Was soll ich tun, wenn der Transformatorkern ausfällt?

Die Betriebsabteilung hat die Erkennung und Lokalisierung von Kernfehlern deutlich verbessert. Dennoch treten Transformatorkernfehler weiterhin häufig auf, hauptsächlich aufgrund von Mehrfach- und mangelhafter Kernerdung. Die Verfahren zur Beurteilung und Behandlung dieser beiden Fehlerzustände werden im Folgenden vorgestellt.

eins

ICH.

Der Grund dafür, warum der Eisenkern im Normalbetrieb eine leichte Erdung benötigt.

Im Normalbetrieb des Transformators entsteht ein elektrisches Feld zwischen den stromführenden Wicklungen und dem Kessel. Der Eisenkern und andere metallische Bauteile befinden sich in diesem Feld. Aufgrund ungleichmäßiger Kapazitätsverteilung und unterschiedlicher Feldstärken kommt es bei fehlender Erdung der Metall- und Edelstahlschläuche des Eisenkerns zu Lade- und Entladevorgängen. Diese können die Isolationsfestigkeit der Feststoffisolierung und des Öls beeinträchtigen. Daher muss der Eisenkern über einen Erdungspunkt verfügen.

Der Eisenkern besteht aus Siliziumstahlblechen und Metall- bzw. Edelstahlrohren. Um Wirbelströme zu reduzieren, besteht zwischen den Blechen ein gewisser Isolationswiderstand (üblicherweise nur wenige bis einige zehn Ohm). Dieser Widerstand wird als Pfad betrachtet, sodass ein einziger Erdungspunkt im Eisenkern das Potenzial des gesamten Blechstapels auf Erdpotenzial bringen kann.

Wenn der Eisenkern oder seine Metallkomponenten an zwei oder mehr Punkten geerdet werden (Mehrpunkterdung), bildet sich zwischen den Erdungspunkten eine geschlossene Schleife. Der magnetische Fluss der Bindungskette induziert eine elektromotorische Kraft und bildet eine Schleife, was zu einer lokalen Überhitzung und sogar zum Durchbrennen des Eisenkerns führen kann.

Nur ein Punkt des Transformatorkerns ist geerdet, was einer normalen Erdung entspricht. Das heißt, der Metallmantel des Eisenkerns muss geerdet sein, und zwar an einem einzigen Punkt.

Der Ausfall des Eisenkerns wird hauptsächlich durch zwei Ursachen hervorgerufen: zum einen durch Kurzschlüsse aufgrund mangelhafter Bauprozesse und zum anderen durch Mehrfacherdung aufgrund von Metallschlauch-Edelstahlschlauchzubehör und externen Faktoren.

II.

Mehrpunkt-Erdungstyp mit Eisenkern

(1) Nach Abschluss der Installation des Transformators dürfen die auf dem oberen Deckel des Kraftstofftanks befindlichen Positionierungsstifte nicht umgedreht oder entfernt werden, um eine Mehrpunkt-Erdung des Metallschlauchs und des Edelstahlschlauchs zu gewährleisten.

(2) Da der Klemmschenkel des Eisenkerns zu nahe an der Kernsäule liegt und sich die Eisenkernlamelle aus irgendeinem Grund anhebt, berührt sie den Klemmschenkel und bildet so eine mehrpunktige Erdung des Metallschlauchs und des Edelstahlschlauchs.

(3) Die Buchse der Eisenjochschraube ist zu lang und kollidiert mit der Eisenjochblechierung, wodurch ein neuer Massepunkt entsteht.

(4) Die isolierende Pappe zwischen dem Fuß der Klemme unter dem Eisenkern und dem Eisenjoch fällt ab oder wird beschädigt, wodurch die Lamellen am Fuß und am Eisenjoch aneinanderstoßen und eine Erdung verursachen.

(5) Bei großen und mittelgroßen Transformatoren mit Tauchpumpen gelangt aufgrund des Verschleißes der Tauchpumpenlager Metallpulver in den Öltank und sammelt sich am Boden des Öltanks an. Unter Einwirkung elektromagnetischer Kräfte bildet es eine Brücke, die das untere Eisenjoch mit dem Fuß oder dem Boden des Gehäuses verbindet und so eine Metallbrücke bildet. Der Edelstahlschlauch ist an mehreren Punkten geerdet.

(6) Die Thermometersitzabdeckung auf dem Öltankdeckel des ölgekühlten Transformators ist zu lang und kollidiert mit der oberen Klemme oder dem Eisenjoch und der Kante der Seitensäule, wodurch ein neuer Erdungspunkt entsteht.

(7) Metallische Fremdkörper gelangen in den Öltank des ölgekühlten Transformators und verbinden die Eisenkernbleche mit dem Gehäuse, wodurch eine Erdung entsteht.

(8) Der Holzblock zwischen der unteren Klemme und der eisernen Jochleiter ist feucht oder seine Oberfläche ist nicht sauber, und es haftet viel Schlamm daran, sodass beim Absinken des Isolationswiderstandswertes auf Null eine Mehrpunkt-Erdung entsteht.

III.

Anomales Phänomen bei Mehrpunkterdung

(1) Es entstehen Wirbelströme im Eisenkern, die Eisenverluste erhöhen sich und der Metallschlauch des Eisenkerns überhitzt teilweise.

(2) Bei schwerwiegenden und über längere Zeit unbehandelten Mehrfacherdungen führt der Dauerbetrieb des Transformators zu einer Überhitzung des Öls und der Wicklungen, wodurch die Öl-Papier-Isolierung allmählich altert. Im Falle einer Überhitzung des großen Eisenkerns kann dieser durchbrennen.

