Hvordan diagnostisere og eliminere transformatorjordfeil

Vindingene og kjernen i en transformator er de primære komponentene ansvarlige for overføring og omforming av elektromagnetisk energi. Å sikre deres pålitelige drift er et viktig anliggende. Statistiske data viser at kjerne-relaterte problemer utgjør den tredje største årsaken til transformatorfeil. Produsenter har lagt mer vekt på kjerndefekter og har implementert tekniske forbedringer angående pålitelig kjernejord, overvåking av kjernejord og sikring av enkeltspunktsgjerdning. Driftsavdelinger har også lagt stor vekt på oppdagelse og identifisering av kjernefeil. Likevel forekommer kjernefeil i transformatorer fremdeles ofte, hovedsakelig på grunn av flerspuntsgjerdning og dårlig kjernejord. Denne artikkelen introduserer diagnostikk- og håndteringmetoder for disse to type feil.

1. Eliminering av flerspunktsgjerdningsfeil

1.1 Midlertidige tiltak når transformatoren ikke kan tas ut av drift

• Hvis det er en ekstern jordingsledning og feilstrømmen er relativt stor, kan jordingsledningen midlertidig kobles fra under drift. Imidlertid er nøye overvåking nødvendig for å forhindre at kjernen utvikler en flytende potensial etter at feilpunktet forsvinner.

• Hvis flerspunktsgjerdningsfeilen er ustabil, kan en variabel motstand (potensiometer) settes inn i arbeidsjordingskretsen for å begrense strømmen til under 1 A. Motstandsverdien fastsettes ved å dele spenningen målt over den åpne normale jordingsledningen med strømmen som går gjennom jordingsledningen.

• Kromatografisk analyse bør brukes for å overvåke gassproduksjonshastigheten ved feilstedet.

• Etter nøyaktig lokalisering av feilpunktet gjennom målinger, hvis det ikke kan repareres direkte, kan den normale kjernejordingsremmen flyttes til samme posisjon som feilpunktet for å redusere sirkulasjonstrømmer betydelig.

1.2 Gründige vedlikeholdsforanstaltninger

Når overvåking bekrefter en flerspunktsgjerdningsfeil, bør transformatorer som kan slukkes, umiddelbart deenergiseres og fullstendig repareres for å eliminere feilen helt. Passende vedlikeholdsmetoder bør velges basert på typen og årsaken til flerspunktsgjerdningen. I noen tilfeller kan imidlertid selv etter nedlasting og fjerning av kjernen, feilpunktet ikke bli funnet. For å nøyaktig lokalisere jordingspunktet på stedet, kan følgende metoder brukes:

• DC-metode: Kobler fra bindingsspenningen mellom kjerne og klammeframe. Anlegger 6 V DC spenning over silisijernlamellene på begge sider av yoken. Bruker så en DC spenningmåler til sekvensielt å måle spenningen mellom nabo lameller. Stedet hvor spenningen leses null eller reverserer polaritet indikerer feiljordingspunktet.

• AC-metode: Anlegger 220–380 V AC spenning til lavspenningsvindingen, etablerer magnetisk fluks i kjernen. Med kjerne-klammebindingsspenning frakoblet, bruker en milliammeter for å oppdage strømflyt som indikerer flerspunktsgjerdningsfeil. Flytter milliammeterproben langs hver lamellnivå av yoken; punktet hvor strømmen synker til null er feilposisjonen.

2. Unormale fenomener forårsaket av flerspunktsgjerdning

• Omløpsstrømmer induceres i kjernen, øker kjernespor og forårsaker lokal overoppvarming.

• Hvis alvorlig flerspunktsgjerdning blir ubehandlet i lang tid, vil kontinuerlig drift overoppvarme oljen og vindingene, gradvis aldre den olje-papir isolasjonen. Dette kan føre til at isoleringsbelægningen mellom lameller forverres og skilles, noe som fører til mer alvorlig kjerneoveroppvarming og til slutt kjernebrann.

• Langvarig flerspunktsgjerdning forverrer isoleringsoljen i oljeimpregnerede transformatorer, produserer forbrennbar gass som kan utløse Buchholz (gass) relæet.

• Kjerneoveroppvarming kan karbonisere treblokker og klammekomponenter inne i transformatorbeholderen.

• Alvorlig flerspunktsgjerdning kan brenne igjennom jordingslederen, noe som fører til tap av transformatorens normale enkeltspunktsgjerdning—en ekstremt farlig situasjon.

• Flerspunktsgjerdning kan også forårsake lokale entladningsfenomener.

3. Grunder for at kjerne må være gjerdet på ett enkelt punkt under normal drift

Under normal drift eksisterer det et elektrisk felt mellom de belasted vindingene og transformatorbeholderen. Kjernen og andre metallkomponenter ligger innenfor dette feltet. På grunn av ujevn kapasitetsfordeling og varierende feltstyrker, vil charge-discharge-fenomener forekomme dersom kjernen ikke er pålitelig gjerdet, noe som skader både faste og oljeisolering. Derfor må kjerne gjerdet på nøyaktig ett punkt.

Kjernen består av silisijernlameller. For å redusere omløpsstrømmer, er hver lamelle isolert fra naboen med en liten motstand (typisk bare noen få til flere ti ohm). Imidlertid, på grunn av den veldig høye kapasiteten mellom lameller, virker lamellene som en ledende vei under alternerende elektriske felt. Dermed er det nok med å gjerde kjerne på ett punkt for å feste hele stokken til jordpotensial.

Hvis kjernen eller dens metallkomponenter har to eller flere jordingspunkter (flerspunktsgjerdning), dannes det en lukket løkke mellom disse punktene. Denne løkken kobler deler av magnetisk fluks, inducerer elektromotiv kraft og sirkulasjonstrømmer, noe som forårsaker lokal overoppvarming og kan enda brenne ut kjernen.

Bare enkeltspunktsgjerdning av transformatorkjerne utgjør pålitelig og normal gjerdning—altså må kjerne gjerdet, og det må gjerdet på nøyaktig ett punkt.

Kjernefeil er hovedsakelig forårsaket av to faktorer: (1) dårlige konstruksjonspraksiser som fører til kortslutninger, og (2) tilbehør eller eksterne faktorer som forårsaker flerpunktsgjøring.