Jak diagnostikovat a odstranit závady zazemlení jádra transformátoru

Cívkové vinutí a jádro transformátoru jsou hlavními komponenty odpovědnými za přenos a transformaci elektromagnetické energie. Zajištění jejich spolehlivého fungování je velkou obavou. Statistická data ukazují, že problémy s jádrem tvoří třetí nejčastější příčinu poruch u transformátorů. Výrobci v poslední době věnují stále větší pozornost vadám jádra a provádějí technické vylepšení týkající se spolehlivého zemlování jádra, sledování zemlování jádra a zajištění jednoprvkového zemlování. Operační oddělení také klade značný důraz na detekci a identifikaci vad jádra. Přesto se vady jádra u transformátorů stále často vyskytují, zejména kvůli vícepunktovému zemlování a špatnému zemlování jádra. Tento článek představuje metody diagnostiky a řešení těchto dvou typů vad.

1. Odstranění vady vícepunktového zemlování

1.1 Dočasné opatření, když nelze transformátor odpojit od sítě

• Pokud existuje vnější zemlovací vodič a proud chyby je relativně velký, může být zemlovací drát dočasně odpojen během provozu. Je však nezbytné ho pečlivě sledovat, aby se zabránilo vzniku plovoucího potenciálu jádra po zmizení místa poruchy.

• Pokud je vada vícepunktového zemlování nestabilní, lze do pracovního okruhu zemlování vložit proměnný odpor (rheostat) pro omezení proudu pod 1 A. Hodnota odporu se určí vydělením napětí změřeného na otevřeném normálním zemlovacím drátu proudem procházejícím zemlovacím drátem.

• Chromatografická analýza by měla být použita k monitorování rychlosti vytváření plynů na místě poruchy.

• Po přesném stanovení místa poruchy měřením, pokud není možné ji opravit přímo, lze normální zemlovací pásku jádra přesunout na stejnou pozici jako místo poruchy, což výrazně sníží cirkulační proudy.

1.2 Úplná údržbová opatření

Jakmile sledování potvrdí výskyt vady vícepunktového zemlování, transformátory, které lze odpojit, by měly být okamžitě odpojeny a kompletně opraveny, aby se vada úplně odstranila. Měly by být vybrány vhodné údržbové postupy podle typu a příčiny vícepunktového zemlování. V některých případech však i po odpojení a odstranění jádra nemusí být místo poruchy nalezeno. Pro přesné určení místa zemlování na místě lze použít následující metody:

• Metoda DC: Odpojte spojovací pásku mezi jádrem a stlačovacím rámem. Připojte 6 V DC napětí na silikátové železo na obou stranách konce. Poté použijte DC voltmeter k postupnému měření napětí mezi sousedními vrstvami. Místo, kde napětí čte nulu nebo se obrátí, označuje místo poruchového zemlování.

• Metoda AC: Připojte 220–380 V AC napětí na nižší vinutí, což vytvoří magnetický tok v jádře. S odpojenou spojovací páskou mezi jádrem a stlačovacím rámem použijte milliampermetr k detekci proudu indikujícího výskyt vícepunktového zemlování. Posuňte čidlo milliampermetru podél každé vrstvy konce; místo, kde proud klesne na nulu, je místo poruchy.

2. Neobvyklá jevy způsobené vícepunktovým zemlováním

• V jádře se indukuje vírový proud, což zvyšuje ztráty v jádře a způsobuje lokální přehřívání.

• Pokud závažné vícepunktové zemlování zůstane dlouhou dobu nevyřešené, trvalý provoz přehřeje olej a vinutí, což vedlo k postupnému stárnutí olejopapírové izolace. To může způsobit, že interlaminační izolační povlak zhorší a odloupne, což vede k dalšímu závažnému přehřívání jádra a nakonec k jeho shoření.

• Dlouhodobé vícepunktové zemlování degraduje izolační olej v olejově zaplavených transformátorech, což vede k produkci hořlavých plynů, které mohou aktivovat Buchholz (plynový) relé.

• Přehřev jádra může uhlíkat dřevěné bloky a stlačovací komponenty uvnitř nádrže transformátoru.

• Závažné vícepunktové zemlování může spálit zemlovací vodič, což vedou k ztrátě normálního jednoprvkového zemlování jádra – což je extrémně nebezpečný stav.

• Vícepunktové zemlování může také způsobit parciální výbojkové jevy.

3. Důvod, proč musí být jádro během normálního provozu zemlováno pouze v jednom bodě

Během normálního provozu existuje elektrické pole mezi napájenými vinutími a nádrží transformátoru. Jádro a jiné kovové části jsou umístěny v tomto poli. Kvůli nerovnoměrnému rozdělení kapacity a různé síle pole, pokud není jádro spolehlivě zemlováno, dojde k jevu nabíjení a vybíjení, který poškozuje jak tuhé, tak olejové izolace. Proto musí být jádro zemlováno právě v jednom bodě.

Jádro je tvořeno vrstvami silikátového železa. K snížení vírových proudů je každá vrstva izolována od sousedních malým odporom (typicky pouze několik až několik desítek ohmů). Vzhledem k velmi vysoké interlaminační kapacitě však vrstvy působí jako vodič v alternujícím elektrickém poli. Proto je zemlování jádra v jednom bodě dostatečné k uchopení celého balení na potenciál země.

Pokud má jádro nebo jeho kovové komponenty dva nebo více zemlovacích bodů (vícepunktové zemlování), vytváří se mezi těmito body uzavřená smyčka. Tato smyčka propojuje část magnetického toku, což indukuje elektromotorickou sílu a cirkulační proudy, které způsobují lokální přehřívání a mohou dokonce spálit jádro.

Pouze jednoprvkové zemlování jádra transformátoru tvoří spolehlivé a normální zemlování – tedy jádro musí být zemlováno a to právě v jednom bodě.

Hlavní poruchy jsou především způsobeny dvěma faktory: (1) špatnými stavebními postupy vedoucími k krátkým spojením a (2) příslušenstvím nebo externími faktory způsobujícími vícebodové zapojení na zem.