Externe en interne fouten in transformatoren

Het is essentieel om transformatoren met hoge capaciteit te beschermen tegen externe en interne elektrische fouten.

Externe fouten in stroomtransformatoren

Externe kortsluiting van stroomtransformator

Een kortsluiting kan optreden in twee of drie fasen van het elektriciteitsnetwerk. Het niveau van de foutstroom is altijd voldoende hoog. Het hangt af van de spanning die is kortgesloten en van de impedantie van het circuit tot aan het foutpunt. De koperverliezen van de transformator die de fout voedt, nemen plotseling toe. Deze toename van de koperverliezen veroorzaakt interne verhitting in de transformator. Een grote foutstroom veroorzaakt ook zware mechanische spanningen in de transformator. De maximale mechanische spanningen treden op tijdens de eerste cyclus van de symmetrische foutstroom.

Hoge spanningstoestand in stroomtransformator

Hoge spanningstoestanden in stroomtransformatoren komen in twee soorten voor,

1. Tijdelijke overslagspanning

2. Overspanning op netfrequentie

Tijdelijke overslagspanning

Een hoge spanning en hoge frequentie overslag kan in het elektriciteitsnet ontstaan door een van de volgende oorzaken,

• Bogen op aarde als het neutraal punt geïsoleerd is.

• Schakelbewerkingen van verschillende elektrische apparatuur.

• Atmosferische blikseminslagimpuls.

Ongeacht de oorzaken van de overslagspanning, het is tenslotte een reisgolf met een hoge en steile vorm en ook een hoge frequentie. Deze golf reist door het elektriciteitsnetwerk, wanneer deze de stroomtransformator bereikt, veroorzaakt het een inschakeling tussen windingen naast de lijnterminal, wat kan leiden tot een kortsluiting tussen windingen.

Overspanning op netfrequentie

Er is altijd een kans op systeemoverspanning door plotseling afkoppelen van een grote belasting. Hoewel de amplitude van deze spanning hoger is dan normaal, blijft de frequentie hetzelfde als in normale omstandigheden. Overspanning in het systeem veroorzaakt een toename van de spanning op de isolatie van de transformator. Zoals we weten, leidt een verhoogde spanning tot een evenredige toename van de werkflux. Dit veroorzaakt een toename van ijzerverlies en een evenredig grote toename van de magnetiseringsstroom. De toegenomen flux wordt afgeleid van de transformatorkern naar andere staalconstructiedelen van de transformator. Kernbouten, die normaal gesproken weinig flux dragen, kunnen worden blootgesteld aan een groot component van de flux die vanuit de verzadigde regio van de kern wordt afgeleid. Onder dergelijke omstandigheden kunnen de bouten snel verhitten en hun eigen isolatie en de isolatie van de winding vernietigen.

Effect van onderfrequentie in stroomtransformator

Aangezien de spanningaantal windingen vast is.
Dus,
Uit deze vergelijking is duidelijk dat als de frequentie in een systeem afneemt, de flux in de kern toeneemt, de effecten zijn meer of minder gelijk aan die van overspanning.

Interne fouten in stroomtransformator

De belangrijkste fouten die zich binnen een stroomtransformator voordoen, zijn ingedeeld als,

1. Isolatiebreuk tussen winding en aarde

2. Isolatiebreuk tussen verschillende fasen

3. Isolatiebreuk tussen aangrenzende windingen, bijvoorbeeld inter-turn fout

4. Transformatorkernfout

Interne aardfouten in stroomtransformator

Interne aardfouten in een ster verbonden winding met neutraal punt via een impedantie aangesloten op aarde

In dit geval is de foutstroom afhankelijk van de waarde van de aarding impedantie en is ook evenredig met de afstand van het foutpunt tot het neutraal punt, omdat de spanning op dat punt afhangt van het aantal windingen dat over het neutraal en het foutpunt komt. Als de afstand tussen het foutpunt en het neutraal punt groter is, is het aantal windingen over deze afstand ook groter, waardoor de spanning over het neutraal punt en het foutpunt hoog is, wat leidt tot een hogere foutstroom. Dus, in enkele woorden gezegd, de waarde van de foutstroom is afhankelijk van de waarde van de aarding impedantie en de afstand tussen het foutpunt en het neutraal punt. De foutstroom hangt ook af van de lekkage reactantie van het deel van de winding tussen het foutpunt en het neutraal. Maar vergeleken met de aarding impedantie, is het erg laag en wordt het duidelijk genegeerd, omdat het in serie staat met een veel hogere aarding impedantie.

