Transformatory mocy łączą się z zestawami generatorów, systemami zasilania, szynami rozdzielczymi i liniami dystrybucyjnymi użytkowników za pomocą wyłączników prądowych, wykorzystując izolowane przewody wysokiego napięcia, szyny lub kable wysokiego napięcia. W rzeczywistej operacji występują różne przeciążenia zwarciowe po stronie wtórnej, co znacznie redukuje impedancję pętli i generuje duże prądy zwarciowe w uzwojeniach pierwotnych i wtórnych. Wartość tego prądu zależy od czynników takich jak lokalizacja zwarcia, faza w momencie zwarcia, impedancja zwarciowa oraz tryb pracy systemu, i zwiększa się wraz z pojemnością zwarciową systemu i pojemnością transformatora.
Z powodu inherentnego czasu działania wyłączników prądowych i pokrewnych urządzeń automatycznych, punkt zwarcia nie może być usunięty natychmiast. Transformatory nieuchronnie stają w obliczu wpływów prądu zwarciowego, który zazwyczaj jest wielokrotnie większy od nominalnego prądu roboczego. Moc elektryczna i ciepło generowane przez taki duży prąd zwarciowy zagrażają dynamice i stabilności cieplnej transformatora mocy, co może prowadzić do poważnych uszkodzeń i wpływać na normalne działanie.
Szkoda spowodowana siłą elektromotoryczną generowaną przez krótkie spięcie w gniazdach
Podczas pracy transformatora mocy, prąd uzwojenia generuje siłę elektromotoryczną proporcjonalną do gęstości strumienia magnetycznego oraz wartości prądu, a zatem proporcjonalną do kwadratu prądu. W normalnej pracy siła elektromotoryczna na przewodzie jest minimalna. Jednak podczas nagłego krótkiego spięcia generuje prąd krótkiego spięcia dziesiątki razy większy od normalnego prądu, co prowadzi do setek do tysięcy razy większej siły elektromotorycznej niż znamionowa. Może to zdezorganizować i odkształcić uzwojenie transformatora, uszkodzić izolację oraz spowodować zwarcia międzyzwojowe lub międzywarstwowe, co uszkadza transformator. Typowe destrukcyjne efekty obejmują odkształcenie zacisku uzwojenia, wyginanie górnej blachy wsporczej zacisku, odłączenie płyty wsporczej igły, wyginanie i przesunięcie igły, pękanie pierścienia dociskowego papieru (drewna) oraz uszkodzenie wspornika drewnianego przewodu. Ponadto może wystąpić odkształcenie uzwojenia, częściowe wyginanie wewnętrznego uzwojenia, luzowanie lub pękanie zewnętrznego uzwojenia, odkształcenie uzwojenia osiowego, zmniejszenie szczeliny olejowej cewki oraz przesunięcie podkładki, co prowadzi do awarii izolacji.
Transformatory poddane wielokrotnym wstrząsom związanym z krótkim spięciem w gniazdach gromadzą odkształcenia uzwojenia, co zmniejsza wytrzymałość mechaniczną i izolacyjną. Kolejne wstrząsy związane z nadprądem lub nadnapięciem, nawet normalne wstrząsy związane z rezonansem ferromagnetycznym, mogą spowodować awarię izolacji wewnętrznej, uszkadzając transformator.
Szkoda spowodowana przegrzaniem spowodowanym przez krótkie spięcie w gniazdach
Straty oporu uzwojeń transformatora mocy są proporcjonalne do kwadratu prądu i czasu jego przepływu, wyrażone jako W=I²Rt. Podczas zwarcia prąd zwarciowy jest kilkadziesiąt razy większy od wartości nominalnej, co zwiększa straty oporu setki razy, znacząco zwiększając straty rdzenia i wycieku. Te straty przekształcają się w ciepło, podnosząc temperaturę uzwojeń. Ze względu na krótki czas trwania zwarcia, zazwyczaj tylko kilka sekund (IEC76-5 określa t=2s), generowane ciepło nie ma czasu na rozprzestrzenienie się na zewnątrz i zamiast tego podnosi temperaturę uzwojeń. Przepisy zezwalają na maksymalną temperaturę drutu miedzianego uzwojeń wynoszącą 250℃, zaczynając od temperatury projektowej wynoszącej 105℃. Niezawodne i terminowe działanie urządzeń ochronnych transformatora i wyłączników prądowych zwykle zapobiega przekroczeniu wymagań dotyczących stabilności cieplnej. Jednakże, jeśli urządzenia ochronne przekaźników zawiodą, przedłużony przepływ prądu zwarciowego może uszkodzić stabilność cieplną transformatora i spalić go.
Kiedy transformator mocy doświadcza krótkiego spięcia w gniazdach, wynikające z tego przegrzanie i siła elektryczna powodują różne stopnie uszkodzeń. Personel techniczny musi analizować i oceniać na podstawie charakteru usterki krótkiego spięcia, wartości prądu krótkiego spięcia, odległości od punktu krótkiego spięcia do gniazda, działania ochrony przekaźnikowej transformatora oraz automatycznych urządzeń, a także zawartości gazów palnych w analizie chromatografii olejowej. Po zadziałaniu, transformatory wymagają oceny na podstawie parametrów testów elektrycznych, takich jak rezystancja DC, odkształcenie uzwojenia oraz straty na biegu jałowym, aby szybko określić zdolność operacyjną i opracować plany naprawy.
English
Polish
German