Zewnętrzne i wewnętrzne uszkodzenia transformatora

Jest niezwykle ważne chronić wysokowymiarowe transformatory przed zewnętrznymi i wewnętrznymi usterkami elektrycznymi.

Zewnętrzne usterki w transformatorach energetycznych

Zewnętrzny zwarcie w transformatorze energetycznym

Zwarcie może wystąpić w dwóch lub trzech fazach systemu elektroenergetycznego. Poziom prądu uszkodzeniowego jest zawsze wystarczająco wysoki. Zależy on od napięcia, które zostało przewarcone, oraz od impedancji obwodu do punktu uszkodzenia. Straty miedziane transformatora, który karmi uszkodzenie, gwałtownie wzrastają. To nagłe zwiększenie strat miedzianych powoduje ogrzewanie wewnętrznego transformatora. Duży prąd uszkodzeniowy powoduje również silne naprężenia mechaniczne w transformatorze. Maksymalne naprężenia mechaniczne występują podczas pierwszego cyklu symetrycznego prądu uszkodzeniowego.

Wysokie napięcie zakłócenia w transformatorze energetycznym

Wysokie napięcie zakłócenia w transformatorze energetycznym dzieli się na dwa rodzaje,

1. Przejściowe napięcie przepadowe

2. Nadnapięcie częstotliwości sieciowej

Przejściowe napięcie przepadowe

Wysokie napięcie i wysoka częstotliwość przepadów mogą wystąpić w systemie elektroenergetycznym z następujących powodów,

• Zwarcie przegrzewane, jeśli punkt neutralny jest izolowany.

• Operacje przełączania różnych urządzeń elektrycznych.

• Impuls atmosferyczny.

Niezależnie od przyczyny przepadu napięcia, jest to fala biegnąca o wysokim i stromym kształcie oraz wysokiej częstotliwości. Ta fala porusza się w sieci systemu elektroenergetycznego, po dotarciu do transformatora energetycznego, powoduje zerwanie izolacji między okręcami przyległymi do terminalu linii, co może spowodować zwarcie między okręcami.

Nadnapięcie częstotliwości sieciowej

Zawsze istnieje możliwość nadnapięcia w systemie z powodu nagłego odłączenia dużego obciążenia. Chociaż amplituda tego napięcia jest wyższa niż jego normalny poziom, ale częstotliwość pozostaje taka sama jak w normalnych warunkach. Nadnapięcie w systemie powoduje zwiększenie napięcia na izolacji transformatora. Jak wiemy, napięcie, zwiększone napięcie powoduje proporcjonalne zwiększenie indukcji magnetycznej. To z kolei powoduje zwiększenie strat żelaznych i proporcjonalnie duże zwiększenie prądu magnetyzującego. Zwiększone indukcje magnetyczne są przekierowywane z rdzenia transformatora do innych części stalowych transformatora. Śruby, które normalnie przewodzą małą ilość indukcji, mogą być narażone na dużą jej część przekierowaną z nasycanych regionów rdzenia obok. W takich warunkach śruby mogą szybko się nagrzać i zniszczyć swoją własną izolację, jak i izolację cewek.

Efekt niskiej częstotliwości w transformatorze energetycznym

Ponieważ, napięcie jako liczba okręców w cewce jest stała.
Stąd,
Z tego równania wynika, że jeśli częstotliwość zmniejszy się w systemie, indukcja w rdzeniu zwiększa się, efekty są podobne do tych przy nadnapięciu.

Wewnętrzne usterki w transformatorze energetycznym

Podstawowe usterki występujące wewnątrz transformatora energetycznego można sklasyfikować jako,

1. Zerwanie izolacji między cewką a ziemią

2. Zerwanie izolacji między różnymi fazami

3. Zerwanie izolacji między sąsiednimi okręcami, czyli usterek międzypoleowy

4. Usterek rdzenia transformatora

Wewnętrzne usterki ziemne w transformatorze energetycznym

Wewnętrzne usterki ziemne w cewce połączonej gwiazdowo z punktem neutralnym ziemionym przez impedancję

