Dlaczego rdzeń transformatora jest okrzyknięty głównym sercem transformatora mocy?

Jako podstawowe urządzenie i wyposażenie centralne w energetyce, żelazny rdzeń transformatora mocy stanowi istotny element funkcjonalny i strukturalny zapewniający niezakłócony przepływ obwodu magnetycznego, konwersję energii i bezpieczeństwo elektryczne. Z punktu widzenia urządzeń elektroenergetycznych i bezpieczeństwa elektrycznego nie można pominąć usterek w żelaznych rdzeniach transformatorów.

Rozpoczynając od opisu stanu eksploatacyjnego żelaznych rdzeni transformatorów, w artykule wyjaśniono zasadę jednopunktowego uziemienia żelaznych rdzeni transformatorów, przeanalizowano przyczyny zwarć doziemnych w żelaznych rdzeniach transformatorów oraz przedstawiono metody postępowania i wykrywania uszkodzeń.

1 Opis warunków pracy rdzenia transformatora mocy

Rdzeń stanowi strukturalne serce transformatora mocy, zapewniając niezbędne wsparcie dla strumienia magnetycznego i konwersji energii. Podczas normalnej pracy rdzeń generuje niezwykle silne zmienne pole magnetyczne na skutek wysokiego napięcia i dużych prądów, co powoduje znaczną różnicę potencjałów w stosunku do ziemi. Ta różnica potencjałów może powodować zjawiska wyładowań pomiędzy rdzeniem a zbiornikiem oleju. Poważne wyładowania mogą bezpośrednio uszkodzić rdzeń, uzwojenia i obudowę transformatora, potencjalnie prowadząc do wypadków transformatora i zagrożeń operacyjnych.

2 Zasada jednopunktowego uziemienia rdzeni transformatorów mocy

Uziemienie jednopunktowe rdzeni transformatorów mocy polega na zabezpieczeniu warstw w celu utworzenia jednolitej płaszczyzny potencjału. Osiąga się to poprzez połączenie odcinka rdzenia z płytą dociskową rdzenia, przymocowaną do wewnętrznej ściany zbiornika za pomocą drutów zaciskowych lub śrub. Zapewnia to potencjalną jednorodność zarówno w rdzeniu, jak i pomiędzy rdzeniem a zbiornikiem. Jeżeli rdzeń wykazuje nierówności, wypaczenia lub zgięcia, łatwo ułatwia to uziemienie elektryczne poprzez laminowanie. W zmiennym polu elektromagnetycznym indukuje to prądy przemienne w rdzeniu, potencjalnie tworząc zlokalizowane obwody. W rezultacie w rdzeniu następuje miejscowe, przejściowe wydzielanie ciepła, co prowadzi do nadmiernych temperatur wewnętrznych, znacznego uwolnienia szkodliwych gazów, aktywacji systemów ochrony gazowej i wyłączenia transformatora. Problemy te pogarszają funkcjonalność transformatora w systemach i sieciach elektroenergetycznych.

3 główne przyczyny usterek uziemienia rdzenia transformatora mocy

(1) Obecność ciał obcych w transformatorze mocy

 Chronologicznie istnienie ciał obcych objawia się w kilku etapach:

Po pierwsze, podczas produkcji, niewystarczająca precyzja wykonania rdzenia i niewystarczające czyszczenie obszarów wewnętrznych i komponentów rdzenia mogą pozostawić resztki zanieczyszczeń, pogarszając skuteczność uziemienia rdzenia.

Po drugie, podczas montażu mechaniczne siły zewnętrzne mogą spowodować deformację rdzenia i zniekształcenie obudowy, przemieszczenie materiałów i utworzenie wielu punktów uziemiających. Prowadzi to do zwarć, zamkniętych pętli i przegrzania.

Po trzecie, podczas napełniania olejem niska jakość oleju może spowodować wprowadzenie zanieczyszczeń metalicznych, które przylegają w pobliżu rdzenia, zakłócając kontrolę punktu uziemienia i tworząc wiele punktów uziemiających.

Po czwarte, podczas konserwacji i eksploatacji zużycie, korozja i wibracje wewnątrz transformatora powodują powstawanie ziarnistych metalicznych odłamków i sproszkowanych zanieczyszczeń. Cząsteczki te przedostają się do rdzenia, zakłócając jego normalne funkcjonowanie, powodując błędy operacyjne i ukryte zagrożenia.

