Hoe transformer kern-aarding fouten diagnosticeren en elimineren

De windingen en kern van een transformator zijn de belangrijkste componenten die verantwoordelijk zijn voor het overbrengen en transformeren van elektromagnetische energie. Het waarborgen van hun betrouwbare werking is een belangrijke zorg. Statistische gegevens tonen aan dat kerngerelateerde problemen de derde meest voorkomende oorzaak van transformatorgebreeken vormen. Fabrikanten hebben steeds meer aandacht besteed aan kernenfouten en hebben technische verbeteringen doorgevoerd op het gebied van betrouwbaar gronden van de kern, monitoring van de kerngronding en het waarborgen van enkelvoudig gronden. Operationele afdelingen leggen ook veel nadruk op het detecteren en identificeren van kernfouten. Niettemin komen kernfouten in transformatoren nog steeds vaak voor, voornamelijk als gevolg van meerpuntige gronding en slechte kerngronding. Dit artikel introduceert de diagnose- en afhandelingsmethoden voor deze twee soorten fouten.

1. Eliminatie van meerpuntige grondingsfouten

1.1 Tijdelijke maatregelen wanneer de transformator niet uit bedrijf kan worden genomen

• Als er een externe grondleiding is en de foutstroom relatief groot is, kan de grondleiding tijdelijk worden losgekoppeld tijdens de bedrijfsvoering. Echter, nauwlettend toezicht is essentieel om te voorkomen dat de kern een zwevend potentiaal ontwikkelt nadat het foutpunt verdwenen is.

• Als de meerpuntige grondingsfout instabiel is, kan een variabele weerstand (rheostat) in het werkzame grondcircuit worden ingevoegd om de stroom te beperken tot onder 1 A. De weerstandswaarde wordt bepaald door de spanning die over de open normale grondleiding wordt gemeten te delen door de stroom die door de grondleiding loopt.

• Chromatografische analyse moet worden gebruikt om de gasgeneratie-snelheid op de foutlocatie te monitoren.

• Na de exacte locatie van het foutpunt te hebben vastgesteld middels metingen, kan de normale kerngrondband, indien het niet direct kan worden hersteld, naar dezelfde positie als het foutpunt worden verplaatst om circulerende stromen aanzienlijk te verminderen.

1.2 Grondige onderhoudsmaatregelen

Zodra de monitoring een meerpuntige grondingsfout bevestigt, moeten transformatoren die kunnen worden stilgelegd, onmiddellijk worden gedemagnetiseerd en volledig worden gerepareerd om de fout volledig te elimineren. Afhankelijk van het type en de oorzaak van de meerpuntige gronding moeten gepaste onderhoudsmethoden worden gekozen. In sommige gevallen kan echter, zelfs na het stilleggen en verwijderen van de kern, het foutpunt niet worden gevonden. Om de grondingsplaats ter plaatse nauwkeurig te lokaliseren, kunnen de volgende methoden worden gebruikt:

• DC-methode: De bondingsband tussen de kern en de klemconstructie loskoppelen. Een DC-spanning van 6 V toepassen op de siliciumstaallagen aan beide zijden van de juk. Daarna gebruikmakend van een DC-voltmeter de spanning tussen aangrenzende lagen sequentieel meten. De plaats waar de spanning nul of van polariteit wisselt, geeft het foutgrondpunt aan.

• AC-methode: Een AC-spanning van 220–380 V toepassen op de laagspanningswinding, waardoor magnetische flux in de kern wordt opgewekt. Met de kern-klem bonding band losgekoppeld, gebruikmakend van een milliammeter de stroomdetectie die een meerpuntige grondingsfout aangeeft. Beweeg de milliammeter sonde langs elk lageniveau van de juk; het punt waar de stroom naar nul daalt, is de foutlocatie.

2. Abnormale verschijnselen veroorzaakt door meerpuntige gronding

• Wervelstromen worden in de kern geïnduceerd, wat de kernverliezen doet toenemen en lokale oververhitting veroorzaakt.

• Indien ernstige meerpuntige gronding langdurig onbehandeld blijft, zal continue bedrijfsvoering de olie en windingen doen oververhitten, waardoor de olie-papierisolatie geleidelijk veroudert. Dit kan leiden tot de verslechtering en afbladdering van de interlaminatie-isolatiecoating, wat resulteert in nog ernstiger oververhitting van de kern en uiteindelijke kernbrand.

• Langdurige meerpuntige gronding degradeert de isolerende olie in oliegedrenkte transformatoren, wat brandbare gassen produceert die de Buchholz (gas) relay kunnen activeren.

• Oververhitting van de kern kan houten blokken en klemcomponenten binnen de transformatorbak koolstof laten vormen.

• Ernstige meerpuntige gronding kan de grondleider doorbranden, wat leidt tot het verlies van de normale enkelvoudige gronding van de transformator—een zeer gevaarlijke situatie.

• Meerpuntige gronding kan ook partiële ontladingverschijnselen veroorzaken.

3. Reden waarom de kern tijdens normale bedrijfsvoering alleen op één punt mag worden geaard

Tijdens normale bedrijfsvoering bestaat er een elektrisch veld tussen de geladen windingen en de transformatorbak. De kern en andere metalen delen bevinden zich binnen dit veld. Vanwege onevenredige capaciteitsverdeling en verschillende veldsterkten, zal, indien de kern niet betrouwbaar wordt geaard, lading-ontladingverschijnselen optreden, wat zowel vaste als olie-isolatie kan beschadigen. Daarom moet de kern precies op één punt worden geaard.

De kern bestaat uit siliciumstaallagen. Om wervelstromen te verminderen, is elke laag geïsoleerd van aangrenzende lagen met een kleine weerstand (meestal slechts enkele tot enkele tientallen ohms). Echter, vanwege de zeer hoge interlaminatiecapaciteit, fungeren de lagen als een geleidende weg onder wisselstroomvelden. Dus, het aarden van de kern op één punt is voldoende om de hele stapel op aardpotentiaal te clammen.

Als de kern of haar metalen componenten twee of meer aardpunten hebben (meerpuntige gronding), wordt er een gesloten lus gevormd tussen deze punten. Deze lus koppelt een deel van de magnetische flux, wat elektromotorische kracht en circulerende stromen induceert, wat lokale oververhitting kan veroorzaken en zelfs de kern kan doen branden.

Alleen enkelvoudige gronding van de transformatorkern vormt betrouwbaar en normaal gronden—dat wil zeggen, de kern moet worden geaard, en dat moet precies op één punt gebeuren.

Kernfouten worden voornamelijk veroorzaakt door twee factoren: (1) slechte bouwpraktijken die leiden tot kortsluiting, en (2) accessoires of externe factoren die multi-point grounding veroorzaken.