สาเหตุและอันตรายจากการบิดเบี้ยวของขดลวดหม้อแปลง

1. นิยาม

การเสียรูปของขดลวด หมายถึง การเคลื่อนที่ทางกล การบิดเบี้ยว การปูดพอง การบิดงอ หรือการถูกกดอัดของขดลวดหม้อแปลง ซึ่งเกิดจากแรงทางไฟฟ้า แรงกระแทกทางกล หรือความเค้นอื่นๆ
การเสียรูปนี้เปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิตตามการออกแบบของขดลวด ส่งผลกระทบต่อระยะห่างของฉนวน ความแข็งแรงทางกล และคุณลักษณะทางไฟฟ้าของหม้อแปลง

2. สาเหตุของการเสียรูปของขดลวด

2.1 กระแสกระชากจากข้อผิดพลาดลัดวงจร (สาเหตุหลัก)

ในระหว่างการทำงานของหม้อแปลง ข้อผิดพลาดลัดวงจรเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่หรือใกล้กับขั้วต่อทางออกของหม้อแปลง
การลัดวงจรอย่างกะทันหันสร้าง กระแสกระชากที่มีขนาดใหญ่มาก ทำให้ขดลวดได้รับ แรงทางไฟฟ้าที่มากกว่าการทำงานปกติถึงสิบถึงร้อยเท่า

แรงเหล่านี้ก่อให้เกิด:

• ความร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้วัสดุตัวนำ (ทองแดงหรืออลูมิเนียม) อ่อนตัวลง

• ความเค้นทางกลที่รุนแรง เกินความแข็งแรงทางกลของขดลวด

แรงทางไฟฟ้า

แรงที่กระทำต่อขดลวดหม้อแปลงสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก:

• แรงในแนวรัศมี (ตามขวาง):
  กระทำจากศูนย์กลางออกไปด้านนอกหรือเข้าด้านใน

  • ขดลวดด้านนอกได้รับแรงที่ผลักให้ขยายออก

  • ขดลวดด้านในได้รับแรงกดอัด
    หากโครงยึดภายในหรือกระบอกฉนวนไม่แข็งแรงเพียงพอ ขดลวดอาจเกิด การปูดพองหรือโค้งงอ กลายเป็น การเสียรูปแบบ "ดอกบัว" หรือแบบปูดบวม

• แรงในแนวแกน (ตามยาว):
  กระทำตามความสูงของขดลวด
  แรงเหล่านี้จะกดอัดแผ่นกั้นฉนวน ทำให้เกิด การโค้งงอของรอบขดลวด และอาจทำให้เกิด การเคลื่อนที่ของขดลวดในแนวตั้ง เทียบกับแกนเหล็ก

  • ความสูงของขดลวดที่ไม่เท่ากัน (เช่น เนื่องจากอุปกรณ์เปลี่ยนแทปหรือความไม่สมดุลของสนามแม่เหล็ก) จะเพิ่มความเค้นในแนวแกนให้มากขึ้น ซึ่งมักนำไปสู่ อุบัติเหตุร้ายแรง

สรุป:
กระแสลัดวงจรกะทันหันทำให้ขดลวดหม้อแปลงได้รับแรงร่วมทั้งในแนวรัศมีและแนวแกนอย่างรุนแรง
ขดลวดด้านใน—โดยเฉพาะในหม้อแปลงออโต้—มีความเสี่ยงที่สุด ส่งผลให้เกิด การผิดรูปอย่างถาวร เช่น การปูด บิดเบี้ยว และเคลื่อนที่
การผิดรูปเหล่านี้อาจพัฒนากลายเป็นฉนวนเสีย วงจรลัดระหว่างขด หรือความล้มเหลวร้ายแรงได้

2.2 ผลกระทบทางกลระหว่างการขนส่งหรือการติดตั้ง

ระหว่าง การขนส่ง การยก หรือการติดตั้งฝาครอบ ขดลวดอาจได้รับ การชน การสั่นสะเทือน หรือการกระแทกโดยไม่ได้ตั้งใจ นำไปสู่การผิดรูปทางกายภาพ

2.3 ระบบป้องกันขัดข้อง

หาก ระบบรีเลย์ป้องกัน มี จุดบอด หรือ ไม่ทำงาน หม้อแปลงอาจต้องเผชิญกับ กระแสลัดวงจรที่ยืดเยื้อ เป็นเวลานาน
ความเครียดทางไฟฟ้า-กลศาสตร์ที่ยาวนานสามารถทำให้ขดลวดผิดรูปได้
ข้อมูลทางสถิติชี้ให้เห็นว่า ความเสียหายของหม้อแปลงประมาณ 30% เกิดจาก การที่ระบบไม่ตัดวงจร ในระหว่างที่เกิดลัดวงจรภายนอก

2.4 ความสามารถทนลัดวงจรลดลง

หากการออกแบบหรือกระบวนการผลิตหม้อแปลงไม่สามารถรับประกันความแข็งแรงทางกลที่เพียงพอ ความสามารถในการทนต่อกระแสลัดวงจร ของมันจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป
สถิติล่าสุดเกี่ยวกับความล้มเหลวของหม้อแปลง 110 kV แสดงให้เห็นว่า ความแข็งแรงต่อกระแสลัดวงจรที่ไม่เพียงพอ ได้กลายเป็น สาเหตุภายในหลัก ของอุบัติเหตุหม้อแปลง

3. อันตรายจากการผิดรูปของขดลวด

การผิดรูปของขดลวดเป็น อันตรายแฝงหลัก ต่อการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลงไฟฟ้า
มันตรวจจับได้ยากผ่านการทดสอบทั่วไป เช่น ความต้านทานฉนวน หรือ การทดสอบไดอิเล็กตริกของน้ำมัน ทำให้มันเป็น ความผิดปกติแฝง ที่น่ากังวล