(2) Niewystarczający luz w rdzeniu transformatora mocy

Nadmierna bliskość zacisków rdzenia i kołków centralnych może skutkować niewystarczającym luzem uziemiającym lub słabym zamocowaniem podczas uziemiania rdzenia. Przemieszczenie operacyjne może następnie wywołać zjawisko wyładowania. Poluzowanie elementów dystansowych rdzenia może spowodować kontakt rdzenia z obudową, powodując zwarcia.

(3) Przedostanie się wody do transformatora mocy

Podczas montażu lub konserwacji w deszczową pogodę niezastosowanie środków hydroizolacyjnych lub izolacyjnych może spowodować uszkodzenie izolacji rdzenia. Nasycone wilgocią laminaty papierowe poddawane działaniu wysokiego napięcia łatwo powodują zwarcia między rdzeniem a uziemieniem i zakłócenia wyładowań.

4 podstawowe przyczyny przegrzania rdzenia transformatora mocy

(1) Niskie standardy produkcyjne. Im nowocześniejszy i zautomatyzowany transformator mocy, tym większe zapotrzebowanie na zaawansowane techniki produkcyjne. Niektórym jednostkom produkcyjnym transformatorów brakuje niezbędnych kwalifikacji w zakresie nowych konstrukcji, materiałów i specyfikacji, co skutkuje problemami praktycznymi, takimi jak niewystarczająca precyzja, niekompletne czyszczenie i niezgodne techniki. Prowadzi to do przegrzania rdzenia, pogarszając ogólną stabilność.

(2) Techniki instalacji poniżej standardów. Niezastosowanie się do zasady jednopunktowego uziemienia rdzenia podczas instalacji prowadzi do niedostatecznego dokręcenia śrub, niewystarczającej długości przewodu uziemiającego lub nieprawidłowego umiejscowienia uziemienia. Powoduje to kontakt rdzenia z obudową, co ostatecznie skutkuje zwarciem uziemienia rdzenia i przegrzaniem podczas pracy.

5. Metody rozwiązywania problemów z uziemieniem rdzenia transformatora mocy

Podstawowe metody rozwiązywania problemów z uziemieniem rdzenia w transformatorach mocy obejmują: radzenie sobie z przerywanymi wielopunktowymi zwarciami doziemnymi, zarządzanie wielopunktowymi zwarciami doziemnymi za pomocą mierzalnych wartości rezystancji izolacji oraz rozwiązywanie wielopunktowych uszkodzeń uziemienia bez wartości rezystancji izolacji (zwanych również uziemieniem martwym). Ta sekcja przede wszystkim ilustruje podejście do sporadycznych wielopunktowych zwarć doziemnych.

6 Wykrywanie zwarć doziemnych rdzenia transformatora mocy

(1) Standaryzacja procedur inspekcji. Podczas instalacji upewnij się, że kołki pozycjonujące są odwrócone lub usunięte. Dokładnie sprawdź, czy wszystkie komponenty mają prawidłowe wymiary, odpowiednią długość i, jeśli jest to wymagane, wyposażone są tylko w jedną płytkę łączącą. Dodatkowo sprawdź, czy wszystkie śruby i nakrętki są bezpiecznie dokręcone oraz sprawdź, czy proces produkcji laminatów ze stali krzemowej spełnia optymalne standardy. Zasadniczo wyeliminuj możliwość występowania wielu punktów uziemiających.

(2) Dokładne procedury czyszczenia. Po wyprodukowaniu, montażu lub większych modyfikacjach transformatorów mocy należy przeprowadzić kompleksowe czyszczenie elementów wewnętrznych. Upewnij się, że w transformatorze nie pozostały żadne nadmiary metalowych przewodów ani nawet drobne cząstki metalu, które mogłyby predysponować laminaty stali krzemowej do wielu punktów uziemienia.

(3) Utrzymuj czystość zbiornika. Przeprowadzaj rutynowe kontrole chłodnic i pomp olejowych podczas pracy transformatora, aby zapobiec miejscowemu przegrzaniu rdzenia i przedwczesnej awarii. Zapobiega to przedostawaniu się cząstek metalu powstających w wyniku tarcia do zbiornika poprzez olej. Nagromadzenie nadmiernych cząstek w czasie nieuchronnie prowadzi do powstania wielu punktów uziemienia.

(4) Wzmocnić monitorowanie operacyjne. Umożliwia to szybkie podjęcie działań naprawczych po wykryciu uszkodzeń uziemienia rdzenia w transformatorach mocy lub wszczęcie dochodzenia w przypadku pojawienia się podejrzanych czynników. Taka czujność gwarantuje zapobieganie zwarciom uziemienia rdzenia, zanim one wystąpią.