerk, erreicht den Starkstromtransformator und führt zur Isolierungszerstörung zwischen den Windungen, die an den Leitungsterminale angrenzen, was einen Kurzschluss zwischen den Windungen verursachen kann.
Netzfrequenzüberspannung
Es besteht stets die Möglichkeit einer Systemüberspannung aufgrund der plötzlichen Trennung eines großen Lastes. Obwohl die Amplitude dieser Spannung höher als ihr Normalwert ist, bleibt die Frequenz gleich wie unter normalen Bedingungen. Eine Überspannung im System verursacht einen Anstieg der Belastung auf der Isolation des Transformators. Wie wir wissen, erhöht eine erhöhte Spannung den Arbeitsfluss proportional. Dies führt zu einem Anstieg des Eisenverlusts und einem proportionalen Anstieg des Magnetisierungsstroms. Der erhöhte Fluss wird vom Transformatorkern zu anderen stählernen Strukturteilen des Transformators umgelenkt. Kernbolzen, die normalerweise nur wenig Fluss tragen, können einem großen Teil des Flusses, der aus dem gesättigten Bereich des Kerns nebenan umgeleitet wird, ausgesetzt sein. Unter solchen Bedingungen kann der Bolzen schnell aufgeheizt werden und sowohl seine eigene Isolation als auch die Wickelisolation zerstören.
Unterfrequenzeffekt in Starkstromtransformatoren
Da die Spannung
, da die Anzahl der Wicklungsdrehungen fest ist.
Daher,
Aus dieser Gleichung geht hervor, dass, wenn die Frequenz in einem System reduziert wird, der Fluss im Kern zunimmt, die Auswirkungen sind mehr oder weniger ähnlich wie bei der Überspannung.
Interne Fehler in Starkstromtransformatoren
Die Hauptfehler, die innerhalb eines Starkstromtransformators auftreten, werden wie folgt kategorisiert,
Isolierungsdefekt zwischen Wicklung und Erde
Isolierungsdefekt zwischen verschiedenen Phasen
Isolierungsdefekt zwischen benachbarten Windungen, d.h. Inter-Windungsfehler
Transformator-Kernfehler
Interne Erdfehler in Starkstromtransformatoren
Interne Erdfehler in einer sternförmig verbundenen Wicklung mit durch einen Impedanz geerdetem Neutralpunkt
In diesem Fall hängt der Fehlerstrom vom Wert des Erdungsimpedanzes ab und ist auch proportional zum Abstand des Fehlerpunktes vom Neutralpunkt, da die Spannung an diesem Punkt von der Anzahl der Wicklungsdrehungen abhängt, die zwischen Neutralpunkt und Fehlerpunkt liegen. Wenn der Abstand zwischen Fehlerpunkt und Neutralpunkt größer ist, ist die Anzahl der Drehungen in diesem Bereich auch größer, daher ist die Spannung zwischen Neutralpunkt und Fehlerpunkt hoch, was einen höheren Fehlerstrom verursacht. In wenigen Worten kann man also sagen, dass der Wert des Fehlerstroms vom Wert des Erdungsimpedanzes sowie vom Abstand zwischen dem Fehlerpunkt und dem Neutralpunkt abhängt. Der Fehlerstrom hängt auch von der Leckreaktanz des Teils der Wicklung ab, der zwischen Fehlerpunkt und Neutralpunkt liegt. Im Vergleich zum Erdungsimpedanz ist sie jedoch sehr gering und wird offensichtlich ignoriert, da sie in Serie mit einem vergleichsweise viel höheren Erdungsimpedanz steht.