W tym przypadku prąd uszkodzeniowy zależy od wartości impedancji ziemienia i jest proporcjonalny do odległości punktu uszkodzenia od punktu neutralnego, ponieważ napięcie w tym punkcie zależy od liczby okręców cewki pomiędzy punktem neutralnym a punktem uszkodzenia. Jeśli odległość między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym jest większa, liczba okręców w tej odległości jest również większa, co powoduje wyższe napięcie między punktem neutralnym a punktem uszkodzenia, co powoduje wyższy prąd uszkodzeniowy. Tak więc, krótko mówiąc, wartość prądu uszkodzeniowego zależy od wartości impedancji ziemienia, jak i od odległości między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym. Prąd uszkodzeniowy zależy również od reaktancji przeciekowej części cewki między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym. Jednak w porównaniu z impedancją ziemienia jest to bardzo niska wartość i jest oczywiście pomijana, ponieważ występuje szeregowo z znacznie wyższą impedancją ziemienia.

Wewnętrzne usterki ziemne w cewce połączonej gwiazdowo z punktem neutralnym solidnie ziemionym

W tym przypadku impedancja ziemienia jest idealnie równa zero. Prąd uszkodzeniowy zależy od reaktancji przeciekowej części cewki między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym transformatora. Prąd uszkodzeniowy zależy również od odległości między punktem neutralnym a punktem uszkodzenia w transformatorze. Jak powiedziano w poprzednim przypadku, napięcie między tymi dwoma punktami zależy od liczby okręców cewki między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym. Tak więc, w cewce połączonej gwiazdowo z punktem neutralnym solidnie ziemionym, prąd uszkodzeniowy zależy od dwóch głównych czynników: pierwszy to reaktancja przeciekowa cewki między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym, a drugi to odległość między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym. Jednak reaktancja przeciekowa cewki zmienia się w skomplikowany sposób w zależności od położenia uszkodzenia w cewce. Stwierdzono, że reaktancja maleje bardzo szybko dla punktu uszkodzenia zbliżającego się do punktu neutralnego, a więc prąd uszkodzeniowy jest najwyższy dla uszkodzenia blisko końca neutralnego. W tym punkcie, dostępne napięcie dla prądu uszkodzeniowego jest niskie, a jednocześnie reaktancja przeciwdziałająca prądowi uszkodzeniowemu jest również niska, co powoduje, że wartość prądu uszkodzeniowego jest wystarczająco wysoka. Znowu, dla punktu uszkodzenia oddalonego od punktu neutralnego, dostępne napięcie dla prądu uszkodzeniowego jest wysokie, ale jednocześnie reaktancja oferowana przez część cewki między punktem uszkodzenia a punktem neutralnym jest wysoka. Można zauważyć, że prąd uszkodzeniowy utrzymuje bardzo wysoki poziom przez całą cewkę. Innymi słowy, prąd uszkodzeniowy utrzymuje bardzo wysoką wartość niezależnie od położenia uszkodzenia na cewce.

Wewnętrzne usterki między fazami w transformatorze energetycznym

Usterki między fazami w transformatorze są rzadkie. Jeśli taki usterek wystąpi, spowoduje duży prąd, który uruchomi natychmiastowe przekaźnik przeciwprądowy na stronie pierwotnej, jak i przekaźnik różnicowy.

Usterek międzypoleowy w transformatorze energetycznym

Transformator energetyczny podłączony do systemu transmisji o bardzo wysokim napięciu, jest bardzo narażony na wysokie, strome i wysokie częstotliwościowe impulsy napięcia spowodowane uderzeniami piorunów na linii transmisyjnej. Napięcia między okręcami stają się tak duże, że nie są w stanie utrzymać stresu, co prowadzi do awarii izolacji między okręcami w niektórych punktach. Ponadto cewka napięcia niskiego jest narażona ze względu na przeniesione impulsy napięcia. Bardzo duża liczba awarii transformatorów energetycznych wynika z uszkodzeń między okręcami. Usterek międzypoleowy może również wystąpić z powodu sił mechanicznych między okręcami spowodowanych zewnętrznym zwarcie.

Usterek rdzenia w transformatorze energetycznym

Jeśli jakakolwiek część laminacji rdzenia jest uszkodzona, lub laminacja rdzenia jest mostkowana przez jakikolwiek materiał przewodzący, co powoduje wystarczający przepływ