Τι συμβαίνει όταν αποτύχει ένας μετασχηματιστής ισχύος;

Όταν ένας μετασχηματιστής ισχύος παρουσιάσει βλάβη, η κατάσταση μπορεί να είναι πολύ σοβαρή, με συνέπειες που κυμαίνονται από ζημιά στον ίδιο τον εξοπλισμό έως την παράλυση ολόκληρου του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, ακόμη και ατυχήματα ασφαλείας όπως πυρκαγιά ή έκρηξη. Το τι ακριβώς συμβαίνει εξαρτάται από τον τύπο της βλάβης, τη σοβαρότητά της, τη σχεδίαση του μετασχηματιστή και το πόσο γρήγορα μπορούν να λειτουργήσουν οι προστατευτικές συσκευές.

Ακολουθούν ορισμένα πιθανά σενάρια:

Ασυνήθιστα φαινόμενα (παρατηρήσιμα σημάδια):

Υπερθέρμανση: Μια μεγάλη ποσότητα θερμότητας παράγεται τοπικά στο σημείο της βλάβης, προκαλώντας απότομη αύξηση της θερμοκρασίας του λαδιού ή της θερμοκρασίας περιέλιξης. Το θερμόμετρο ή η θερμική απεικόνιση θα σημάνει συναγερμό.

Ασυνήθιστος ήχος: Ακούγονται δυνατοί ήχοι "βουητού", "κροταλίσματος", "σπασίματος" ή ακόμη και "βρυχηθμού" στο εσωτερικό. Αυτό προκαλείται από ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις που προκαλούνται από εκκένωση τόξου, ρήξη μονωτικού υλικού, χαλαρό πυρήνα ή σοβαρή υπερφόρτιση.

Ασυνήθιστη αλλαγή στάθμης λαδιού: Το αέριο που παράγεται από εσωτερικές βλάβες ή μεγάλες ποσότητες αερίου που παράγονται από την αποσύνθεση του μονωτικού λαδιού σε υψηλή θερμοκρασία από τόξα μπορεί να προκαλέσει ασυνήθιστη αύξηση της στάθμης λαδιού (αυξημένη πίεση) ή μείωση (διαρροή).

Ψεκασμός λαδιού ή διαρροή λαδιού: Μια απότομη αύξηση της εσωτερικής πίεσης μπορεί να προκαλέσει στον βαλβίδα ανακούφισης πίεσης να ψεκάσει λάδι ή δεξαμενές λαδιού, σωλήνες, καλοριφέρ και άλλα μέρη μπορεί να σπάσουν και να διαρρεύσουν λάδι λόγω υπερθέρμανσης, πίεσης ή μηχανικής καταπόνησης.

Καπνός και φωτιά: Η υψηλή θερμοκρασία και τα τόξα μπορεί να αναφλέξουν μονωτικό λάδι ή στερεά μονωτικά υλικά, προκαλώντας στον μετασχηματιστή να καπνίσει ή ακόμη και να πιάσει φωτιά.

Παραγωγή αερίου: Το μονωτικό λάδι αποσυντίθεται υπό υψηλή θερμοκρασία και τόξο για την παραγωγή αερίων όπως υδρογόνο, μεθάνιο, αιθάνιο, αιθυλένιο, ακετυλένιο, μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του άνθρακα κ.λπ. (Η ανάλυση διαλυμένου αερίου/DGA είναι μια σημαντική μέθοδος διάγνωσης βλαβών). Μεγάλες ποσότητες συσσώρευσης αερίου μπορεί να προκαλέσουν ξαφνική αύξηση της πίεσης.

Παραμόρφωση ή ρήξη κελύφους: Σε ακραίες περιπτώσεις, η τεράστια εσωτερική πίεση ή η ενέργεια τόξου μπορεί να προκαλέσει διόγκωση, παραμόρφωση ή ακόμη και έκρηξη της δεξαμενής του μετασχηματιστή.

Εσωτερική ζημιά:

Βλάβη περιέλιξης:

Βραχυκύκλωμα στροφής προς στροφή: Η μόνωση μεταξύ γειτονικών στροφών στην ίδια περιέλιξη έχει υποστεί ζημιά, σχηματίζοντας έναν βρόχο βραχυκυκλώματος και προκαλώντας τοπική υπερθέρμανση.

Βραχυκύκλωμα μεταξύ στρώσεων: Η μόνωση μεταξύ των στρώσεων περιέλιξης έχει υποστεί ζημιά.

Βραχυκύκλωμα φάσης προς φάση: Η μόνωση μεταξύ διαφορετικών περιελίξεων φάσης έχει σπάσει.

Βραχυκύκλωμα περιέλιξης προς γείωση: Η μόνωση μεταξύ της περιέλιξης και του πυρήνα ή της δεξαμενής (γείωση) έχει σπάσει.

Ανοιχτό κύκλωμα περιέλιξης: Το σύρμα έχει σπάσει ή το σημείο σύνδεσης έχει αποκολληθεί.

Παραμόρφωση/μετατόπιση περιέλιξης: Η τεράστια ηλεκτρεγερτική δύναμη βραχυκυκλώματος προκαλεί τη μηχανική παραμόρφωση, χαλάρωση ή ακόμη και κατάρρευση της περιέλιξης.

Βλάβη πυρήνα:

Πολυσημειακή γείωση πυρήνα: Ο πυρήνας θα πρέπει να σχεδιαστεί ώστε να έχει μόνο ένα αξιόπιστο σημείο γείωσης. Εάν υπάρχει ένα επιπλέον σημείο γείωσης, θα σχηματιστεί ένα κυκλοφορούν ρεύμα, προκαλώντας τοπική υπερθέρμανση ή ακόμη και τήξη του πυρήνα.

