Wat gebeurt er als een transformator uitvalt?

Wanneer een vermogenstransformator uitvalt, kan de situatie zeer ernstig zijn, met gevolgen variërend van schade aan de apparatuur zelf tot de verlamming van het hele elektriciteitsnet, en zelfs veiligheidsincidenten zoals brand of explosie. Wat er precies gebeurt, hangt af van het type fout, de ernst ervan, het ontwerp van de transformator en hoe snel de beveiligingsapparatuur kan werken.

Hier zijn enkele mogelijke scenario's:

Abnormale verschijnselen (waarneembare tekenen):

Oververhitting: Er wordt lokaal op het foutpunt een grote hoeveelheid warmte gegenereerd, waardoor de olietemperatuur of wikkelingstemperatuur sterk stijgt. De thermometer of warmtebeeldcamera zal alarm slaan.

Abnormaal geluid: Sterke "zoemende", "knetterende", "barstende" of zelfs "brullende" geluiden worden van binnen gehoord. Dit wordt veroorzaakt door sterke elektromagnetische trillingen veroorzaakt door vlamboogontlading, isolatiemateriaalbreuk, losse kern of ernstige overstroom.

Abnormale verandering van het oliepeil: Gas dat wordt gegenereerd door interne fouten of grote hoeveelheden gas die worden gegenereerd door de ontleding van isolatieolie bij hoge temperaturen door vlambogen, kan een abnormale toename (verhoogde druk) of afname (lekkage) van het oliepeil veroorzaken.

Oliespray of olielekkage: Een sterke toename van de interne druk kan ervoor zorgen dat de overdrukventiel olie spuit, of dat olietanks, leidingen, radiatoren en andere onderdelen kunnen scheuren en olie lekken als gevolg van oververhitting, druk of mechanische spanning.

Rook en vuur: Hoge temperaturen en vlambogen kunnen isolatieolie of vaste isolatiematerialen doen ontbranden, waardoor de transformator rookt of zelfs vlam vat.

Gasvorming: Isolatieolie ontleedt bij hoge temperaturen en vlambogen en produceert gassen zoals waterstof, methaan, ethaan, ethyleen, acetyleen, koolmonoxide, kooldioxide, enz. (Opgeloste gasanalyse/DGA is een belangrijke foutdiagnosemethode). Grote hoeveelheden gasophoping kunnen een plotselinge drukstijging veroorzaken.

Vormverandering of scheuren van de behuizing: In extreme gevallen kan een enorme interne druk of vlamboogenergie ervoor zorgen dat de transformatortank opzwelt, vervormt of zelfs barst.

Interne schade:

Wikkelingsfout:

Kortsluiting tussen windingen: De isolatie tussen aangrenzende windingen in dezelfde wikkeling is beschadigd, waardoor een kortsluitlus ontstaat en lokale oververhitting wordt veroorzaakt.

Kortsluiting tussen lagen: De isolatie tussen wikkelingslagen is beschadigd.

Kortsluiting tussen fasen: De isolatie tussen verschillende fase-wikkelingen is verbroken.

Kortsluiting van wikkeling naar aarde: De isolatie tussen de wikkeling en de kern of tank (aarde) is verbroken.

Open circuit van wikkeling: De draad is gebroken of het verbindingspunt is niet gesoldeerd.

Vormverandering/verplaatsing van wikkeling: De enorme kortsluit-elektromotorische kracht zorgt ervoor dat de wikkeling mechanisch vervormt, losraakt of zelfs instort.

Kernfout:

Meerpuntsaarding van de kern: De kern moet zo worden ontworpen dat deze slechts één betrouwbaar aardingspunt heeft. Als er een extra aardingspunt is, wordt er een circulerende stroom gevormd, waardoor lokale oververhitting of zelfs het smelten van de kern ontstaat.

Kortsluiting tussen kernplaten: Beschadiging van de isolerende verf leidt tot kortsluiting tussen platen, wat resulteert in een verhoogd wervelstroomverlies en oververhitting.

Fout in isolatiesysteem:

Veroudering, vocht en afbraak van vaste isolatie (karton, steunen, enz.).

Veroudering, vocht, verontreiniging, verkooling en verminderde doorslagsterkte van isolatieolie.

Kraanomschakelaarstoring: Slecht contact, contacterosie, isolatiedoorbraak, mechanische vastloper of uitval van het aandrijfmechanisme.

Bushing-fout: Doorslag, vuile ontlading, intern vocht of scheuren die tot doorslag leiden, of afdichtingsfout en olielekkage.

Storing van het koelsysteem: Radiatorblokkade, ventilator/oliepomp-stilstand, lekkage van de koelleiding, wat resulteert in slechte warmteafvoer, temperatuurstijging, versnelde isolatieveroudering of -fout.

Impact op elektrisch systeem:

Actie van relaisbeveiliging: Transformatoren zijn uitgerust met meerdere beveiligingen (differentiaalbeveiliging, gasbeveiliging, overstroombeveiliging, overdrukbeveiliging, temperatuurbeveiliging, enz.). Wanneer er een fout optreedt, detecteren de relevante beveiligingsapparaten snel de afwijking (stroomonbalans, gasvorming, drukstijging, overmatige temperatuur) en treden in werking:

Uitschakelen: Koppel de stroomonderbreker die op de transformator is aangesloten los en isoleer de defecte transformator van het elektriciteitsnet. Dit is de meest kritieke schakel, gericht op het voorkomen van uitbreiding van het ongeval.

Alarm: Verzend geluids- en lichtsignalen of externe alarminformatie.

Spanningsschommeling of -val: De fout zelf of het uitschakelen van de beveiliging zorgt ervoor dat de busspanning die op de transformator is aangesloten, onmiddellijk daalt of fluctueert, wat de kwaliteit van de stroomvoorziening van downstream-gebruikers beïnvloedt.

Stroomonderbreking: Als de defecte transformator een belangrijk knooppunt is in de stroomvoorzieningsketen, veroorzaakt het uitschakelen ervan een grootschalige stroomstoring in het gebied dat het van stroom voorziet.

Problemen met de systeemstabiliteit: Het uitschakelen van een grote hoofdomvormerfout kan de stroombalans en stabiliteit van het elektriciteitsnet verstoren, en in ernstige gevallen kan dit een grootschalige stroomstoring of zelfs systeeminstorting (cascaderende fout) veroorzaken.

Kortsluitstroomschok: Een kortsluitfout in de transformator genereert een enorme kortsluitstroom, die niet alleen verwoestende schade aan de transformator zelf veroorzaakt, maar ook een enorme elektromotorische kracht en thermische spanningsschok veroorzaakt aan de busbars, schakelapparatuur, leidingen, enz. die erop zijn aangesloten.

Veiligheidsrisico's:

Brand en explosie: De gespoten ontvlambare isolatieolie bij hoge temperaturen veroorzaakt zeer waarschijnlijk brand wanneer deze in contact komt met lucht of een vlamboog. In een afgesloten ruimte kan het olie-gas mengsel exploderen. Dit is de meest gevaarlijke situatie.

Vrijkomen van giftige stoffen: Het verbranden van isolatieolie en isolatiematerialen zal giftige rook en gas vrijgeven.

Schade door apparatuurspatten: Explosie of scheuren van de olietank kan ervoor zorgen dat olie, puin en onderdelen bij hoge temperaturen spatten, wat schade veroorzaakt aan personeel en apparatuur in de buurt.

Milieuverontreiniging: Grote hoeveelheden olielekkage zullen de bodem en waterbronnen vervuilen.