Interne aardfouten in een ster verbonden winding met neutraal punt direct aangesloten op aarde

In dit geval is de aarding impedantie ideaal gezien nul. De foutstroom is afhankelijk van de lekkage reactantie van het deel van de winding dat over het foutpunt en het neutraal punt van de transformator komt. De foutstroom is ook afhankelijk van de afstand tussen het neutraal punt en het foutpunt in de transformator. Zoals in het vorige geval gezegd, hangt de spanning tussen deze twee punten af van het aantal windingen dat over het foutpunt en het neutraal punt komt. Dus in een ster verbonden winding met neutraal punt direct aangesloten op aarde, hangt de foutstroom af van twee hoofdfactoren, ten eerste de lekkage reactantie van de winding die over het foutpunt en het neutraal punt komt, en ten tweede de afstand tussen het foutpunt en het neutraal punt. Maar de lekkage reactantie van de winding varieert op een complexe manier met de positie van de fout in de winding. Het wordt waargenomen dat de reactantie zeer snel afneemt voor een foutpunt dat het neutraal nadert, en dus is de foutstroom het hoogst voor een fout dicht bij het neutrale einde. Op dat punt is de beschikbare spanning voor de foutstroom laag, en tegelijkertijd is de reactantie die de foutstroom tegenwerkt ook laag, waardoor de waarde van de foutstroom voldoende hoog is. Opnieuw, voor een foutpunt verder weg van het neutraal punt, is de beschikbare spanning voor de foutstroom hoog, maar tegelijkertijd is de reactantie die wordt geboden door het deel van de winding tussen het foutpunt en het neutraal punt ook hoog. Het kan worden opgemerkt dat de foutstroom op een zeer hoog niveau blijft gedurende de hele winding. Met andere woorden, de foutstroom behoudt een zeer hoge magnitude ongeacht de positie van de fout op de winding.

Interne fase-op-fase fouten in stroomtransformator

Fase-op-fase fouten in de transformator zijn zeldzaam. Als zo'n fout optreedt, zal dit leiden tot een aanzienlijke stroom om de instantane overstromingsrelais op de primaire zijde te activeren, evenals het differentiële relais.

Inter-turn fouten in stroomtransformator

Stroomtransformator verbonden met een elektrisch extra hoogspanningsoverdrachtsysteem, is zeer waarschijnlijk blootgesteld aan hoge magnitude, steil front en hoge frequentie impulsspanningen als gevolg van bliksemoverslag op de overdrachtlijn. De spanningsspanningen tussen de windingen worden zo groot, dat ze de spanning niet kunnen weerstaan en leiden tot isolatiefouten tussen de windingen op sommige plaatsen. Ook de lage spanning winding wordt gestrest door de overgedragen impulse. Een zeer groot aantal stroomtransformatoruitval ontstaat uit fouten tussen windingen. Inter-turn fouten kunnen ook ontstaan door mechanische krachten tussen windingen veroorzaakt door externe kortsluitingen.

Kernfout in stroomtransformator

Als een deel van de kernenlamina's beschadigd is, of de lamina's van de kern worden overbrugd door geleidend materiaal, wat voldoende eddy-stroom laat stromen, wordt dit deel van de kern oververhit. Soms faalt de isolatie van de bouten (gebruikt voor het aandraaien van de kernenlamina's samen), waardoor er voldoende eddy-stroom door de bout kan stromen, wat oververhitting veroorzaakt. Deze isolatiefouten in lamina's en kernenbouten veroorzaken ernstige lokale verhitting. Hoewel deze lokale verhittingen extra kernenverliezen veroorzaken, kunnen ze geen merkbare verandering teweegbrengen in de invoer- en uitvoerstroom van de transformator, waardoor deze fouten niet kunnen worden gedetecteerd door normale elektrische beveiligingsschema's. Het is wenselijk om de lokale oververhittingsconditie van de transformatorkern te detecteren voordat een ernstige fout optreedt. Uitzonderlijke oververhitting leidt tot de afbraak van de transformatorisolatieolie met de vorming van gassen. Deze gassen worden opgevangen in de Buchholz-relais en activeren de Buchholz-alarm.

Verklaring: Respecteer het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van schending contacteer dan voor verwijdering.