Jak diagnozować i eliminować usterki ziemnego połączenia rdzenia transformatora

Cewki i rdzeń transformatora to główne komponenty odpowiedzialne za przesyłanie i przekształcanie energii elektromagnetycznej. Zapewnienie ich niezawodnej pracy jest kluczowym aspektem. Statystyki pokazują, że problemy związane z rdzeniem stanowią trzecią co do wielkości przyczynę awarii transformatorów. Producent increasingly attention to core defects and have implemented technical improvements regarding reliable core grounding, core ground monitoring, and ensuring single-point grounding. Działy operacyjne również przywiązują dużą wagę do wykrywania i identyfikacji usterek w rdzeniu. Mimo to, usterki w rdzeniu transformatorów nadal występują często, głównie z powodu wielopunktowego podłączenia do ziemii i słabej izolacji rdzenia. Ten artykuł wprowadza metody diagnostyki i usuwania tych dwóch typów uszkodzeń.

1. Eliminacja usterek wielopunktowego podłączenia do ziemii

1.1 Tymczasowe środki, gdy transformator nie może być wyłączony z eksploatacji

• Jeśli istnieje zewnętrzny przewód doziemienia i prąd uszkodzeniowy jest stosunkowo duży, przewód doziemienia może być tymczasowo odłączony podczas działania. Jednak niezbędna jest ścisła obserwacja, aby zapobiec powstaniu potencjału pływającego w rdzeniu po zniknięciu punktu uszkodzenia.

• Jeśli usterka wielopunktowego podłączenia do ziemii jest niestabilna, można wprowadzić opornik (rezystor) do obwodu roboczego doziemienia, aby ograniczyć prąd do poniżej 1 A. Wartość oporu jest określana przez podzielenie napięcia zmierzonego na otwartym normalnym przewodzie doziemienia przez prąd płynący przez przewód doziemienia.

• Analiza chromatograficzna powinna być używana do monitorowania tempa generowania gazu w miejscu uszkodzenia.

• Po precyzyjnym zlokalizowaniu punktu uszkodzenia poprzez pomiary, jeśli nie można go naprawić bezpośrednio, normalny pas doziemienia rdzenia może zostać przeniesiony do tego samego miejsca, co punkt uszkodzenia, aby znacząco zmniejszyć prądy wirowe.

1.2 Kompleksowe środki konserwacyjne

Gdy monitorowanie potwierdzi usterkę wielopunktowego podłączenia do ziemii, transformatory, które mogą być wyłączone, powinny być natychmiast odłączone od sieci i całkowicie naprawione, aby usunąć usterkę. Powinno się wybrać odpowiednie metody konserwacji w zależności od rodzaju i przyczyny wielopunktowego podłączenia do ziemii. Jednak w niektórych przypadkach, nawet po wyłączeniu i usunięciu rdzenia, punkt uszkodzenia nie może być znaleziony. Aby dokładnie zlokalizować punkt doziemienia na miejscu, mogą być użyte następujące metody:

• Metoda DC: Odłącz pas połączeniowy między rdzeniem a ramą. Zastosuj napięcie DC 6 V na laminatach krzemowych po obu stronach juka. Następnie użyj woltomierza DC, aby kolejno mierzyć napięcie między sąsiednimi laminatami. Miejsce, gdzie napięcie wynosi zero lub zmienia polarność, wskazuje punkt uszkodzenia doziemienia.

• Metoda AC: Zastosuj napięcie AC 220–380 V do cewki niskiego napięcia, tworząc strumień magnetyczny w rdzeniu. Z pasem połączeniowym rdzenia i ramy odłączonym, użyj amperomierza, aby wykryć przepływ prądu wskazujący na usterkę wielopunktowego podłączenia do ziemii. Przesuń sondę amperomierza wzdłuż każdego poziomu laminatu juka; miejsce, gdzie prąd spada do zera, to lokalizacja uszkodzenia.

2. Zjawiska nietypowe spowodowane wielopunktowym podłączeniem do ziemii

• W rdzeniu indukowane są wirujące prądy, co zwiększa straty w rdzeniu i powoduje lokalne przeogrzanie.

• Jeśli ciężkie wielopunktowe podłączenie do ziemii pozostaje niewykryte przez długi czas, ciągłe działanie spowoduje przeogrzanie oleju i cewek, stopniowe starzenie się izolacji olej-papier. To może prowadzić do degradacji i odpadania warstwy izolacyjnej między laminatami, co prowadzi do jeszcze bardziej ciężkiego przeogrzania rdzenia i ostatecznie jego spalenia.

• Długotrwałe wielopunktowe podłączenie do ziemii degraduje izolujący olej w transformatorach olejowych, produkując łatwopalne gazy, które mogą wywołać relé Buchholza (relé gazowe).

• Przeogrzanie rdzenia może skarbować drewniane bloki i elementy zaciskowe w zbiorniku transformatora.

• Ciężkie wielopunktowe podłączenie do ziemii może spalić przewód doziemienia, powodując utratę normalnego jednopunktowego doziemienia transformatora – to jest bardzo niebezpieczna sytuacja.

• Wielopunktowe podłączenie do ziemii może również powodować zjawiska częściowego rozładowania.

3. Powód, dla którego rdzeń musi być podłączony do ziemii tylko w jednym punkcie podczas normalnej eksploatacji

Podczas normalnej eksploatacji istnieje pole elektryczne między napędzanymi cewkami a zbiornikiem transformatora. Rdzeń i inne części metalowe znajdują się w tym polu. Ze względu na nierównomierną dystrybucję pojemności i różniące się siły pola, jeśli rdzeń nie jest niezawodnie podłączony do ziemii, wystąpią zjawiska ładowania i rozładowania, niszcząc zarówno izolację stałą, jak i olejową. Dlatego rdzeń musi być podłączony do ziemii tylko w jednym punkcie.

Rdzeń składa się z laminatów krzemowych. Aby zmniejszyć wirujące prądy, każdy laminat jest izolowany od sąsiednich laminatów małym oporem (zwykle kilka do kilkudziesięciu omów). Jednak ze względu na bardzo wysoką pojemność między laminatami, laminaty działają jako ścieżka przewodząca pod wpływem pola elektrycznego przemiennego. Dlatego podłączenie do ziemii w jednym punkcie jest wystarczające, aby cała sterta laminatów była podłączona do potencjału ziemnego.

Jeśli rdzeń lub jego części metalowe mają dwa lub więcej punktów doziemienia (wielopunktowe podłączenie do ziemii), tworzy się zamknięty obwód między tymi punktami. Ten obwód wiąże część strumienia magnetycznego, indukując siłę elektromotoryczną i prądy wirowe, co powoduje lokalne przeogrzanie i może nawet spalić rdzeń.

Tylko jednopunktowe doziemienie rdzenia transformatora stanowi niezawodne i normalne doziemienie – inaczej mówiąc, rdzeń musi być podłączony do ziemii, i musi to być tylko jeden punkt.

Względną przyczyną wad rdzenia są dwa czynniki: (1) niewłaściwe praktyki montażowe prowadzące do zwarć, oraz (2) akcesoria lub czynniki zewnętrzne powodujące wielopunktowe uziemienie.