Hur man diagnostiserar och elimineras transformerkärnans jordfel

Omvindningarna och kärnan i en transformator är de primära komponenterna som ansvarar för överföring och omvandling av elektromagnetisk energi. Att säkerställa deras tillförlitliga drift är en viktig fråga. Statistiska data visar att kärnrelaterade problem utgör den tredje vanligaste orsaken till transformatorfel. Tillverkare har lagt allt större fokus på kärndefekter och genomfört tekniska förbättringar vad gäller tillförlitlig kärngjordning, övervakning av kärngjordning och säkerställande av enpunktskontakt. Driftavdelningar har också lagt stor vikt vid upptäckt och identifiering av kärnfel. Trots detta förekommer kärnfel fortfarande ofta i transformatorer, huvudsakligen på grund av flerpunktskontakter och dålig kärngjordning. Detta artikel introducerar diagnos- och hanteringsmetoder för dessa två typer av fel.

1. Eliminering av flerpunktskontaktfel

1.1 Tillfälliga åtgärder när transformatorn inte kan tas ur drift

• Om det finns en extern jordningsledning och felet ström är relativt stor, kan jordningsledningen temporärt kopplas bort under drift. Dock är noggrann övervakning nödvändig för att förhindra att kärnan utvecklar en flytande potential efter att felet försvunnit.

• Om flerpunktskontaktfelet är instabilt kan en variabel resistor (rheostat) infogas i arbetets jordningskrets för att begränsa strömmen till under 1 A. Motståndsvärdet fastställs genom att dela den spänning som mäts över den öppna normala jordningsledningen med strömmen som passerar genom jordningsledningen.

• Kromatografisk analys bör användas för att övervaka gasbildningshastigheten vid felets plats.

• Efter exakt lokalisering av felet genom mätningar, om det inte kan repareras direkt, kan den normala kärnjordningsremmen flyttas till samma position som felet för att betydligt minska cirkulerande strömmar.

1.2 Grundläggande underhållsåtgärder

När övervakning bekräftar ett flerpunktskontaktfel, bör transformatorer som kan stängas av omedelbart avkopplas från strömförsörjningen och fullständigt reparerades för att helt eliminera felet. Lämpliga underhållsmetoder bör väljas baserat på typ och orsak till flerpunktskontakten. I vissa fall kan dock felet inte hittas även efter avstängning och avtagning av kärnan. För att exakt lokalisera jordningspunkten på plats kan följande metoder användas:

• DC-metod: Koppla bort bandet mellan kärnan och klamringsramen. Anslut 6 V DC-spänning över siliciumstålplattorna på båda sidor av yoken. Använd sedan en DC-voltmeter för att successivt mäta spänningen mellan intilliggande plattor. Platsen där spänningen läser noll eller byter polaritet indikerar felets jordningspunkt.

• AC-metod: Anslut 220–380 V AC-spänning till lågspänningsvindningen, vilket skapar magnetflöde i kärnan. Med bandet mellan kärna och klamring kopplat bort, använd en milliammeter för att upptäcka strömförflyttning som indikerar flerpunktsjordningsfel. Flytta milliammetersprovet längs varje lager av yoken; punkten där strömmen sjunker till noll är felets plats.

2. Avvikande fenomen orsakade av flerpunktskontakt

• Virvelströmmar uppstår i kärnan, vilket ökar kärnförlusterna och orsakar lokal överhettning.

• Om allvarliga flerpunktskontakter inte behandlas under en längre tid, kommer kontinuerlig drift att överheta oljan och vindningarna, vilket gradvis åldrar olja-papperisoleringen. Detta kan leda till att isoleringsbeläggningsmaterialet mellan lager förvärras och lossnar, vilket leder till ännu allvarligare kärnöverhettning och slutligen kärnburnout.

• Långvarig flerpunktskontakt förvärrar isolerande olja i oljeinbäddade transformatorer, vilket producerar brandfarliga gaser som kan utlösa Buchholz (gas) relä.

• Kärnöverhettning kan kolifiera träblock och klamringselement inuti transformatortanken.

• Allvarliga flerpunktskontakter kan bränna igenom jordningsledaren, vilket leder till förlust av transformatorns normala enpunktskontakt – en extremt farlig situation.

• Flerpunktskontakter kan också orsaka partiella utsläppsfenomen.

3. Orsaken till att kärnan endast måste vara jordad vid en punkt under normal drift

Under normal drift finns det en elektrisk fält mellan de belagda vindningarna och transformatortanken. Kärnan och andra metallkomponenter ligger inom detta fält. På grund av ojämn kapacitetsfördelning och varierande fältdragningar, om kärnan inte pålitligt är jordad, kommer laddnings- och avladdningsfenomen att inträffa, vilket skadar både solid och oljeisolering. Därför måste kärnan vara jordad vid exakt en punkt.

Kärnan består av siliciumstålplattor. För att minska virvelströmmar är varje platta isolerad från grannplattor med ett litet motstånd (vanligtvis bara några till flera tiotal ohm). Men på grund av den mycket höga mellanlagkapaciteten fungerar plattorna som en ledande väg under alternerande elektriska fält. Så att jorda kärnan vid en punkt räcker för att hålla hela paketet vid jordpotential.

Om kärnan eller dess metallkomponenter har två eller flera jordningspunkter (flerpunktskontakt), bildas en sluten slinga mellan dessa punkter. Denna slinga länkar delar av magnetflödet, inducerar elektromotorisk kraft och cirkulerande strömmar, vilket orsakar lokal överhettning och kan till och med bränna ut kärnan.

Endast enpunktskontakt av transformatorkärnan utgör pålitlig och normal jordning – dvs. kärnan måste vara jordad, och den måste vara jordad vid exakt en punkt.

Kärnfel orsakas huvudsakligen av två faktorer: (1) dåliga konstruktionsmetoder som leder till kortslutning, och (2) tillbehör eller externa faktorer som orsakar flerpunktsjordning.