Внешние и внутренние неисправности трансформатора

Необходимо защищать трансформаторы высокой мощности от внешних и внутренних электрических неисправностей.

Внешние неисправности силового трансформатора

Внешнее короткое замыкание в силовом трансформаторе

Короткое замыкание может произойти в двух или трех фазах электроэнергетической системы. Уровень тока неисправности всегда достаточно высок. Он зависит от напряжения, которое было замкнуто, и от сопротивления цепи до точки неисправности. Потери меди в трансформаторе, подающем ток неисправности, резко увеличиваются. Это увеличение потерь меди вызывает внутренний нагрев трансформатора. Большой ток неисправности также создает значительные механические напряжения в трансформаторе. Максимальные механические напряжения возникают во время первого цикла симметричного тока неисправности.

Высоковольтные помехи в силовом трансформаторе

Высоковольтные помехи в силовом трансформаторе бывают двух видов,

1. Переходные импульсные напряжения

2. Напряжение промышленной частоты выше нормального уровня

Переходные импульсные напряжения

Высокие напряжения и высокочастотные импульсы могут возникнуть в энергосистеме по следующим причинам,

• Дуговое заземление, если нейтральная точка изолирована.

• Операции коммутации различных электрических устройств.

• Атмосферные удары молнии.

Какова бы ни была причина импульсного напряжения, это все же волна, имеющая высокую и крутую форму, а также высокую частоту. Эта волна распространяется по сети электроэнергетической системы, достигая силового трансформатора, она вызывает пробой изоляции между витками, расположенными рядом с линейным выводом, что может привести к короткому замыканию между витками.

Напряжение промышленной частоты выше нормального уровня

Возможен перенапряжение системы из-за внезапного отключения большой нагрузки. Хотя амплитуда этого напряжения выше его нормального уровня, но частота остается такой же, как и в нормальных условиях. Перенапряжение в системе вызывает увеличение напряжения на изоляцию трансформатора. Как известно, при увеличении напряжения пропорционально увеличивается рабочий поток. Это, в свою очередь, вызывает увеличение потерь железа и пропорциональное увеличение тока намагничивания. Увеличенный поток отводится от сердечника трансформатора к другим стальным конструктивным элементам трансформатора. Болты сердечника, которые обычно несут мало потока, могут подвергаться значительному компоненту потока, отводимого от насыщенного участка сердечника. В таких условиях болты могут быстро нагреваться и разрушать собственную изоляцию, а также изоляцию обмотки.

Эффект пониженной частоты в силовом трансформаторе

Так как количество витков в обмотке фиксировано, то. Следовательно,
Из этого уравнения ясно, что если частота снижается в системе, поток в сердечнике увеличивается, эффекты более или менее аналогичны перенапряжению.

Внутренние неисправности в силовом трансформаторе

Основные неисправности, возникающие внутри силового трансформатора, можно классифицировать следующим образом,

1. Пробой изоляции между обмоткой и землей

2. Пробой изоляции между различными фазами

3. Пробой изоляции между соседними витками, то есть межвитковый пробой

4. Неисправность сердечника трансформатора

Внутренние заземляющие неисправности в силовом трансформаторе

Внутренние заземляющие неисправности в звезда-соединенной обмотке с заземленной через импеданс нейтральной точкой

В этом случае ток неисправности зависит от значения заземляющего импеданса и пропорционален расстоянию от точки неисправности до нейтральной точки, так как напряжение в этой точке зависит от числа витков, проходящих между нейтральной и точкой неисправности. Если расстояние между точкой неисправности и нейтральной точкой больше, число витков на этом участке также больше, поэтому напряжение между нейтральной точкой и точкой неисправности выше, что вызывает больший ток неисправности. Таким образом, можно сказать, что значение тока неисправности зависит от значения заземляющего импеданса, а также от расстояния между точкой неисправности и нейтральной точкой. Ток неисправности также зависит от реактивного сопротивления утечки части обмотки между точкой неисправности и нейтральной точкой. Однако, по сравнению с заземляющим импедансом, оно очень низкое и, очевидно, игнорируется, так как оно включено последовательно с гораздо большим заземляющим импедансом.

Внутренние заземляющие неисправности в звезда-соединенной обмотке с жестко заземленной нейтральной точкой

В этом случае заземляющий импеданс идеально равен нулю. Ток неисправности зависит от реактивного сопротивления утечки части обмотки, проходящей между точкой неисправности и нейтральной точкой трансформатора. Ток неисправности также зависит от расстояния между нейтральной точкой и точкой неисправности в трансформаторе. Как и в предыдущем случае, напряжение между этими двумя точками зависит от числа витков, проходящих между точкой неисправности и нейтральной точкой. Поэтому, в звезда-соединенной обмотке с жестко заземленной нейтральной точкой, ток неисправности зависит от двух основных факторов: во-первых, от реактивного сопротивления утечки части обмотки, проходящей между точкой неисправности и нейтральной точкой, и, во-вторых, от расстояния между точкой неисправности и нейтральной точкой. Однако, реактивное сопротивление утечки обмотки изменяется сложным образом в зависимости от положения неисправности в обмотке. Наблюдается, что реактивное сопротивление уменьшается очень быстро при приближении точки неисправности к нейтрали, и, следовательно, ток неисправности максимально высок для неисправности, расположенной близко к нейтральному концу. В этом случае, напряжение, доступное для тока неисправности, низкое, и одновременно реактивное сопротивление, препятствующее току неисправности, также низкое, поэтому значение тока неисправности достаточно велико. Снова, для точки неисправности, удаленной от нейтральной точки, напряжение, доступное для тока неисправности, высоко, но в то же время реактивное сопротивление, предлагаемое частью обмотки между точкой неисправности и нейтральной точкой, высоко. Можно заметить, что ток неисправности остается на очень высоком уровне на протяжении всей обмотки. Другими словами, ток неисправности сохраняет очень высокую величину, независимо от положения неисправности на обмотке.

Внутренние межфазные неисправности в силовом трансформаторе

Межфазные неисправности в трансформаторе редки. Если такая неисправность происходит, она вызывает существенный ток, чтобы сработать моментальное реле перегрузки по току на первичной стороне, а также дифференциальное реле.

Межвитковые неисправности в силовом трансформаторе

Силовой трансформатор, подключенный к электроэнергетической системе сверхвысокого напряжения, очень вероятно, будет подвергаться высоким по величине, крутым фронтам и высокочастотным импульсным напряжениям из-за ударов молнии на линии передачи. Напряженность между витками обмотки становится настолько высокой, что она не может выдержать нагрузку, вызывая пробой изоляции между витками в некоторых точках. Также низковольтная обмотка испытывает напряжение из-за переданного импульсного напряжения. Очень большое количество отказов силовых трансформаторов связано с неисправностями между витками. Межвитковые неисправности также могут возникать из-за механических сил между витками, возникающих при внешнем коротком замыкании.

Неисправность сердечника в силовом трансформаторе

Если какая-либо часть пакета ламелей сердечника повреждена, или пак