Warum wird der Transformatorkern als das Herzstück eines Leistungstransformators bezeichnet?

Als Kernapparat und zentrale Ausrüstung der Energiewirtschaft stellt der Eisenkern eines Leistungstransformators eine wichtige funktionale und strukturelle Komponente dar, um einen ungehinderten Magnetkreisfluss, Energieumwandlung und elektrische Sicherheit zu gewährleisten. Aus Sicht der Energieanlagen und der elektrischen Sicherheit sind Fehler in den Eisenkernen von Transformatoren nicht zu übersehen.

Beginnend mit einer Beschreibung des Betriebszustands von Transformator-Eisenkernen erläutert dieser Artikel das Prinzip der Einzelpunkterdung für Transformator-Eisenkerne, analysiert die Ursachen von Erdungsfehlern in Transformator-Eisenkernen und stellt Methoden zur Fehlerbehandlung und -erkennung bereit.

1 Beschreibung der Betriebsbedingungen des Leistungstransformatorkerns

Der Kern bildet das strukturelle Herzstück eines Leistungstransformators und sorgt für die wesentliche Unterstützung des Magnetflusses und der Energieumwandlung. Im Normalbetrieb erzeugt der Kern aufgrund hoher Spannung und großer Ströme ein extrem starkes magnetisches Wechselfeld, wodurch eine erhebliche Potenzialdifferenz zur Erde entsteht. Dieser Potentialunterschied kann zu Entladungserscheinungen zwischen dem Kern und dem Öltank führen. Schwere Entladungen können den Transformatorkern, die Wicklungen und das Gehäuse direkt beschädigen und möglicherweise zu Transformatorunfällen und Betriebsgefahren führen.

2 Prinzip der Einzelpunkterdung für Leistungstransformatorkerne

Bei der Einzelpunkterdung von Leistungstransformatorkernen werden die Bleche so gesichert, dass eine einheitliche Potenzialebene entsteht. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Abschnitt des Kerns über Spanndrähte oder Bolzen mit einer an der Tankinnenwand befestigten Kernspannplatte verbunden wird. Dies stellt eine mögliche Gleichmäßigkeit sowohl innerhalb des Kerns als auch zwischen Kern und Tank sicher. Sollte der Kern Unebenheiten, Verformungen oder Biegungen aufweisen, erleichtert er problemlos die elektrische Erdung durch die Lamellen. In einem elektromagnetischen Wechselfeld werden dadurch Wechselströme im Kern induziert, die möglicherweise lokale Stromkreise bilden. Infolgedessen kommt es im Kern zu einer örtlich begrenzten, vorübergehenden Wärmefreisetzung, die zu überhöhten Innentemperaturen, einer erheblichen Freisetzung schädlicher Gase, der Aktivierung von Gasschutzsystemen und der Abschaltung des Transformators führt. Diese Probleme beeinträchtigen die Funktionalität des Transformators in Stromsystemen und Netzwerken.

3 Hauptursachen für Erdungsfehler im Leistungstransformatorkern

(1) Vorhandensein von Fremdkörpern im Leistungstransformator

 Chronologisch gesehen manifestiert sich die Existenz von Fremdkörpern in mehreren Phasen:

Erstens können während der Herstellung durch unzureichende Präzision bei der Kernherstellung und unzureichende Reinigung der Innenbereiche und Kernkomponenten Rückstände zurückbleiben, die die Wirksamkeit der Kernerdung beeinträchtigen.

Zweitens können mechanische äußere Kräfte während der Installation zu Kernverformungen und Gehäuseverformungen führen, wodurch sich Materialien lösen und mehrere Erdungspunkte entstehen. Dies führt zu Kurzschlüssen, geschlossenen Kreisläufen und Überhitzung.

Drittens können beim Einfüllen von Öl aufgrund minderwertiger Ölqualität metallische Verunreinigungen entstehen, die in der Nähe des Kerns haften, die Erdungspunktkontrolle stören und mehrere Erdungspunkte bilden.

Viertens erzeugen Verschleiß, Korrosion und Vibrationen im Transformator während der Wartung und des Betriebs körnige metallische Ablagerungen und pulverförmige Verunreinigungen. Diese Partikel dringen in den Kern ein, stören dessen normale Funktion und führen zu Betriebsstörungen und latenten Gefahren.

(2) Unzureichender Abstand im Leistungstransformatorkern

Ein zu großer Abstand zwischen Kernklemmen und Mittelstiften kann zu einem unzureichenden Erdungsabstand oder einer mangelhaften Fixierung während der Kernerdung führen. Betriebsbedingte Verschiebungen können dann Entladungserscheinungen auslösen. Das Lösen der Kernabstandshalter kann zu einem Kontakt zwischen Kern und Gehäuse führen, was zu Kurzschlüssen führen kann.

