変圧器の外部故障と内部故障
高容量トランスフォーマーを外部および内部の電気的故障から保護することは重要です。
電力トランスフォーマーの外部故障
電力トランスフォーマーの外部ショートサーキット
ショートサーキットは、電力システムの2相または3相で発生する可能性があります。故障電流のレベルは常に十分に高いです。これは、ショートサーキットされた電圧と、故障点までの回路のインピーダンスによって異なります。故障供給トランスフォーマーの銅損失が急激に増加します。この銅損失の増加により、トランスフォーマー内で内部加熱が発生します。大きな故障電流はまた、トランスフォーマー内に深刻な機械的な応力をもたらします。最大の機械的な応力は、対称故障電流の最初の周期中に発生します。
電力トランスフォーマーの高電圧障害
電力トランスフォーマーの高電圧障害は2種類あります。
一時的なスージュ電圧
電力周波数オーバーボルテージ
一時的なスージュ電圧
以下のいずれかの原因により、電力システムに高電圧かつ高周波のスージュが発生することがあります。
中性点が孤立している場合のアーシング接地
さまざまな電気設備の切り替え操作
大気中の雷衝撃
スージュ電圧の原因に関わらず、それは高さと急激な波形を持つ高周波の伝播波です。この波は電力システムネットワークを通過し、電力トランスフォーマーに到達すると、ライン端子に近いターン間の絶縁が破壊され、ターン間のショートサーキットが発生する可能性があります。
電力周波数オーバーボルテージ
大負荷の突然の切断により、システムにオーバーボルテージが発生する可能性があります。この電圧の振幅は通常よりも高いですが、周波数は正常条件と同じです。システム内のオーバーボルテージは、トランスフォーマーの絶縁に対するストレスを増加させます。私たちは、電圧が上昇すると、それに比例して動作磁束が増加することを知っています。これにより、鉄損と励磁電流が大幅に増加します。増加した磁束は、トランスフォーマーのコアから他の鋼構造部品へと移動します。通常ほとんど磁束を持たないコアボルトも、コアの飽和領域から大きく磁束を受け取る可能性があります。このような条件下では、ボルトは急速に加熱され、自身の絶縁だけでなく、巻線の絶縁も破壊します。
電力トランスフォーマーの低周波効果
電圧
は、巻線のターン数が固定されているため。
したがって、
この式から、システムの周波数が減少すると、コア内の磁束が増加することがわかります。その影響は、オーバーボルテージの場合とほぼ同じです。
電力トランスフォーマーの内部故障
電力トランスフォーマーの内部で発生する主な故障は以下の通りです。
巻線と地間の絶縁破壊
異なるフェーズ間の絶縁破壊
隣接ターン間の絶縁破壊（インターチャンターン故障）
トランスフォーマーコアの故障
電力トランスフォーマーの内部接地故障
インピーダンスを通じて地中に接続された星型接続巻線の中性点での内部接地故障
この場合、故障電流は接地インピーダンスの値に依存し、また中性点からの故障点までの距離にも比例します。故障点の電圧は、中性点と故障点間に渡る巻線のターン数に依存します。故障点と中性点の間の距離が大きいほど、その間のターン数も多くなり、中性点と故障点間の電圧も高くなります。これにより、故障電流も高くなります。つまり、故障電流の値は接地インピーダンスの値と故障点と中性点の間の距離に依存します。故障電流はまた、故障点と中性点間の巻線部分のリークリアクタンスにも依存しますが、接地インピーダンスに比べて非常に低いので、比較的に高い接地インピーダンスと直列に接続されるため無視されます。
固く地中に接続された星型接続巻線の中性点での内部接地故障
この場合、接地インピーダンスは理想的にはゼロです。故障電流は、故障点とトランスフォーマーの中性点間の巻線部分のリークリアクタンスに依存します。故障電流はまた、トランスフォーマーの中性点と故障点の間の距離にも依存します。前回のケースでも述べたように、これらの2点間の電圧は、故障点と中性点間の巻線ターン数に依存します。したがって、固く地中に接続された星型接続巻線では、故障電流は2つの主要な要因に依存します。まず、故障点と中性点間の巻線部分のリークリアクタンス、そして故障点と中性点間の距離です。しかし、巻線のリークリアクタンスは、巻線内の故障点の位置によって複雑な方法で変化します。故障点が中性点に近づくにつれてリアクタンスが急速に減少するため、故障電流は中性点近くの故障で最も高くなります。そのため、故障電流用の電圧が低く、同時に故障電流を妨げるリアクタンスも低いため、故障電流の値は十分に高くなります。また、故障点が中性点から離れた場合、故障電流用の電圧は高く、同時に故障点と中性点間の巻線部分のリアクタンスも高くなります。故障電流は、巻線全体で非常に高いレベルを維持します。言い換えれば、故障電流は巻線上の故障位置に関係なく非常に高いマグニチュードを維持します。
電力トランスフォーマーの内部フェーズ間故障
トランスフォーマーのフェーズ間故障は稀です。このような故障が発生した場合、それは一次側の瞬時過電流リレーおよび差動リレーを動作させる十分な電流を発生させます。
電力トランスフォーマーのインターチャンターン故障
電力トランスフォーマーは、電力超高圧送電システムに接続されており、送電線路上の雷によるスージュにより、高マグニチュード、急峻なフロント、高周波のインパルス電圧にさらされる可能性が高いです。巻線ターン間の電圧ストレスが大きくなり、いくつかの点で絶縁破壊を引き起こす可能性があります。また、LV巻線も転送されたスージュ電圧によりストレスがかかります。多くの電力トランスフォーマーの故障は、ターン間の故障により発生します。インターチャンターン故障は、外部ショートサーキットによって生じる機械的な力によっても発生する可能性があります。
電力トランスフォーマーのコア故障
コアラミネーションの一部が損傷している、またはコアラミネーションが導電性材料によって橋渡しされている場合、十分な渦電流が流れることにより、この部分のコアが過熱します。時には、コアラミネーションを締結するために使用されるボルトの絶縁が破れ、渦電流がボルトを通って流れることがあり、これも過熱を引き起こします。ラミネーションとコアボルトの絶縁破壊により、局所的な過熱が発生します。これらの局所的な過熱は追加のコア損失を引き起こしますが、トランスフォーマーの入出力電流に顕著な変化を引き起こすことはありません。したがって、これらの故障は通常の電気保護スキームでは検出できません。トランスフォーマーコアの局所的な過熱状態を重大な故障が発生する前に検出することが望ましいです。過度の過熱は、トランスフォーマーの絶縁油の破壊とガスの発生を引き起こします。これらのガスは