(3) Eine mehrpunktige Erdung über einen längeren Zeitraum führt zur Zersetzung des im Ölbad befindlichen Transformatoröls und zur Bildung von brennbarem Gas, wodurch das Gasrelais auslöst.

(4) Aufgrund der Überhitzung des Eisenkerns verkohlen die Holzklötze und -klammern im Gehäuse.

(5) Eine schwerwiegende Mehrfacherdung führt dazu, dass der Erdungsdraht durchbrennt, wodurch der Transformator die normale Einpunkt-Erdung verliert, und die Folgen sind katastrophal.

(6) Auch eine Mehrfacherdung kann zu einer Entladung führen.

IV.

Erkennung von Mehrpunkt-Erdfehlern

Die Methode zur Erkennung von Mehrpunkt-Erdungsfehlern in Eisenkernen wird üblicherweise aus zwei Perspektiven betrachtet:

(1) Führen Sie eine gaschromatographische Analyse durch. Ist der Methan- und Olefinanteil im Gas hoch, während sich der Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidanteil im Vergleich zu den Vorwerten kaum verändert hat oder im Normbereich liegt, deutet dies auf eine Überhitzung des Eisenkerns hin. Diese Überhitzung kann durch Kurzschlüsse an mehreren Stellen verursacht werden.

Das Auftreten von Acetylengas in der chromatographischen Analyse deutete darauf hin, dass der Eisenkern eine intermittierende Mehrpunkt-Erdung aufwies.

(2) Prüfen Sie, ob Strom im Erdungsleiter fließt. Verwenden Sie dazu ein Stromzangenmessgerät. Messen Sie, ob Strom an der Erdungsleitung der Erdungsbuchse außerhalb des Transformatorkerns fließt. Bei normaler Erdung des Transformatorkerns bildet sich kein Stromkreis. Der Erdungsstrom ist sehr gering und liegt im Milliamperebereich (üblicherweise unter 0,3 A). Bei mehreren Erdungspunkten entsteht ein Kurzschluss um den Hauptmagnetfluss des Eisenkerns. Der dabei fließende Strom hängt vom Fehlerpunkt und dessen relativer Position zum normalen Erdungspunkt ab, d. h. von der Stärke des im Kurzschluss eingeschlossenen Magnetflusses. Dieser kann üblicherweise mehrere zehn Ampere erreichen. Durch die Messung des Stromflusses in der Erdungsleitung lässt sich ein mehrpunktiger Erdschluss im Eisenkern sehr genau feststellen.

V.

Fehlersuche bei mehrpunktigen Erdschlüssen

(1) Vorübergehendes Abschaltverfahren, wenn der Transformator nicht abgeschaltet werden kann:

① Es ist ein externer Erdungsleiter vorhanden. Bei hohem Fehlerstrom kann der Erdungsleiter für den Betrieb vorübergehend unterbrochen werden. Die Überwachung muss jedoch verstärkt werden, um zu verhindern, dass der Eisenkern nach dem Beheben des Fehlers ein schwebendes Potenzial aufweist.

② Bei einem instabilen Mehrpunkt-Erdungsfehler kann ein Schleifwiderstand in Reihe mit dem Arbeitserdungsleiter geschaltet werden, um den Strom auf unter 1 A zu begrenzen. Der Schleifwiderstand wird so gewählt, dass die Spannung, die bei geöffnetem Arbeitserdungsleiter gemessen wird, durch den Strom im Erdungsleiter geteilt wird.

③ Verwenden Sie chromatographische Analysen, um die Gasproduktionsrate an der Fehlerstelle zu überwachen.

④ Wenn der genaue Fehlerpunkt durch Messung ermittelt wurde und dieser nicht behoben werden kann, kann das normale Erdungsstück des Eisenkerns an die gleiche Stelle wie der Fehlerpunkt verschoben werden, um den Ausgleichsstrom erheblich zu reduzieren.

(2) Umfassende Überholungsmaßnahmen. Wird bei der Überwachung ein mehrpunktiger Erdschluss im Transformator festgestellt, ist der abschaltbare Transformator unverzüglich abzuschalten und der Erdschluss nach dessen Abschaltung vollständig zu beseitigen. Zur Beseitigung solcher Fehler sind je nach Art und Ursache des Erdschlusses entsprechende Wartungsmaßnahmen zu ergreifen. In manchen Fällen lässt sich die Fehlerstelle jedoch nach der Unterbrechung der Stromzufuhr nicht mehr lokalisieren. Um die Erdungsstelle genau zu bestimmen, können vor Ort die folgenden Methoden angewendet werden.

① Gleichstrommethode. Öffnen Sie das Verbindungsstück des Edelstahl-Schlauchs mit Eisenkern und die Klemme. Legen Sie 6 V Gleichspannung an die Siliziumstahlbleche auf beiden Seiten des Jochs an und messen Sie anschließend mit einem Gleichstromvoltmeter die Spannung zwischen allen Siliziumstahlblechen. Wenn die Spannung null beträgt oder die Anzeige des Messgeräts umgekehrt ist, kann dies als Fehlerpunkt bei Erdung betrachtet werden.

2. Kommunikationsmethode. Schließen Sie die Niederspannungswicklung des Transformators an eine Wechselspannung von 220–380 V an. Dabei entsteht ein magnetischer Fluss im Metall- und Edelstahlschlauch des Eisenkerns. Bei mehreren Erdschlüssen messen Sie den Strom (Eisenkern und Klemmen) mit einem Milliamperemeter (die Verbindungsstelle muss geöffnet sein). Messen Sie den Strom punktweise entlang des Eisenjochs auf allen Ebenen. Der Fehlerpunkt befindet sich, wenn der Strom im Milliamperemeter null beträgt.