3.1 ความเสี่ยงด้านฉนวน

• การเปลี่ยนแปลงของระยะห่างฉนวนหรือความเสียหายของฉนวนแข็งสามารถทำให้เกิด การคายประจุบางส่วน (PD) ได้

• ภายใต้แรงดันเกินจากฟ้าผ่าหรือการสับเปลี่ยน การคายประจุบางส่วนอาจนำไปสู่ การพังทลายระหว่างรอบขดหรือระหว่างดิสก์ ได้

• แม้ภายใต้แรงดันไฟฟ้าปกติ การคายประจุบางส่วนในระยะยาว ก็สามารถทำให้เกิด ความล้มเหลวของฉนวน ได้

3.2 การอ่อนกำลังเชิงกล

เมื่อขดลวดเกิดการผิดรูป มันจะสูญเสียความแข็งแรงเชิงกลไป
หากเกิดไฟฟ้าลัดวงจรขึ้นอีก โครงสร้างที่อ่อนแอลงจะไม่สามารถทนทานต่อความเค้นทางไฟฟ้าได้ ส่งผลให้เกิด การผิดรูปเพิ่มเติมหรือความล้มเหลวโดยสมบูรณ์ ได้

4. ความสำคัญของการวินิจฉัยการผิดรูปของขดลวด

เนื่องจากการผิดรูปของขดลวดไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยสิ้นเชิง การวินิจฉัยตั้งแต่เนิ่นๆ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
การตรวจจับที่แม่นยำสามารถระบุได้ว่า:

• เกิดการผิดรูปขึ้นหรือไม่

• ระดับ และ ตำแหน่ง ของการผิดรูป

• หม้อแปลงยังสามารถทำงานต่อไปได้อย่างปลอดภัยหรือไม่

• จำเป็นต้องมีการ บำรุงรักษาหรือการรื้อถอน หรือไม่

การวินิจฉัยเชิงรุกไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดต้นทุนด้านแรงงานและวัสดุ แต่ยัง ป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรงของหม้อแปลง ได้อีกด้วย

5. ข้อกำหนดด้านการวินิจฉัยและกฎระเบียบ

งานวิจัยทั่วโลกได้ตระหนักถึงความสำคัญของ การตรวจหาการผิดรูปของขดลวด แล้ว
ในหลายประเทศ การทดสอบนี้ถูกมองว่าเป็น การทดสอบบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ที่สำคัญ อย่างหนึ่ง

มาตรฐานกฎระเบียบของจีน

ตาม เอกสารหมายเลข I20001589 ของบริษัทไฟฟ้ารัฐ — "ข้อกำหนดสำคัญ 25 ประการเพื่อป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรงในการผลิตไฟฟ้า" การทดสอบการผิดรูปของขดลวดเป็น รายการตรวจสอบบังคับ ภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้:

1. หลังการยอมรับจากโรงงานและการส่งมอบ

2. หลังเหตุการณ์ผิดปกติจากไฟฟ้าลัดวงจร

ข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง:

• ข้อ 15.6:
  หลังจากหม้อแปลงไฟฟ้าขัดข้องจากกระแสลัดวงจรในพื้นที่ใกล้เคียง ต้องทำการทดสอบ อิมพีแดนซ์ลัดวงจรแรงดันต่ำ หรือ การวิเคราะห์การตอบสนองความถี่ (FRA)
  ต้องเปรียบเทียบผลการทดสอบกับข้อมูลดั้งเดิมจากโรงงานก่อนนำหม้อแปลงกลับเข้าประจำการอีกครั้ง

• ข้อ 20.2.9:
  เมื่อสั่งซื้อหม้อแปลงไฟฟ้า ผู้ผลิตต้องจัดส่งเอกสารดังต่อไปนี้:

  • เส้นโค้งลักษณะการตอบสนองความถี่ ของขดลวด

  • รายงานการทดสอบ ความทนทานต่อกระแสลัดวงจร

  • รายงานการคำนวณ แรงทางไฟฟ้ากลศาสตร์แบบไดนามิก
    และควรทำการทดสอบ FRA ด้วยในกรณีต่อไปนี้:

  • ระหว่างการติดตั้งและทดสอบใช้งาน

  • หลังเกิดขัดข้องจากกระแสลัดวงจรระหว่างการทำงาน
    ผลการทดสอบต้องใช้เป็นหนึ่งในเกณฑ์หลักในการพิจารณา ความเหมาะสมในการดำเนินงานต่อ

6. บทสรุป

การผิดรูปของขดลวดเป็นปรากฏการณ์เชิงกล-ไฟฟ้าที่ซับซ้อน ซึ่งสัมพันธ์โดยตรงกับความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของหม้อแปลงไฟฟ้า
สาเหตุหลักมาจากแรงกระตุ้นของกระแสลัดวงจร แต่การกระแทกทางกลจากภายนอกและการขัดข้องของระบบป้องกันก็มีส่วนเช่นกัน
การตรวจพบแต่เนิ่นๆ—โดยเฉพาะผ่าน การวิเคราะห์การตอบสนองความถี่—มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของฉนวนที่แฝงอยู่ การพังทลายทางกล และอุบัติเหตุร้ายแรงของหม้อแปลงไฟฟ้า




บริษัท คิงรัน ทรานสฟอร์เมอร์ อินสตรูเมนท์ จำกัด














เครื่องทดสอบหม้อแปลงเพิ่มเติมจากคิงรัน