Βραχυκύκλωμα μεταξύ τεμαχίων πυρήνα: Η ζημιά στη μονωτική βαφή οδηγεί σε βραχυκύκλωμα μεταξύ των τεμαχίων, με αποτέλεσμα αυξημένες απώλειες ρεύματος Eddy και υπερθέρμανση.

Βλάβη συστήματος μόνωσης:

Γήρανση, υγρασία και διάσπαση στερεής μόνωσης (χαρτόνι, στηρίγματα κ.λπ.).

Γήρανση, υγρασία, μόλυνση, ανθρακοποίηση και μειωμένη αντοχή σε διάσπαση του μονωτικού λαδιού.

Βλάβη διακόπτη διακλάδωσης: Κακή επαφή, διάβρωση επαφής, διάσπαση μόνωσης, μηχανική εμπλοκή ή βλάβη μηχανισμού κίνησης.

Βλάβη δακτυλίου: Αναλαμπή, βρώμικη εκκένωση, εσωτερική υγρασία ή ρωγμές που οδηγούν σε διάσπαση ή αστοχία στεγανοποίησης και διαρροή λαδιού.

Βλάβη συστήματος ψύξης: Απόφραξη καλοριφέρ, διακοπή ανεμιστήρα/αντλίας λαδιού, διαρροή αγωγού ψύξης, με αποτέλεσμα κακή απαγωγή θερμότητας, αύξηση θερμοκρασίας, επιταχυνόμενη γήρανση μόνωσης ή αστοχία.

Επιπτώσεις στο ηλεκτρικό σύστημα:

Δράση προστασίας ρελέ: Οι μετασχηματιστές είναι εξοπλισμένοι με πολλαπλές προστασίες (διαφορική προστασία, προστασία αερίου, προστασία υπερεντάσεως, προστασία απελευθέρωσης πίεσης, προστασία θερμοκρασίας κ.λπ.). Όταν συμβεί βλάβη, οι σχετικές προστατευτικές συσκευές θα ανιχνεύσουν γρήγορα την ανωμαλία (ανισορροπία ρεύματος, παραγωγή αερίου, αύξηση πίεσης, υπερβολική θερμοκρασία) και θα δράσουν:

Διακοπή: Αποσυνδέστε τον διακόπτη κυκλώματος που είναι συνδεδεμένος με τον μετασχηματιστή και απομονώστε τον ελαττωματικό μετασχηματιστή από το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτός είναι ο πιο κρίσιμος σύνδεσμος, με στόχο την αποτροπή της επέκτασης του ατυχήματος.

Συναγερμός: Στείλτε ηχητικά και φωτεινά σήματα ή πληροφορίες απομακρυσμένου συναγερμού.

Διακύμανση ή πτώση τάσης: Η ίδια η βλάβη ή η διακοπή της προστασίας θα προκαλέσει την πτώση ή τη διακύμανση της τάσης του διαύλου που είναι συνδεδεμένος με τον μετασχηματιστή στιγμιαία, επηρεάζοντας την ποιότητα της παροχής ρεύματος των κατάντη χρηστών.

Διακοπή παροχής ρεύματος: Εάν ο ελαττωματικός μετασχηματιστής είναι ένας βασικός κόμβος στην αλυσίδα παροχής ρεύματος, η διακοπή του θα προκαλέσει διακοπή ρεύματος μεγάλης κλίμακας στην περιοχή που παρέχει ρεύμα.

Ζητήματα σταθερότητας συστήματος: Η διακοπή μιας μεγάλης βλάβης κύριου μετασχηματιστή μπορεί να διαταράξει την ισορροπία ισχύος και τη σταθερότητα του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας και, σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί να προκαλέσει διακοπή ρεύματος μεγαλύτερης κλίμακας ή ακόμη και κατάρρευση του συστήματος (καταρρέουσα αστοχία).

Κλονισμός ρεύματος βραχυκυκλώματος: Μια βλάβη βραχυκυκλώματος μέσα στον μετασχηματιστή θα δημιουργήσει ένα τεράστιο ρεύμα βραχυκυκλώματος, το οποίο όχι μόνο θα προκαλέσει καταστροφική ζημιά στον ίδιο τον μετασχηματιστή, αλλά και θα προκαλέσει τεράστια ηλεκτρεγερτική δύναμη και θερμικό σοκ στις ράβδους, τους διακόπτες, τις γραμμές κ.λπ. που είναι συνδεδεμένα με αυτό.

Κίνδυνοι για την ασφάλεια:

Φωτιά και έκρηξη: Το ψεκασμένο εύφλεκτο μονωτικό λάδι υψηλής θερμοκρασίας είναι πολύ πιθανό να προκαλέσει πυρκαγιά όταν έρθει σε επαφή με τον αέρα ή το ηλεκτρικό τόξο. Σε ένα περιορισμένο χώρο, το μείγμα λαδιού-αερίου μπορεί να εκραγεί. Αυτή είναι η πιο επικίνδυνη κατάσταση.

Απελευθέρωση τοξικών ουσιών: Η καύση μονωτικού λαδιού και μονωτικών υλικών θα απελευθερώσει τοξικό καπνό και αέριο.

Πιτσίλισμα ζημιάς εξοπλισμού: Η έκρηξη ή η ρήξη της δεξαμενής λαδιού μπορεί να προκαλέσει πιτσίλισμα λαδιού υψηλής θερμοκρασίας, συντριμμιών και εξαρτημάτων, προκαλώντας βλάβη στο προσωπικό και στον κοντινό εξοπλισμό.

Περιβαλλοντική ρύπανση: Μεγάλες ποσότητες διαρροής μονωτικού λαδιού θα ρυπάνουν το έδαφος και τις πηγές νερού.