Kako diagnosticirati in odpraviti napake pri zemljenju jedra transformatorja

Viti in jezro transformatorja sta glavni komponenti, ki prenašata in pretvarjata elektromagnetno energijo. Zagotavljanje njihove zanesljive delovanja je velik izziv. Statistični podatki kažejo, da so težave z jezrom tretji najpogostejši vzrok za nezanesljivosti transformatorjev. Proizvajalci so posvečali vse več pozornosti defektom jezra in uvedli tehnične izboljšave na področju zanesljivega zazemljevanja jezra, nadzora zazemljevanja jezra in zagotavljanja enotnega točkovnega zazemljevanja. Odsjek za delovanje je tudi poudaril pomembnost zaznavanja in identifikacije težav z jezrom. Kljub temu se težave z jezrom v transformatorjih še vedno pogosto pojavljajo, predvsem zaradi večtočkovnega zazemljevanja in slabo zazemljenega jezra. Ta članek predstavlja metode za diagnosticiranje in reševanje teh dveh vrst težav.

1. Odpravljanje težav s večtočkovnim zazemljevanjem

1.1 Začasne ukrepe, ko transformator ne more biti odstranjen iz operacije

• Če obstaja zunanji zazemljujoč vodnik in tok napake je relativno velik, lahko zazemljujoč vodnik začasno odpovezan med delovanjem. Vendar je ključno tesno spremljanje, da se prepreči, da bi jezro razvil plavajoči potencial po izginotju točke napake.

• Če je težava s večtočkovnim zazemljevanjem nestabilna, lahko v delujoče zazemljujoče zaprto vstavimo variabilni upor (rezistor), da omejimo tok pod 1 A. Vrednost upora določimo tako, da delimo napetost, zmjerjeno na odprt normalni zazemljujoč vodnik, z tokom, ki teče skozi zazemljujoč vodnik.

• Za spremljanje hitrosti nastajanja plinov na mestu napake se uporablja kromatografska analiza.

• Po natančnem določitvi mesta napake z merjenjem, če je neposredna popravila nemogoča, se lahko normalen zazemljujoč pas premakne na isto mesto kot točka napake, kar znatno zmanjša cirkulirajoče tokove.

1.2 Pregledni vzdrževalni ukrepi

Ko spremljanje potrdi težavo s večtočkovnim zazemljevanjem, morajo biti transformatorji, ki jih je mogoče izklopiti, takoj izključeni in popolnoma popravljeni, da se napaka popolnoma odpravi. Ustrezen vzdrževalni postopek se izbere glede na vrsto in vzrok večtočkovnega zazemljevanja. V nekaterih primerih pa, tudi po izklopu in odstranitvi jezra, točka napake ni mogoče najti. Za natančno določitev točke zazemljevanja na mestu se lahko uporabljajo naslednje metode:

• Metoda z stalnim tokom: Preklopite vezje med jezrom in priklopno ramo. Na silikatne železne lamine na obeh straneh ogrnice priključite 6 V DC napetost. Nato uporabite DC voltmeter, da zaporedoma zmjerite napetost med sosednjimi laminami. Mesto, kjer je napetost enaka nič ali se obrne, označuje točko zazemljevanja napake.

• Metoda z menjalnim tokom: Na nizkonapetostno viti priključite 220–380 V AC napetost, s čimer ustvarite magnetni tok v jezru. Z vezjem med jezrom in priklopno ramo preklopljenim, uporabite milliampermetr za zaznavanje toka, ki kaže na večtočkovno zazemljevanje. Premaknite sondu milliampermetra po vsaki ravnini lamin v ogrnici; mesto, kjer tok pada na nič, je lokacija napake.

2. Nepričakovani pojavi zaradi večtočkovnega zazemljevanja

• V jezru se inducirajo vrtilne tokove, kar poveča izgube v jezru in povzroča lokalno preseganje temperature.

• Če ostane težava s hudo večtočkovnim zazemljevanjem nenarejena dolgo časa, bo neprekinjeno delovanje preseglo temperaturu olja in viti, kar postopoma starja oljno papirnato izolacijo. To lahko povzroči, da se mehurčna izolacija med laminami slabša in odvršča, kar vodi do še hujšega preseganja temperature v jezru in končno do zgorevanja jezra.

• Dolgotrajno večtočkovno zazemljevanje degradira izolacijsko olje v oljnih transformatorjih, kar prinese proizvodnjo varenih plinov, ki lahko sprožijo Buchholz (plinski) rele.

• Preseganje temperature v jezru lahko ogroža lesene bloke in priklopne komponente znotraj rezervoara transformatorja.

• Huda večtočkovna zazemljenost lahko spali vodnik zazemljevanja, kar vodi do izgube običajnega enotočkovnega zazemljevanja transformatorja - zelo nevarno stanje.

• Večtočkovno zazemljevanje lahko tudi povzroči pojav delnih razsevitev.

3. Razlog, zakaj mora biti jezro med normalnim delovanjem zazemljeno le v eni točki

Med normalnim delovanjem obstaja električno polje med napetimi viti in rezervoarjem transformatorja. Jezro in druge kovinske dele se nahajajo v tem polju. Zaradi neravnomernega porazdelitve kapacitance in različnih moči polja, če je jezro nezanesljivo zazemljen, se bodo pojavili pojavljanja nabiranja in raznabiranja, ki poškodujejo trdne in oljne izolacije. Zato mora biti jezro zazemljeno le v eni točki.

Jezro je sestavljeno iz lamin silikatnega železa. Da se zmanjšajo vrtilne tokove, je vsaka lamina izolirana od sosednjih z majhnim uporom (običajno le nekaj do deset tisoč ohmov). Vendar zaradi zelo visoke kapacitance med laminami delujejo laminacije kot vodilo pod menjalnim električnim poljem. Torej, zazemljenje jezra v eni točki dovolj, da celotni stog laminacij zazemlji na potencial zemlje.

Če ima jezro ali njegove kovinske komponente dve ali več točk zazemljevanja (večtočkovno zazemljevanje), se tvori zaprti krog med temi točkami. Ta krog prekriva del magnetnega toka, ki inducira elektromotorni tok in cirkulirajoče tokove, ki povzročajo lokalno preseganje temperature in lahko celo spalijo jezro.

Samo enotočkovno zazemljevanje jezra transformatorja predstavlja zanesljivo in normalno zazemljevanje - torej, jezro mora biti zazemljeno in to mora biti storjeno le v eni točki.

Temeljni okviri so predvsem povzročeni zaradi dveh faktorjev: (1) slabe gradbene prakse, ki vodijo do krajših zazemljitev, in (2) pripomočki ali zunanji dejavniki, ki povzročajo večtočkovno zazemljenost.