Perché il nucleo del trasformatore è considerato il cuore principale di un trasformatore di potenza?

In quanto apparato centrale e apparecchiatura centrale nel settore energetico, il nucleo di ferro di un trasformatore di potenza costituisce un componente funzionale e strutturale vitale per garantire il flusso senza ostacoli del circuito magnetico, la conversione dell'energia e la sicurezza elettrica. Dal punto di vista delle apparecchiature elettriche e della sicurezza elettrica, i guasti nei nuclei di ferro dei trasformatori non possono essere trascurati.

Iniziando con una descrizione dello stato operativo dei nuclei di ferro dei trasformatori, questo documento chiarisce il principio della messa a terra a punto singolo per i nuclei di ferro dei trasformatori, analizza le cause dei guasti di messa a terra nei nuclei di ferro dei trasformatori e fornisce metodi per la gestione e il rilevamento dei guasti.

1 Descrizione delle condizioni operative del nucleo del trasformatore di potenza

Il nucleo costituisce il cuore strutturale di un trasformatore di potenza, fornendo il supporto essenziale per il flusso magnetico e la conversione dell'energia. Durante il normale funzionamento, il nucleo genera un campo magnetico alternato estremamente forte a causa dell'alta tensione e delle grandi correnti, determinando una significativa differenza di potenziale rispetto alla terra. Questa differenza di potenziale può provocare fenomeni di scarica tra il nucleo ed il serbatoio dell'olio. Scariche violente possono danneggiare direttamente il nucleo, gli avvolgimenti e l'involucro del trasformatore, causando potenzialmente incidenti e rischi operativi.

2 Principio della messa a terra a punto singolo per i nuclei dei trasformatori di potenza

La messa a terra a punto singolo per i nuclei dei trasformatori di potenza comporta il fissaggio dei lamierini per formare un piano potenziale unificato. Ciò si ottiene collegando una sezione del nucleo ad una piastra di bloccaggio del nucleo fissata alla parete interna del serbatoio tramite fili o bulloni di bloccaggio. Ciò garantisce l'uniformità potenziale sia all'interno del nucleo che tra nucleo e serbatoio. Se il nucleo dovesse presentare irregolarità, deformazioni o piegature, facilita facilmente la messa a terra elettrica attraverso le laminazioni. All'interno di un campo elettromagnetico alternato, questo induce correnti alternate all'interno del nucleo, formando potenzialmente circuiti localizzati. Di conseguenza, all'interno del nucleo si verifica un rilascio di calore transitorio e localizzato, che porta a temperature interne eccessive, rilascio significativo di gas nocivi, attivazione di sistemi di protezione del gas e spegnimento del trasformatore. Questi problemi compromettono la funzionalità del trasformatore all'interno dei sistemi e delle reti di alimentazione.

3 Cause principali dei guasti alla messa a terra del nucleo del trasformatore di potenza

(1) Presenza di corpi estranei all'interno del trasformatore di potenza

 Cronologicamente, l'esistenza di oggetti estranei si manifesta in più fasi:

In primo luogo, durante la produzione, una precisione inadeguata nella fabbricazione del nucleo e una pulizia insufficiente delle aree interne e dei componenti del nucleo possono lasciare detriti residui, compromettendo l’efficacia della messa a terra del nucleo.

In secondo luogo, durante l'installazione, le forze meccaniche esterne possono causare la deformazione del nucleo e la distorsione dell'involucro, spostando i materiali e creando più punti di messa a terra. Ciò porta a cortocircuiti, circuiti chiusi e surriscaldamento.

In terzo luogo, durante il riempimento dell'olio, una qualità dell'olio inferiore agli standard può introdurre contaminanti metallici che aderiscono vicino al nucleo, interrompendo il controllo del punto di messa a terra e formando più punti di messa a terra.

In quarto luogo, durante la manutenzione e il funzionamento, l'usura, la corrosione e le vibrazioni all'interno del trasformatore generano detriti metallici granulari e contaminanti in polvere. Queste particelle si infiltrano nel nucleo, interrompendone il normale funzionamento e creando guasti operativi e pericoli latenti.

