Schaltvorgänge an Öltransformatoren sind routinemäßige, aber entscheidende Vorgänge im Stromnetz. Als renommierter Lieferant von Öltransformatoren habe ich aus erster Hand miterlebt, welche unterschiedlichen Auswirkungen diese Vorgänge auf die Transformatoren und das gesamte Stromnetz haben können. In diesem Blog befassen wir uns mit den vielfältigen Aspekten der Auswirkungen von Schaltvorgängen auf Öltransformatoren.
Elektrische Auswirkungen
Transiente Überspannungen
Eine der bedeutendsten elektrischen Auswirkungen von Schaltvorgängen an Öltransformatoren ist die Erzeugung transienter Überspannungen. Beim Ein- oder Ausschalten eines Transformators kommt es zu einer plötzlichen Änderung im Stromkreis. Dies kann zur Entstehung hochfrequenter transienter Überspannungen führen. Diese Überspannungen können um ein Vielfaches höher sein als die normale Betriebsspannung.
Beispielsweise kann beim Einschalten eines Öltransformators der Einschaltstrom zu einem schnellen Anstieg der Spannung an den Wicklungen führen. Die Größe des Einschaltstroms hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Restfluss im Kern, dem Zeitpunkt des Schaltens und der Systemimpedanz. Transiente Überspannungen hoher Stärke können das Isolationssystem des Transformators belasten. Die Isolierung von Öltransformatoren, die aus Papier und Öl besteht, ist auf eine bestimmte Spannungsbeanspruchung ausgelegt. Übermäßige transiente Überspannungen können zu Teilentladungen innerhalb der Isolierung führen, die im Laufe der Zeit die Isolationsleistung verschlechtern und schließlich zu einem Isolationsversagen führen können.
Einschaltströme
Einschaltströme sind eine weitere große elektrische Folge von Schaltvorgängen. Wenn ein Öltransformator mit Strom versorgt wird, kann ein großer Einschaltstrom durch die Wicklungen fließen. Dieser Einschaltstrom kann bis zum 10- bis 20-fachen des Nennstroms des Transformators betragen. Der hohe Einschaltstrom kann zu mechanischer Belastung der Transformatorwicklungen führen. Die durch den Einschaltstrom erzeugten elektromagnetischen Kräfte können zu einer Wicklungsverformung führen. Bei starker Wicklungsverformung kann dies die elektrische Leistung des Transformators beeinträchtigen und sogar zu Kurzschlüssen zwischen den Windungen führen.
Darüber hinaus können Einschaltströme auch Probleme im Stromnetz verursachen. Sie können Spannungseinbrüche im System verursachen, die sich auf andere elektrische Geräte auswirken können, die an dasselbe Netzwerk angeschlossen sind. Bei industriellen Anwendungen können Spannungseinbrüche den Betrieb empfindlicher Geräte wie speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) und Frequenzumrichtern (VFDs) stören.
Thermische Auswirkungen
Temperaturanstieg
Schaltvorgänge können auch thermische Auswirkungen auf Öltransformatoren haben. Während der Einschaltstromphase erzeugt der hohe Strom, der durch die Wicklungen fließt, zusätzliche Wärme. Die erzeugte Wärme ist proportional zum Quadrat des Stroms. Obwohl der Einschaltstrom ein vorübergehendes Phänomen ist, kann der kurzfristige hohe Stromfluss zu einem erheblichen Temperaturanstieg in den Wicklungen führen.
Das Öl im Transformator spielt eine entscheidende Rolle bei der Ableitung der in den Wicklungen entstehenden Wärme. Ist der Einschaltstrom jedoch zu groß oder kommt es zu häufigen Schaltvorgängen, kann das Öl die Wärme möglicherweise nicht effektiv ableiten. Dies kann zu einem lokalen Temperaturanstieg in den Wicklungen führen, der die Alterung der Isolierung beschleunigen kann. Die Alterung der Isolierung ist ein temperaturabhängiger Prozess und eine höhere Temperatur kann die Lebensdauer der Isolierung erheblich verkürzen.
Ölabbau
Auch die beim Schaltvorgang entstehende Wärme kann sich auf die Qualität des Transformatorenöls auswirken. Transformatorenöl wird nicht nur zur Isolierung, sondern auch zur Kühlung verwendet. Hohe Temperaturen können zur Oxidation und Zersetzung des Öls führen. Durch Oxidation des Öls kommt es zur Bildung von Schlamm und Säuren. Der Schlamm kann sich im Transformator ansammeln, die Ölströmungskanäle blockieren und die Kühleffizienz verringern. Die Säuren können die Metallteile im Inneren des Transformators angreifen, beispielsweise die Wicklungen und den Kern.
