Leistungstransformatoren sind über Leistungsschalter mit Generatorensätzen, Stromsystemen, Verteilungsbussen und Benutzerverteilungsleitungen verbunden, wobei isolierte Hochspannungsdrähte, Sammelschienen oder Hochspannungskabel verwendet werden. Im tatsächlichen Betrieb treten verschiedene Kurzschlussfehler auf der Sekundärseite auf, die den Schleifenimpedanz erheblich reduzieren und große Kurzschlussströme in den Primär- und Sekundärwicklungen erzeugen. Die Höhe dieses Stroms hängt von Faktoren wie dem Standort des Kurzschlusses, der Phase zum Zeitpunkt des Kurzschlusses, der Kurzschlussimpedanz und dem Betriebsmodus des Systems ab und nimmt mit der Kurzschlusskapazität des Systems und der Kapazität des Transformators zu.
Aufgrund der inhärenten Reaktionszeit von Leistungsschaltern und verwandten automatischen Geräten kann der Kurzschlussfehlerpunkt nicht sofort entfernt werden. Transformatoren sind unvermeidlich den Einwirkungen des Kurzschlussstroms ausgesetzt, der in der Regel mehrere bis Dutzende Male höher ist als der Nennbetriebsstrom. Die elektrische Leistung und Wärme, die von einem so hohen Kurzschlussstrom erzeugt werden, gefährden die dynamische und thermische Stabilität des Leistungstransformators und können zu schwerwiegenden Schäden und Beeinträchtigungen des normalen Betriebs führen.
Schaden durch elektromotorische Kraft, die durch Steckdosenkurzschluss erzeugt wird
Während des Betriebs des Leistungstransformators erzeugt der Wicklungsstrom eine elektromotorische Kraft, die proportional zur Dichte des Leckagemagnetflusses und der Stromstärke sowie zum Quadrat des Stroms ist. Bei normalem Betrieb ist die elektromotorische Kraft auf dem Draht minimal. Ein plötzlicher Kurzschluss erzeugt jedoch einen Kurzschlussstrom, der Dutzende Male den normalen Strom beträgt, was zu Hunderten bis Tausenden von Malen der Nennspannung führt. Dies kann die Wicklung des Transformators destabilisieren und deformieren, die Isolierung beschädigen und zu Wicklungskurzschlüssen zwischen den Lagen führen, wodurch der Transformator beschädigt wird. Häufige zerstörerische Auswirkungen sind die Deformation der Wicklungs- und oberen Klemmen, das Biegen der Stahlträgerplatte der oberen Klemme, das Abreißen der Druckstift-Trägersplatte, das Biegen und Versetzen des Druckstifts, das Brechen des Endpapiers (Holz) sowie Schäden am Holzträger. Darüber hinaus können Wicklungsdeformationen, partielle Biegungen der inneren Wicklung, Lockerungen oder Brüche der äußeren Wicklung, axiale Windungsdeformationen, verringerter Ölgap der Spule und Versetzungen von Polstern auftreten, was zu Isolationsdurchbrüchen führen kann.
Transformatoren, die mehrfachen Kurzschlussschocks an der Steckdose ausgesetzt sind, akkumulieren Wicklungsdeformationen, die die mechanische und Isolationsfestigkeit verringern. Folgende Überstrom- oder Überspannungsschocks, selbst normale ferromagnetische Resonanzüberspannung, können zu internen Isolationsdurchbrüchen führen, die den Transformator beschädigen.
Schaden durch Überhitzung, die durch Steckdosenkurzschluss verursacht wird
Der Widerstandsverlust der Wicklungen eines Leistungstransformators ist proportional zum Quadrat des Stroms und der Zeit, die er fließt, ausgedrückt als W=I²Rt. Während eines Kurzschlusses beträgt der Kurzschlussstrom Dutzende Male den Nennwert, was den Widerstandsverlust hunderte Male erhöht und die Kern- und Leckverluste erheblich steigert. Diese Verluste wandeln sich in Wärme um, die die Wicklungstemperatur erhöht. Aufgrund der kurzen Dauer des Kurzschlusses, normalerweise nur wenige Sekunden (IEC76-5 spezifiziert t=2s), hat die erzeugte Wärme nicht genug Zeit, um nach außen zu diffundieren, sondern erhöht stattdessen die Wicklungstemperatur. Vorschriften erlauben eine maximale Wicklungstemperatur von Kupferdraht von 250℃, beginnend bei einer Entwurfstemperatur von 105℃. Zuverlässige und zeitgerechte Schutzvorrichtungen für Transformatoren und die Betriebsweise von Leistungsschaltern verhindern in der Regel das Überschreiten der thermischen Stabilitätsanforderungen. Wenn jedoch die Relais-Schutzgeräte versagen, kann ein längerer Fluss von Kurzschlussstrom die thermische Stabilität des Transformators schädigen und ihn verbrennen.
Wenn ein Leistungstransformator einen Kurzschluss an der Steckdose erleidet, verursachen die daraus resultierende Überhitzung und elektrische Kraft unterschiedliche Schäden. Technisches Personal muss basierend auf der Natur des Kurzschlussfehlers, der Größe des Kurzschlussstroms, der Entfernung vom Kurzschlusspunkt zur Steckdose, dem Relais-Schutz des Transformators und der Betrieb der automatischen Geräte sowie dem Brennbarkeitsgehalt an Gas aus der Ölchromatographie-Analyse analysieren und urteilen. Nach dem Auslösen erfordern Transformatoren eine Bewertung basierend auf elektrischen Testparametern wie Gleichstromwiderstand, Wicklungsdeformation und Leerlaufverlust, um schnell die Betriebsfähigkeit zu bestimmen und Reparaturpläne zu erstellen.
English
Polish
German