Interne Erdfehler in einer sternförmig verbundenen Wicklung mit massiv geerdetem Neutralpunkt
In diesem Fall ist der Erdungsimpedanz idealerweise Null. Der Fehlerstrom hängt von der Leckreaktanz des Teils der Wicklung ab, der zwischen Fehlerpunkt und Neutralpunkt des Transformators liegt. Der Fehlerstrom hängt auch vom Abstand zwischen Neutralpunkt und Fehlerpunkt im Transformator ab. Wie im vorherigen Fall die Spannung zwischen diesen beiden Punkten von der Anzahl der Wicklungsdrehungen abhängt, die zwischen Fehlerpunkt und Neutralpunkt liegen. Also in einer sternförmig verbundenen Wicklung mit massiv geerdetem Neutralpunkt hängt der Fehlerstrom von zwei Hauptfaktoren ab, erstens der Leckreaktanz der Wicklung, die zwischen Fehlerpunkt und Neutralpunkt liegt, und zweitens der Entfernung zwischen Fehlerpunkt und Neutralpunkt. Aber die Leckreaktanz der Wicklung variiert komplex mit der Position des Fehlers in der Wicklung. Es zeigt sich, dass die Reaktanz sehr schnell für einen Fehlerpunkt, der sich dem Neutralpunkt nähert, abnimmt, und daher der Fehlerstrom am höchsten ist, wenn der Fehler nahe dem neutralen Ende auftritt. Also an diesem Punkt ist die Spannung, die für den Fehlerstrom verfügbar ist, niedrig, und gleichzeitig die Reaktanz, die den Fehlerstrom hemmt, ist ebenfalls niedrig, daher ist der Wert des Fehlerstroms hoch genug. Wiederum bei einem Fehlerpunkt, der weit vom Neutralpunkt entfernt ist, ist die Spannung, die für den Fehlerstrom verfügbar ist, hoch, aber gleichzeitig die Reaktanz, die von dem Teil der Wicklung zwischen Fehlerpunkt und Neutralpunkt angeboten wird, ist hoch. Es kann beobachtet werden, dass der Fehlerstrom über die gesamte Wicklung hinweg auf einem sehr hohen Niveau bleibt. Mit anderen Worten, der Fehlerstrom behält eine sehr hohe Größe unabhängig von der Position des Fehlers in der Wicklung.
Interne Phasen-zu-Phasen-Fehler in Starkstromtransformatoren
Phasen-zu-Phasen-Fehler im Transformator sind selten. Wenn ein solcher Fehler auftritt, wird er einen erheblichen Strom verursachen, um den Schnellabschaltrelais auf der Primärseite sowie das Differenzrelais zu betätigen.
Inter-Windungsfehler in Starkstromtransformatoren
Starkstromtransformator, der mit einem elektrischen extra-hochspannungsführenden Transmissionsnetz verbunden ist, ist sehr wahrscheinlich, hohe Magnituden, steile Fronten und hohe Frequenzimpulsspannungen aufgrund von Blitzschlagstößen auf der Transmissionsleitung ausgesetzt zu sein. Die Spannungsspannungen zwischen den Wicklungen werden so groß, dass sie den Spannung nicht aushalten können und zu Isolationsausfällen zwischen den Windungen an einigen Stellen führen. Auch die Niederspannungswicklung wird wegen des übertragenen Spannungsimpulses belastet. Eine sehr große Anzahl von Starkstromtransformatorausfällen resultiert aus Fehlern zwischen den Windungen. Inter-Windungsfehler können auch aufgrund von mechanischen Kräften zwischen den Windungen, die durch externe Kurzschlüsse verursacht werden, auftreten.
Kernfehler in Starkstromtransformatoren
Wenn ein beliebiger Teil der Kernlamination beschädigt ist oder die Lamination des Kerns durch leitfähiges Material gebrückt wird, fließt ein ausreichender Wirbelstrom, wodurch dieser Teil des Kerns übermäßig erhitzt wird. Manchmal versagt die Isolation der Bolzen (die zum Festziehen der Kernlamination verwendet werden), was auch einen ausreichenden Wirbelstrom durch den Bolzen ermöglicht und eine Überhitzung verursacht. Diese Isolationsausfälle in der Lamination und den Kernbolzen verursachen schwere lokale Erwärmungen. Obwohl diese lokalen Erwärmungen zusätzliche Kerneinbußen verursachen, können sie keinen merklichen Veränderungen des Eingangs
