Wie man Transformator-Kern-Erdenfehler diagnostiziert und beseitigt

Die Wicklungen und der Kern eines Transformators sind die primären Komponenten, die für die Übertragung und Transformation von elektromagnetischer Energie verantwortlich sind. Die Gewährleistung ihrer zuverlässigen Funktion ist ein großes Anliegen. Statistische Daten zeigen, dass Kernprobleme den dritthäufigsten Grund für Transformatorausfälle darstellen. Hersteller haben zunehmend auf Kernfehler geachtet und technische Verbesserungen hinsichtlich des zuverlässigen Erdens des Kerns, der Überwachung des Kernerdens und der Sicherstellung des Einpunkterdens implementiert. Auch die Betriebsabteilungen legen großen Wert auf die Erkennung und Identifizierung von Kernfehlern. Dennoch treten Kernfehler in Transformatoren häufig auf, hauptsächlich aufgrund des Mehrpunkt-Erdens und mangelhaften Kerndens. Dieser Artikel stellt Diagnose- und Behandlungsmethoden für diese beiden Arten von Fehlern vor.

1. Beseitigung von Mehrpunkt-Erdenfehlern

1.1 Vorübergehende Maßnahmen, wenn der Transformator nicht außer Betrieb genommen werden kann

• Wenn es eine externe Erdungsleitung gibt und der Fehlerstrom relativ groß ist, kann die Erdungsleitung während des Betriebs vorübergehend getrennt werden. Allerdings ist eine sorgfältige Überwachung erforderlich, um zu verhindern, dass der Kern nach dem Verschwinden des Fehlerpunkts ein schwebendes Potential entwickelt.

• Wenn der Mehrpunkt-Erdenfehler instabil ist, kann ein Widerstand (Rheostat) in den Arbeits-Erdkreis eingeschaltet werden, um den Strom auf unter 1 A zu begrenzen. Der Widerstandswert wird durch die Division der gemessenen Spannung über dem offenen normalen Erdungsdräht mit dem durch den Erdungsdräht fließenden Strom bestimmt.

• Es sollte eine chromatographische Analyse zur Überwachung der Gasentstehungsrate an der Fehlerstelle durchgeführt werden.

• Nachdem die Fehlerstelle durch Messungen genau lokalisiert wurde, kann, wenn sie nicht direkt repariert werden kann, das normale Erdungsband des Kerns an die gleiche Stelle wie den Fehlerpunkt verlegt werden, um die Umlaufströme erheblich zu reduzieren.

1.2 Gründliche Wartungsmaßnahmen

Sobald die Überwachung einen Mehrpunkt-Erdenfehler bestätigt, sollten Transformatoren, die stillgelegt werden können, sofort entladen und vollständig repariert werden, um den Fehler komplett zu beseitigen. Je nach Art und Ursache des Mehrpunkt-Erdens sollten geeignete Wartungsmethoden ausgewählt werden. In manchen Fällen kann jedoch auch nach Stilllegung und Entfernung des Kerns der Fehlerpunkt nicht gefunden werden. Um den Erdpunkt vor Ort genau zu lokalisieren, können folgende Methoden verwendet werden:

• Gleichstrommethode: Trennen Sie das Verbindungsbänder zwischen dem Kern und dem Klemmfutter. Wenden Sie eine Gleichspannung von 6 V an den Siliziumstahllaminaten auf beiden Seiten des Jochs an. Dann messen Sie mit einem Gleichvoltmeter nacheinander die Spannung zwischen benachbarten Laminaten. Der Ort, an dem die Spannung Null oder die Polung umkehrt, ist der Fehlererdpunkt.

• Wechselstrommethode: Wenden Sie eine Wechselspannung von 220–380 V an die Niederspannungswicklung an, um Fluss im Kern zu erzeugen. Mit dem abgetrennten Kern-Klemmfutter verwenden Sie einen Milliamperemeter, um den Stromfluss, der auf einen Mehrpunkt-Erdenfehler hinweist, zu detektieren. Bewegen Sie den Milliamperemeter-Sensor entlang jeder Laminatschicht des Jochs; der Punkt, an dem der Strom auf Null fällt, ist die Fehlerstelle.

2. Abnorme Phänomene, die durch Mehrpunkt-Erden verursacht werden

• Wirbelströme werden im Kern induziert, was zu erhöhten Kernverlusten und lokaler Überhitzung führt.

• Wenn ein schwerwiegender Mehrpunkt-Erdenfehler über einen längeren Zeitraum unbehandelt bleibt, wird durch den kontinuierlichen Betrieb das Öl und die Wicklungen überhitzen, wodurch die Ölpapierisolierung allmählich altert. Dies kann dazu führen, dass die Isolierbeschichtung zwischen den Laminaten verschlechtert und abblättert, was zu noch stärkerer Überhitzung des Kerns und letztendlich zu einer Kernverbrennung führt.

• Ein langes Mehrpunkt-Erden verschlechtert das Isolieröl in ölgefüllten Transformatoren, wodurch brennbare Gase entstehen, die den Buchholz-Relais (Gasrelais) auslösen können.

• Eine Überhitzung des Kerns kann Holzblöcke und Klemmkomponenten innerhalb des Transformatorbehälters verkohlen.

• Ein schwerwiegender Mehrpunkt-Erden kann den Erdungsleiter verbrennen, was zu einem Verlust des normalen Einpunkterdens des Transformators führt – eine extrem gefährliche Situation.

• Mehrpunkt-Erden können auch partielle Entladungsphänomene verursachen.

3. Grund, warum der Kern während des normalen Betriebs nur an einem Punkt erdet werden muss

Während des normalen Betriebs existiert ein elektrisches Feld zwischen den energiegeladenen Wicklungen und dem Transformatorbecken. Der Kern und andere metallene Teile befinden sich in diesem Feld. Aufgrund ungleichmäßiger Kapazitätsverteilung und variierender Feldstärken kann, wenn der Kern nicht zuverlässig erdet wird, Ladungs-Ablauffenomene auftreten, die sowohl feste als auch ölige Isolierungen beschädigen. Daher muss der Kern genau an einem Punkt erdet werden.

Der Kern besteht aus Siliziumstahllaminaten. Um Wirbelströme zu reduzieren, sind jedes Laminat von den benachbarten Laminaten durch eine kleine Widerstandsschicht (in der Regel nur wenige bis einige Dutzend Ohm) isoliert. Aufgrund der sehr hohen Kapazität zwischen den Laminaten fungieren sie jedoch unter wechselnden elektrischen Feldern als leitfähiger Pfad. Daher reicht das Erdnen des Kerns an einem einzigen Punkt aus, um den gesamten Stapel auf Erdpotential zu klemmen.

Wenn der Kern oder seine Metallkomponenten zwei oder mehr Erdpunkte (Mehrpunkt-Erden) haben, wird zwischen diesen Punkten ein geschlossener Kreis gebildet. Dieser Kreis verbindet einen Teil des magnetischen Flusses, was eine elektromotorische Kraft und Umlaufströme induziert, die zu lokaler Überhitzung und möglicherweise sogar zur Verbrennung des Kerns führen.

Nur das Einpunkterden des Transformatorkerns stellt ein zuverlässiges und normales Erden dar – d.h., der Kern muss erdet sein und muss genau an einem Punkt erdet werden.

Kernfehler werden hauptsächlich durch zwei Faktoren verursacht: (1) mangelhafte Bauweisen, die zu Kurzschlüssen führen, und (2) Zubehör oder externe Faktoren, die zu Mehrfachmassenanschlüssen führen.