Wie man Transformator-Kernfehler beurteilt erkennt und behebt

1.1 Gefahren von Mehrpunkt-Erdungsfehlern im Kern

Im Normalbetrieb muss der Transformator-Kern an genau einer Stelle geerdet sein. Während des Betriebs umgeben wechselnde magnetische Felder die Wicklungen. Aufgrund der elektromagnetischen Induktion treten parasitäre Kapazitäten zwischen den Hochspannungs- und Niederspannungswicklungen, zwischen der Niederspannungswicklung und dem Kern sowie zwischen dem Kern und dem Tank auf. Die unter Spannung stehenden Wicklungen koppeln über diese parasitären Kapazitäten, wodurch am Kern ein „schwebendes“ Potential gegenüber Erde entsteht. Da die Abstände zwischen dem Kern (und anderen metallischen Teilen) und den Wicklungen ungleich sind, treten Potentialdifferenzen zwischen den Komponenten auf. Sobald die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten die Durchschlagfestigkeit der Isolierung zwischen ihnen überschreitet, kommt es zu Funkenentladungen. Diese Entladungen treten intermittierend auf und führen im Laufe der Zeit zu einer Alterung sowohl des Transformatoröls als auch der Feststoffisolierung.

1.2 Ursachen von Kern-Erdungsfehlern
Häufige Ursachen sind:

• Kurzschlüsse infolge mangelhafter Montagetechnik oder konstruktiver Mängel bei Erdungsstreifen;
• Mehrpunkt-Erdung durch Zubehörteile oder externe Einflüsse;
• Metallische Fremdkörper, die während der Montage im Transformator verblieben sind, oder Grate, Rost sowie Schweisschlacke aus mangelhaften Fertigungsprozessen des Kerns.

1.3 Arten von Kernfehlern
Zu den häufigsten Arten von Transformator-Kernfehlern gehören die folgenden sechs Kategorien:

• Kern berührt Tank oder Klemmstrukturen:
  Während der Installation können Transportbolzen am Tankdeckel nicht umgeklappt oder entfernt worden sein, wodurch der Kern den Tank berührt. Weitere Fälle umfassen Berührungen zwischen Klemmrippenplatten und Kernrippen, Verformungen der Siliziumstahlbleche, die zu Kontakt mit Klemmplatten führen, herabgefallene Papierisolierung zwischen den unteren Klemmfüßen und dem Joch, die einen Kontakt mit den Blechen ermöglicht, oder zu lange Thermometerdurchführungen, die mit Klemmen, Joch oder Kernsäulen in Berührung kommen.Zu lange Stahlhülsen an Durchkernbolzen, die mit den Siliziumstahlblechen kurzschließen.
• Fremdkörper im Tank, die zu lokalen Kurzschlüssen im Kern führen:Beispielsweise wurde bei einem 31.500/110-kV-Leistungstransformator in einer Umspannanlage in Shanxi beim Öffnen des Deckels ein Schraubendrehgriff zwischen Klemme und Joch festgestellt. Bei einem weiteren 60.000/220-kV-Transformator wurde ein 120-mm-Kupferdraht gefunden.
• Feuchtigkeit oder Beschädigung der Kernisolierung:Angesammelter Schlamm und Feuchtigkeit am Tankboden verringern den Isolationswiderstand. Eine Alterung oder Feuchtigkeitsaufnahme in der Isolierung der Klemmen, der Fußpolster oder der Kernbox (aus Pappe oder Holzblöcken) kann zu einer Mehrpunkt-Erdung mit hohem Widerstand führen.
• Abgenutzte Lager in ölgefüllten Pumpen:Metallische Partikel gelangen in den Tank, setzen sich am Boden ab und bilden – unter elektromagnetischen Kräften – leitfähige Brücken zwischen dem unteren Kernjoch und den Fußpolstern oder dem Tankboden, was zu einer Mehrpunkt-Erdung führt.
• Mangelhafte Betriebs- und Wartungspraxis, beispielsweise Unterlassen planmäßiger Inspektionen.

