Hvordan diagnosticere og eliminere jordfejl i transformerkerne

Spolerne og kernen i en transformer er de primære komponenter, der er ansvarlige for overførsel og transformation af elektromagnetisk energi. At sikre deres pålidelige drift er en stor bekymring. Statistikker viser, at kernrelaterede problemer udgør den tredje mest almindelige årsag til transformerfejl. Producenter har lagt øget fokus på kernefejl og har implementeret tekniske forbedringer med hensyn til pålidelig jordforbindelse af kernen, overvågning af jordforbindelsen og sikring af enkeltjordforbindelse. Driftsafdelinger har også lagt stor vægt på at opdage og identificere kernefejl. Alligevel forekommer kernefejl i transformatorer stadig ofte, primært på grund af flerpunktjordforbindelser og dårlig jordforbindelse af kernen. Denne artikel introducerer diagnosticering og håndtering af disse to typer fejl.

1. Eliminering af flerpunktjordforbindelsesfejl

1.1 Midlertidige foranstaltninger, når transformeren ikke kan tages ud af drift

• Hvis der er en ekstern jordforbindelsesledning og fejlstrømmen er relativt stor, kan jordforbindelsesledningen midlertidigt afkobles under drift. Det er dog vigtigt at holde nøje øje med, for at forhindre, at kernen får en flydende potentiel efter at fejlpunktet forsvinder.

• Hvis flerpunktjordforbindelsesfejlen er ustabil, kan en variabel resistor (potentiometer) indføres i arbejdsgående jordforbindelseskredsløbet for at begrænse strømmen til under 1 A. Motstanden fastsættes ved at dividere spændingen, der måles på den åbne normale jordforbindelsesledning, med strømmen, der løber gennem jordforbindelsesledningen.

• Kromatografisk analyse bør bruges til at overvåge gasudviklingshastigheden ved fejlpunktet.

• Efter præcis lokalisation af fejlpunktet gennem målinger, hvis det ikke kan repareres direkte, kan den normale jordforbindelsesrem for kernen flyttes til samme position som fejlpunktet for at reducere cirkulationsstrømme betydeligt.

1.2 Grundig vedligeholdelsesforanstaltninger

Når overvågning bekræfter en flerpunktjordforbindelsesfejl, bør transformatorer, der kan slukkes, hurtigt afspændes og fuldt ud repareret for at eliminere fejlen helt. Passende vedligeholdelsesmetoder bør vælges baseret på typen og årsagen til flerpunktjordforbindelsen. I nogle tilfælde kan imidlertid fejlpunktet ikke findes, selv efter nedtagning og fjernelse af kernen. For at lokalisere jordforbindelsespunktet præcist på stedet kan følgende metoder anvendes:

• DC-metode: Frakobl jordforbindelsesremmen mellem kernen og klemmekassen. Anbring 6 V DC-spænding på siliciumstålpladerne på begge sider af yoken. Brug derefter en DC-voltmeter til at måle spændingen mellem nabopladerne sekventielt. Stedet, hvor spændingen læser nul eller ændrer polaritet, angiver fejlpunktets jordforbindelse.

• AC-metode: Anbring 220–380 V AC-spænding på lavspændingsvindingen, hvilket etablerer magnetflod i kernen. Med kernen-klemmekasse jordforbindelsesremmen frakoblet, brug en milliammeter til at opdage strøm, der indikerer en flerpunktjordforbindelsesfejl. Flyt milliammeterproben langs hver pladeniveau af yoken; punktet, hvor strømmen falder til nul, er fejlpunktet.

2. Abnorme fænomener forårsaget af flerpunktjordforbindelse

• Virkningsstrømme induceres i kernen, hvilket øger kernes tab og forårsager lokal overophedning.

• Hvis alvorlige flerpunktjordforbindelser forbliver ubehandlet i lang tid, vil kontinuerlig drift overophede olie og vindinger, hvilket gradvist aldrer olie-papir isolationen. Dette kan forårsage, at isolationsbelægningen mellem pladerne forringes og skiller sig, hvilket fører til endnu mere alvorlig kernenoverophedning og til sidst kernenbrand.

• Prolongerede flerpunktjordforbindelser forringes isolerende olie i oliebadede transformatorer, producerer brandfarlige gasser, der kan udløse Buchholz-relæet (gasrelæ).

• Kernenoverophedning kan karbonisere træblokke og klemmekomponenter indeni transformatortanken.

• Alvorlige flerpunktjordforbindelser kan bryde igennem jordforbindelsesledningen, hvilket resulterer i tab af transformatorens normale enkeltjordforbindelse - en ekstremt farlig situation.

• Flerpunktjordforbindelser kan også forårsage partielle udslip.

3. Grunden til, at kernen kun skal jordes på ét punkt under normal drift

Under normal drift findes der et elektrisk felt mellem de spændingsfyldte vindinger og transformatortanken. Kernen og andre metaldele ligger indeni dette felt. På grund af ulige kapacitivt fordelt og varierende feltstyrke, vil charge-discharge-fænomener forekomme, hvis kernen ikke er pålideligt jordet, hvilket skader både faste og olierelaterede isolationer. Derfor skal kernen jordes på præcis ét punkt.

Kernen består af siliciumstålplader. For at reducere virkningsstrømme er hver plade isoleret fra naboplader med en lille motstand (typisk kun få til flere ti ohm). På grund af den meget høje kapacitance mellem pladerne, fungerer pladerne som en ledende vej under alternerende elektriske felter. Derfor er det tilstrækkeligt at jorde kernen på ét punkt for at klamre hele stakken til jordpotentialet.

Hvis kernen eller dens metaldele har to eller flere jordpunkter (flerpunktjordforbindelse), dannes en lukket kreds mellem disse punkter. Denne kreds forbinder en del af magnetfloden, inducerer elektromotorisk spænding og cirkulationsstrømme, hvilket forårsager lokal overophedning og kan endda bryde igennem kernen.

Kun enkeltjordforbindelse af transformatorens kernen udgør en pålidelig og normal jordforbindelse - dvs. kernen skal være jordet, og den skal være jordet på præcis ét punkt.

Kernefejl skyldes hovedsageligt to faktorer: (1) dårlige konstruktionsmetoder, der føder til kortslutninger, og (2) tilbehør eller eksterne faktorer, der forårsager flerpunkt jordforbindelser.