(2) Spazio insufficiente nel nucleo del trasformatore di potenza

Una vicinanza eccessiva tra i morsetti del nucleo e i perni centrali può comportare una distanza di terra inadeguata o un fissaggio inadeguato durante la messa a terra del nucleo. Lo spostamento operativo può poi innescare fenomeni di scarica. L'allentamento dei distanziatori del nucleo può causare un contatto tra nucleo e custodia, inducendo cortocircuiti.

(3) Ingresso di acqua nel trasformatore di alimentazione

Durante l'installazione o la manutenzione in condizioni di pioggia, la mancata implementazione di misure di impermeabilizzazione o isolamento può danneggiare l'isolamento del nucleo. Le laminazioni di carta sature di umidità, se sottoposte ad alta tensione, causano facilmente cortocircuiti tra nucleo e terra e guasti di scarica.

4 cause fondamentali del surriscaldamento del nucleo del trasformatore di potenza

(1) Standard di produzione inferiori agli standard. Più il trasformatore di potenza è moderno e automatizzato, maggiore è la richiesta di tecniche di produzione avanzate. Alcune unità di produzione di trasformatori non dispongono delle qualifiche necessarie per nuove strutture, materiali e specifiche, con conseguenti problemi pratici come precisione insufficiente, pulizia incompleta e tecniche non conformi. Ciò porta al surriscaldamento del nucleo, compromettendo la stabilità generale.

(2) Tecniche di installazione scadenti. Durante l'installazione, la mancata osservanza del principio di messa a terra a punto singolo per il nucleo porta a un serraggio inadeguato delle viti, a una lunghezza insufficiente del filo di terra o a una posizione di messa a terra errata. Ciò fa sì che il nucleo entri in contatto con l'involucro, provocando infine un guasto a terra del nucleo e innescando il surriscaldamento durante il funzionamento.

5. Metodi per affrontare i guasti a terra del nucleo del trasformatore di potenza

I metodi principali per risolvere i guasti di messa a terra del nucleo nei trasformatori di potenza comprendono: la gestione dei guasti di messa a terra multipunto intermittenti, la gestione dei guasti di messa a terra multipunto con valori di resistenza di isolamento misurabili e la risoluzione dei guasti di messa a terra multipunto senza valori di resistenza di isolamento (definiti anche messa a terra senza messa a terra). Questa sezione illustra principalmente l'approccio per i guasti di messa a terra multipunto intermittenti.

6 Rilevamento dei guasti a terra del nucleo del trasformatore di potenza

(1) Standardizzare le procedure di ispezione. Durante l'installazione, assicurarsi che i perni di posizionamento siano invertiti o rimossi. Verificare scrupolosamente che tutti i componenti siano correttamente dimensionati, opportunamente allungati e dotati di una sola piastra di collegamento ove previsto. Inoltre, verificare che tutte le viti e i dadi siano fissati saldamente e verificare se il processo di produzione dei laminati in acciaio al silicio soddisfa gli standard ottimali. Elimina sostanzialmente la possibilità di più punti di messa a terra.

(2) Procedure di pulizia approfondite. Dopo la produzione, l'installazione o modifiche importanti ai trasformatori di potenza, effettuare una pulizia completa dei componenti interni. Assicurarsi che all'interno del trasformatore non rimangano fili metallici in eccesso o anche minuscole particelle metalliche, che potrebbero predisporre le laminazioni di acciaio al silicio a più punti di messa a terra.

(3) Mantenere la pulizia del serbatoio. Condurre ispezioni di routine dei raffreddatori e delle pompe dell'olio durante il funzionamento del trasformatore per prevenire il surriscaldamento localizzato del nucleo e guasti prematuri. Ciò impedisce alle particelle metalliche generate dall'attrito di entrare nel serbatoio attraverso l'olio. L'accumulo di particelle eccessive nel tempo porta inevitabilmente a più punti di messa a terra.

(4) Migliorare il monitoraggio operativo. Ciò consente un'azione correttiva tempestiva quando vengono rilevati guasti alla messa a terra del nucleo nei trasformatori di potenza o l'avvio di indagini quando si verificano fattori sospetti. Tale vigilanza garantisce che i guasti di messa a terra del nucleo siano prevenuti prima che si verifichino.