Transformerbeskyttelse og transformerfejl

Der findes forskellige typer transformatorer som to-vinding eller tre-vinding elektriske strømtransformatorer, autotransformatorer, reguleringstransformatorer, jordings-transformatorer, rektifierings-transformatorer osv. Forskellige transformatorer kræver forskellige skemaer for transformatorbeskyttelse afhængigt af deres vigtighed, vindingsforbindelser, jordningsmetoder og driftsmodus osv.
Det er almindelig praksis at give alle 0,5 MVA og over transformatorer Buchholz-relæ-beskyttelse. For alle små fordelings-transformatorer bruges kun højspændingsfyrstikker som hovedbeskyttelsesenhed. For alle større og vigtige fordelingstransformatorer anvendes overstrømningssikring sammen med begrænset jordfejlbeskyttelse.
Differentialbeskyttelse bør anvendes på transformatorer over 5 MVA.

Afhangende af de normale driftsbetingelser, naturen af transformatorfejl, graden af vedvarende overbelastning, skemaforslag for tapændring, og mange andre faktorer, vælges de passende transformatorbeskyttelsesskemaer.

Naturen af Transformatorfejl

Selvom en elektrisk strømtransformator er en statisk enhed, skal interne spændinger, der opstår som følge af abnorme systemtilstande, tages i betragtning.
En transformator lider generelt af følgende typer af transformatorfejl-

1. Overstrømning pga. overbelastning og eksterne kortslutninger,

2. Terminalfejl,

3. Vindingsfejl,

4. Indledende fejl.

Alle de ovennævnte transformatorfejl forårsager mekaniske og termiske spændinger indeni transformatorvindingerne og deres forbindelseskontakter. Termiske spændinger fører til overophedning, hvilket sidstnævnt påvirker isoleringssystemet i transformatorerne. Deterioration af isoleringen fører til vindingsfejl. Nogle gange kan mislykkede transformatorkølesystemer føre til overophedning af transformatorerne. Således er transformatorbeskyttelsesskemaer meget nødvendige.

Kortslutningsstrømmen i en elektrisk transformator begrænses normalt af dens reaktance, og ved lav reaktance kan kortslutningsstrømmens værdi være ekstremt høj. Varigheden af eksterne kortslutninger, som en transformator kan udmærket klare uden skade, er angivet i BSS 171:1936.

De almindelige vindingsfejl i en transformator er enten jordfejl eller mellemvindingfejl. Fase til fase vindingsfejl i en transformator er sjælden. Fasefejl i en elektrisk transformator kan opstå pga. bushing flashover og fejl i tapændringsudstyr. Uanset fejltypen, skal transformatoren øjeblikkeligt isoleres under fejl, ellers kan det opstå en stor nedbrydning i elektriske strømsystemet.
Indledende fejl er interne fejl, der ikke udgør nogen umiddelbar fare. Men hvis disse fejl overses og ikke tages hånd om, kan de føre til større fejl. Fejl i denne gruppe er hovedsageligt mellem-lamellations kortslutninger pga. isolationssvigt mellem kjernejernlameller, nedbringelse af oljeniveau pga. oljelejr, blokering af omløbsveje. Alle disse fejl fører til overophedning. Så transformatorbeskyttelsesskemaer er også nødvendige for indledende transformatorfejl. Jordfejl, meget nær den neutrale punkt i transformatorens stjernevinding, kan også betragtes som en indledende fejl.
Indflydelsen af vindingsforbindelser og jordning på jordfejlstrømstørrelsen.
Der er hovedsageligt to betingelser for, at jordfejlstrøm kan flyde under vindings-jordfejl,

1. Der findes en strøm, der kan flyde ind og ud af vindingen.

2. Ampereturns-balance er opretholdt mellem vindingerne.

Værdien af vindingsjordfejlstrøm afhænger af positionen af fejlen på vindingen, metoden for vindingsforbindelse og metoden for jordning. Stjernetoppen af vindingerne kan jordes enten solidt eller via en modstand. På delta-siden af transformatoreren er systemet jordet gennem en jordings-transformator. Jordings- eller jordetransformator giver en lav impedansvej til nulsekvensstrøm og høj impedans til positive og negative sekvensstrømme.

Stjernevinding med neutral resistancen jordet

I dette tilfælde er neutraltoppen af transformatoren jordet via en modstand, og værdien af dens impedans er meget højere end vindingsimpedansen af transformatoren. Det betyder, at værdien af transformatorvindingsimpedansen er fornedrigende sammenlignet med impedansen af jordningsmodstanden. Værdien af jordstrømmen er derfor proportional med positionen af fejlen i vindingen. Da fejlstrømmen i primær-vindingen af transformatorerne er proportional med forholdet mellem kortsluttet sekundær turns til samtlige turns i primær-vindingen, vil primær-fejlstrømmen være proportional med kvadratet af procentdelen af vindingskortslutningen. Variationen i fejlstrømmen både i primær- og sekundær-vinding vises nedenfor.

Stjernevinding med neutral solidt jordet

I dette tilfælde begrænses jordfejlstrømmens størrelse udelukkende af vindingsimpedansen, og fejlen er ikke længere proportional med positionen af fejlen. Årsagen til denne ikke-lineære forhold er ubalanceret fluxkobling.

Erklæring: Respektér det originale, godt artikler værd at dele, hvis der er krænkelse kontakt slet.