Як діагностувати та усунути дефекти заземлення серцевини трансформатора

Витяги та серцевина трансформатора є основними компонентами, відповідальними за передачу та перетворення електромагнітної енергії. Забезпечення надійної роботи цих компонентів є важливим питанням. Статистичні дані показують, що проблеми, пов'язані з серцевиною, становлять третю найбільшу причину виникнення аварій трансформаторів. Виробники приділяють все більше уваги дефектам серцевини та впроваджують технічні покращення щодо надійного заземлення серцевини, контролю заземлення серцевини та забезпечення одноточкового заземлення. Відділи експлуатації також приділяють значну увагу виявленню та ідентифікації дефектів серцевини. Незважаючи на це, дефекти серцевини трансформаторів все ще часто виникають, переважно через кількохточкове заземлення та погане заземлення серцевини. Ця стаття описує методи діагностики та усунення цих двох типів дефектів.

1. Ліквідація кількохточкових дефектів заземлення

1.1 Тимчасові міри, коли трансформатор не може бути вилучений з експлуатації

• Якщо є зовнішній провід заземлення та струм дефекту відносно великий, провід заземлення можна тимчасово відключити під час роботи. Однак, необхідний тщательний контроль, щоб запобігти появи плаваючого потенціалу серцевини після зникнення точки дефекту.

• Якщо кількохточковий дефект заземлення нестійкий, до робочого контуру заземлення можна вставити змінний резистор (реостат) для обмеження струму до менше ніж 1 А. Значення опору визначається діленням напруги, виміряної на відкритому нормальному проводі заземлення, на струм, який проходить через провід заземлення.

• Для контролю швидкості генерації газів у точці дефекту слід використовувати хроматографічний аналіз.

• Після точного локалізації точки дефекту за допомогою вимірювань, якщо неможливо відновити її безпосередньо, нормальний стрічковий провід заземлення серцевини можна перемістити на ту ж саму позицію, що й точка дефекту, для значного зменшення циркулюючих струмів.

1.2 Повні міри з ремонту

Після підтвердження кількохточкового дефекту заземлення за допомогою контролю, трансформатори, які можна відключити, повинні бути оперативно демонтовані та повністю відремонтовані для повного усунення дефекту. Відповідні методи ремонту повинні бути вибрані залежно від типу та причини кількохточкового заземлення. Однак, в деяких випадках, навіть після відключення та вилучення серцевини, точку дефекту не можна знайти. Для точного визначення точки заземлення на місці можуть бути використані наступні методи:

• DC-метод: Відключити перемичку заземлення між серцевиною та зажимним каркасом. Прикласти 6 В постійної напруги до силиконових сталевих пластин на обох сторонах ярма. Потім послідовно виміряти напругу між суміжними пластинами за допомогою DC-вольтметра. Місце, де напруга дорівнює нулю або змінює полярність, вказує на точку дефекту заземлення.

• AC-метод: Прикласти 220–380 В перемінної напруги до нижчого витягу, створивши магнітний потік у серцевині. З перемичкою заземлення між серцевиною та зажимним каркасом відключеною, використовуйте миліамперметр для виявлення струму, що свідчить про кількохточковий дефект заземлення. Пересуньте зонд миліамперметра вздовж кожного рівня пластин ярма; місце, де струм знижується до нуля, є місцем дефекту.

2. Аномальні явища, спричинені кількохточковим заземленням

• У серцевині викликаються завихрення, що збільшують втрати в серцевині та викликають локальне перегрівання.

• Якщо серйозне кількохточкове заземлення залишається невиправленим протягом довгого часу, продовжена робота призведе до перегріву масла та витягів, поступового старіння масло-паперової ізоляції. Це може призвести до вироблення та відшарування ізоляційного покриття між пластинами, що призведе до більш серйозного перегріву серцевини та, в кінцевому підсумку, до спалювання серцевини.

• Поступове кількохточкове заземлення погіршує ізоляційне масло в маслонаповнених трансформаторах, викликаючи виробництво горючих газів, що можуть спричинити активізацію реле Бухолца (газового реле).

• Перегрів серцевини може видубати дерев'яні блоки та зажимні компоненти всередині бака трансформатора.

• Серйозне кількохточкове заземлення може спалити провід заземлення, що призведе до втрати нормального одноточкового заземлення трансформатора — це надзвичайно небезпечна ситуація.

• Кількохточкове заземлення також може викликати явище часткового розряду.

3. Чому серцевина повинна бути заземлена лише в одній точці під час нормальної роботи

Під час нормальної роботи існує електричне поле між живленіми витягами та баком трансформатора. Серцевина та інші металеві деталі розташовані в цьому полі. Завдяки нерівномірному розподілу ємностей та різних силив полів, якщо серцевина не надійно заземлена, відбудуться процеси заряду-розряду, що пошкодять як тверду, так і масляну ізоляцію. Тому серцевина повинна бути заземлена лише в одній точці.

Серцевина складається з силиконових сталевих пластин. Для зменшення завихрення кожна плита ізольована від сусідніх з маленьким опором (зазвичай тільки кілька до кількох десятків ом). Однак, через дуже високу міжплитну ємність, плити діють як провідний шлях під дією чергових електричних полів. Тому заземлення серцевини в одній точці достатньо, щоб закріпити весь стопіць до потенціалу землі.

Якщо серцевина або її металеві деталі мають два або більше точок заземлення (кількохточкове заземлення), між цими точками утворюється замкнений контур. Цей контур зв'язує частину магнітного потоку, викликаючи електродвижущу силу та циркулюючі струми, що призводять до локального перегріву та можуть навіть спалювати серцевину.

Лише одноточкове заземлення серцевини трансформатора становить надійне та нормальні заземлення — тобто, серцевина повинна бути заземлена, і вона повинна бути заземлена лише в одній точці.

Основні вади зазвичай викликаються двома факторами: (1) погані практики будівництва, що призводять до коротких замикань, і (2) аксесуари або зовнішні фактори, що спричиняють багатоточкове заземлення.