(3) Wassereinbruch im Leistungstransformator

Wenn bei der Installation oder Wartung bei nassem Wetter keine Abdichtungs- oder Isolationsmaßnahmen durchgeführt werden, kann die Kernisolierung beschädigt werden. Feuchtigkeitsgesättigte Papierlaminierungen verursachen bei Hochspannung leicht Kurzschlüsse zwischen Kern und Erde sowie Entladungsfehler.

4 grundlegende Ursachen für die Überhitzung des Leistungstransformatorkerns

(1) Minderwertige Herstellungsstandards. Je moderner und automatisierter der Leistungstransformator ist, desto größer ist der Bedarf an fortschrittlichen Fertigungstechniken. Bestimmten Transformatorproduktionseinheiten fehlen die erforderlichen Qualifikationen für neue Strukturen, Materialien und Spezifikationen, was zu praktischen Problemen wie unzureichender Präzision, unvollständiger Reinigung und nicht konformen Techniken führt. Dies führt zu einer Überhitzung des Kerns und beeinträchtigt die Gesamtstabilität.

(2) Minderwertige Installationstechniken. Wenn bei der Installation das Einpunkt-Erdungsprinzip für den Kern nicht eingehalten wird, führt dies dazu, dass die Schrauben nicht ausreichend festgezogen werden, die Länge des Erdungskabels nicht ausreicht oder der Erdungsstandort falsch ist. Dies führt dazu, dass der Kern das Gehäuse berührt, was letztendlich zu einem Erdschluss des Kerns und einer Überhitzung während des Betriebs führt.

5. Methoden zur Behebung von Erdschlüssen im Leistungstransformatorkern

Die primären Methoden zur Behebung von Kernerdungsfehlern in Leistungstransformatoren umfassen: Behandlung von intermittierenden Mehrpunkt-Erdungsfehlern, Verwaltung von Mehrpunkt-Erdungsfehlern mit messbaren Isolationswiderstandswerten und Behebung von Mehrpunkt-Erdungsfehlern ohne Isolationswiderstandswerte (auch als tote Erdung bezeichnet). In diesem Abschnitt wird hauptsächlich der Ansatz für intermittierende Mehrpunkt-Erdungsfehler erläutert.

6 Erkennung von Erdschlüssen im Leistungstransformatorkern

(1) Standardisieren Sie Inspektionsverfahren. Stellen Sie bei der Installation sicher, dass die Positionierungsstifte entweder umgekehrt oder entfernt werden. Stellen Sie sorgfältig sicher, dass alle Komponenten die richtige Größe haben, die richtige Länge haben und bei Bedarf nur über eine Verbindungsplatte verfügen. Vergewissern Sie sich außerdem, dass alle Schrauben und Muttern sicher befestigt sind, und prüfen Sie, ob der Herstellungsprozess von Siliziumstahllaminierungen den optimalen Standards entspricht. Vermeiden Sie grundsätzlich die Möglichkeit mehrerer Erdungspunkte.

(2) Gründliche Reinigungsverfahren. Führen Sie nach der Herstellung, Installation oder größeren Änderungen an Leistungstransformatoren eine umfassende Reinigung der internen Komponenten durch. Stellen Sie sicher, dass keine überschüssigen Metalldrähte oder auch nur winzige Metallpartikel im Transformator verbleiben, die dazu führen könnten, dass die Siliziumstahlbleche mehrere Erdungspunkte haben.

(3) Halten Sie den Tank sauber. Führen Sie während des Transformatorbetriebs Routineinspektionen von Kühlern und Ölpumpen durch, um eine lokale Überhitzung des Kerns und einen vorzeitigen Ausfall zu verhindern. Dadurch wird verhindert, dass durch Reibung entstehende Metallpartikel über das Öl in den Tank gelangen. Die Ansammlung übermäßiger Partikel im Laufe der Zeit führt unweigerlich zu mehreren Erdungspunkten.

(4) Verbesserung der Betriebsüberwachung. Dies ermöglicht sofortige Abhilfemaßnahmen bei der Erkennung von Kernerdungsfehlern in Leistungstransformatoren oder die Einleitung von Untersuchungen, wenn verdächtige Faktoren auftreten. Diese Wachsamkeit stellt sicher, dass Kernerdungsfehler verhindert werden, bevor sie auftreten.