Mechanischer Aufprall
Vibration und Lärm
Bei Schaltvorgängen können in Öltransformatoren mechanische Schwingungen auftreten. Der Einschaltstrom und die damit verbundenen elektromagnetischen Kräfte können die Wicklungen und den Kern zum Schwingen bringen. Diese Vibrationen können Lärm erzeugen. Der Geräuschpegel eines Transformators während des Schaltvorgangs kann deutlich höher sein als sein normaler Betriebsgeräuschpegel.
Übermäßige Vibrationen können auch zu mechanischem Verschleiß der Transformatorkomponenten führen. Durch die Vibrationen können sich die mechanischen Verbindungen im Inneren des Transformators lösen, etwa die Spannbolzen der Wicklungen und des Kerns. Lose Verbindungen können zu einem erhöhten elektrischen Widerstand führen, was wiederum zu lokaler Erwärmung und einer weiteren Verschlechterung des Transformators führen kann.
Strukturelle Integrität
Die durch Schaltvorgänge verursachte mechanische Beanspruchung kann auch die strukturelle Integrität des Transformatorkessels beeinträchtigen. Die plötzliche Änderung der elektromagnetischen Kräfte beim Schalten kann Druckwellen im ölgefüllten Tank erzeugen. Diese Druckwellen können die Tankwände belasten. Wenn der Tank diesen Belastungen nicht standhält, kann es zu Rissen oder Undichtigkeiten kommen. Ein gerissener oder undichter Tank kann zu Öllecks führen, was nicht nur ein Sicherheitsrisiko, sondern auch ein Umweltrisiko darstellt.
Auswirkungen auf das Energiesystem
Systemstabilität
Schaltvorgänge an Öltransformatoren können Auswirkungen auf die Stabilität des Stromnetzes haben. Wie bereits erwähnt, können Einschaltströme zu Spannungseinbrüchen im System führen. Spannungseinbrüche können den Betrieb anderer Generatoren und Lasten im System beeinträchtigen. Wenn der Spannungsabfall stark ist und über einen längeren Zeitraum anhält, kann er zum Auslösen von Schutzrelais führen, was zu einer Kaskade von Ausfällen im Stromnetz führen kann.
Darüber hinaus können die bei Schaltvorgängen entstehenden transienten Überspannungen auch den Betrieb anderer Geräte im Stromnetz beeinträchtigen. Beispielsweise können Überspannungsableiter aufgrund der hohen transienten Überspannungen aktiviert werden. Wenn die Überspannungsableiter überbeansprucht werden, können sie ausfallen, was den Schutz des Stromnetzes weiter gefährden kann.
Schadensbegrenzungsmaßnahmen
Um die negativen Auswirkungen von Schaltvorgängen auf Öltransformatoren zu reduzieren, können verschiedene Abhilfemaßnahmen ergriffen werden. Eine der gebräuchlichsten Methoden besteht darin, beim Einschalten des Transformators Vorwiderstände zu verwenden. Voreinfügungswiderstände können den Einschaltstrom begrenzen, indem sie die an den Transformator angelegte Spannung schrittweise erhöhen. Dadurch wird die Belastung der Wicklungen und der Isolierung reduziert.
Eine weitere Maßnahme ist der Einsatz kontrollierter Schalttechnik. Beim kontrollierten Schalten wird der Transformator zu einem bestimmten Zeitpunkt der Spannungswellenform geschaltet, um den Einschaltstrom und die vorübergehenden Überspannungen zu minimieren. Diese Technologie erfordert hochentwickelte Steuerungssysteme, kann aber die Leistung des Transformators bei Schaltvorgängen erheblich verbessern.
Unsere Angebote
Als Lieferant von Öltransformatoren bieten wir eine breite Palette hochwertiger Transformatoren an, darunter10-kV-Öl-Verteilungstransformator,Ölgetauchter Leistungstransformator, Und35-kV-Öl-Verteilungstransformator. Unsere Transformatoren sind so konzipiert, dass sie den Auswirkungen von Schaltvorgängen standhalten. Wir verwenden fortschrittliche Isoliermaterialien und Herstellungstechniken, um die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit unserer Produkte sicherzustellen.
Wenn Sie auf dem Markt für Öltransformatoren tätig sind oder Fragen zu den Auswirkungen von Schaltvorgängen auf Transformatoren haben, empfehlen wir Ihnen, für ein ausführliches Gespräch Kontakt mit uns aufzunehmen. Unser Expertenteam ist bereit, Ihnen die besten Lösungen für Ihren Energiebedarf zu bieten.
Referenzen
- Gross, G. & Humpage, A. (2007). Analyse und Design von Energiesystemen. Engagieren Sie das Lernen.
- Arrillaga, J. & Watson, NR (2001). Qualität des Stromversorgungssystems. John Wiley & Söhne.
- Kundur, P. (1994). Stabilität und Kontrolle des Energiesystems. McGraw - Hill.