2.1 Prüfmethoden für Kernfehler

• Wenn der Widerstand 200–400 Ω beträgt: Es existiert eine Hochwiderstands-Erdung; der Transformator muss repariert werden.
• Wenn der Widerstand >1.000 Ω beträgt: Der Erdungsstrom ist klein und schwer zu eliminieren; die Einheit kann mit periodischem Online-Monitoring (Klemmenspannungsmessgerät oder DGA) weiter betrieben werden.
• Wenn der Widerstand 1–2 Ω beträgt: Eine metallische Erdung ist bestätigt; sofortige Korrekturmaßnahmen sind zwingend erforderlich.

2.2 Behandlungsmethoden für Mehrfacherdungen

• Bei Transformern mit externen Erdungsleitungen kann in der Erdungsschleife ein Widerstand in Serie geschaltet werden, um den Fehlerstrom zu begrenzen – dies ist jedoch nur eine Notfallmaßnahme von vorübergehender Dauer.
• Falls der Fehler durch metallische Fremdkörper verursacht wird, kann die Ursache in der Regel durch eine Abdeckungsbefundung identifiziert werden.
• Für Fehler, die durch Grate oder angesammeltes Metallpulver verursacht werden, sind effektive Beseitigungsverfahren wie Kondensator-Entladungsstöße, Wechselstrombögen oder Hochstromstöße geeignet.

• Der Kern muss eben sein, mit intakter Isolierbeschichtung, dicht gestapelten Laminaten und ohne Anhebung oder Wellenbildung an den Rändern. Die Oberflächen müssen frei von Ölrückständen und Verunreinigungen sein; es dürfen keine Zwischenschichtenkurzschlüsse oder Brücken vorhanden sein; Fugenweiten müssen den Spezifikationen entsprechen.
• Der Kern muss eine gute Isolation gegenüber oberen/unteren Klammern, quadratischem Eisen, Druckplatten und Bodenplatten aufweisen.
• Es muss eine gleichmäßige und sichtbare Lücke zwischen Stahl-Druckplatten und dem Kern bestehen. Isolier-Druckplatten müssen unversehrt – ohne Risse oder Schäden – und ordnungsgemäß festgezogen sein.
• Stahl-Druckplatten dürfen keinen geschlossenen Kreis bilden und müssen genau einen Erddruckpunkt haben.
• Nach dem Trennen der Verbindung zwischen oberer Klammer und Kern sowie zwischen Stahl-Druckplatte und oberer Klammer ist die Isolationswiderstandsmessung zwischen Kern/Klammern und Kern/Druckplatten durchzuführen. Die Ergebnisse sollten im Vergleich zu historischen Daten keine signifikanten Änderungen zeigen.
• Bolzen müssen fest angezogen sein; positive/negative Druckbolzen und Sicherheitsmutter an Klammern müssen sicher sitzen, gut Kontakt mit Isolierscheiben haben und keinerlei Anzeichen von Entladung oder Verbrennung aufweisen. Negative Bolzen müssen ausreichend Abstand zur oberen Klammer halten.
• Durchkernbolzen müssen fest angezogen sein, mit einem Isolationswiderstand, der den historischen Testergebnissen entspricht.
• Ölleitungen müssen unversperrt sein; Öldüsen-Abstände müssen ordentlich angeordnet sein, ohne abzufallen oder den Fluss zu blockieren.
• Der Kern darf nur einen Erddruckpunkt haben. Der Erdungsriemen soll aus Violett-Kupfer hergestellt sein, 0,5 mm dick und ≥30 mm breit, in 3–4 Kernlaminaten eingesetzt. Bei großen Transformern muss die Einführtiefe ≥80 mm betragen. Sichtbare Teile müssen isoliert sein, um Kurzschlüsse am Kern zu vermeiden.
• Die Erdungsstruktur muss mechanisch robust, gut isoliert, nicht kreisförmig und nicht in Kontakt mit dem Kern stehen.
• Die Isolation muss intakt und die Erdung verlässlich sein.