Как диагностировать и устранить неисправности заземления сердечника трансформатора

Обмотки и сердечник трансформатора являются основными компонентами, отвечающими за передачу и преобразование электромагнитной энергии. Обеспечение их надежной работы является важным вопросом. Статистические данные показывают, что проблемы, связанные с сердечником, занимают третье место среди причин отказов трансформаторов. Производители уделяют все больше внимания дефектам сердечника и внедряют технические улучшения в отношении надежного заземления сердечника, мониторинга заземления сердечника и обеспечения одноточечного заземления. Отделы эксплуатации также уделяют значительное внимание обнаружению и идентификации неисправностей сердечника. Тем не менее, неисправности сердечника в трансформаторах по-прежнему происходят часто, главным образом из-за многоточечного заземления и некачественного заземления сердечника. В данной статье представлены методы диагностики и устранения этих двух типов неисправностей.

1. Устранение многоточечных неисправностей заземления

1.1 Временные меры, когда трансформатор не может быть выведен из эксплуатации

• Если есть внешний заземляющий провод и ток неисправности относительно большой, заземляющий провод можно временно отключить во время работы. Однако необходимо тщательное наблюдение, чтобы предотвратить возникновение плавающего потенциала на сердечнике после исчезновения точки неисправности.

• Если многоточечная неисправность заземления нестабильна, в рабочую цепь заземления можно вставить переменный резистор (реостат) для ограничения тока до 1 А. Значение сопротивления определяется делением напряжения, измеренного на открытом нормальном заземляющем проводе, на ток, проходящий через заземляющий провод.

• Для контроля скорости газообразования в месте неисправности следует использовать хроматографический анализ.

• После точного определения места неисправности при помощи измерений, если его невозможно немедленно отремонтировать, нормальный заземляющий ремень сердечника можно переместить в то же положение, что и место неисправности, чтобы значительно снизить циркулирующие токи.

1.2 Тщательные ремонтные меры

После подтверждения многоточечной неисправности заземления мониторингом, трансформаторы, которые могут быть отключены, должны быть немедленно обесточены и полностью отремонтированы для полного устранения неисправности. Следует выбирать соответствующие методы ремонта в зависимости от типа и причины многоточечного заземления. Однако в некоторых случаях, даже после отключения и удаления сердечника, место неисправности не удается найти. Для точного определения места заземления на месте можно использовать следующие методы:

• Метод постоянного тока: Отключите соединительный ремень между сердечником и рамкой. Примените постоянное напряжение 6 В к силиконовым стальным листам по обе стороны ярма. Затем используйте вольтметр постоянного тока для последовательного измерения напряжения между соседними листами. Место, где напряжение равно нулю или меняет полярность, указывает на место неисправности заземления.

• Метод переменного тока: Примените переменное напряжение 220–380 В к низковольтной обмотке, создавая магнитный поток в сердечнике. С отключенным соединительным ремнем между сердечником и рамкой используйте миллиамперметр для обнаружения тока, указывающего на многоточечную неисправность заземления. Перемещайте щуп миллиамперметра вдоль каждого уровня листов ярма; место, где ток падает до нуля, является местом неисправности.

2. Аномальные явления, вызванные многоточечным заземлением

• В сердечнике индуцируются вихревые токи, что увеличивает потери в сердечнике и вызывает локальное перегревание.

• Если серьезное многоточечное заземление остается без лечения длительное время, непрерывная работа приведет к перегреву масла и обмоток, постепенному старению масляно-бумажной изоляции. Это может привести к ухудшению и отслаиванию изоляционного покрытия между листами, что вызовет более серьезный перегрев сердечника и его последующее выгорание.

• Длительное многоточечное заземление приводит к деградации изоляционного масла в маслонаполненных трансформаторах, образованию горючих газов, что может привести к срабатыванию реле Бухгольца (газового реле).

• Перегрев сердечника может привести к углеродизации деревянных блоков и зажимных элементов внутри бака трансформатора.

• Серьезное многоточечное заземление может привести к прожигу заземляющего проводника, что приведет к потере нормального одноточечного заземления трансформатора — это крайне опасное состояние.

• Многоточечное заземление также может вызвать частичные разряды.

3. Причина, почему сердечник должен быть заземлен только в одной точке в нормальных условиях работы

В нормальных условиях работы между заряженными обмотками и баком трансформатора существует электрическое поле. Сердечник и другие металлические части находятся в этом поле. Из-за неравномерного распределения емкости и различной силы поля, если сердечник не надежно заземлен, будут происходить процессы зарядки и разрядки, повреждающие как твердую, так и масляную изоляцию. Поэтому сердечник должен быть заземлен в точке, и только в одной точке.

Сердечник состоит из листов силиконовой стали. Чтобы уменьшить вихревые токи, каждый лист изолирован от соседних с малым сопротивлением (обычно всего несколько десятков ом). Однако из-за очень высокой емкости между листами, они действуют как проводящий путь в переменном электрическом поле. Таким образом, одноточечное заземление сердечника достаточно, чтобы закрепить весь стек на потенциал земли.

Если сердечник или его металлические компоненты имеют две или более точек заземления (многоточечное заземление), между этими точками образуется замкнутый контур. Этот контур связывает часть магнитного потока, индуцируя электродвижущую силу и циркулирующие токи, что вызывает локальное перегревание и может даже привести к выгоранию сердечника.

Только одноточечное заземление сердечника трансформатора является надежным и нормальным заземлением, то есть сердечник должен быть заземлен, и он должен быть заземлен в точке, и только в одной точке.

Основные неисправности в основном вызваны двумя факторами: (1) некачественные методы строительства, приводящие к коротким замыканиям, и (2) аксессуары или внешние факторы, вызывающие многоточечное заземление.