Hva er startstrøm i transformatorer, og hva forårsaker det?

1. Hva er startstrøm?
Innkoblingsstrøm, også kjent som magnetiserende inrush, refererer til en kortvarig høy strømstøt som oppstår i transformatorens primærvikling i det øyeblikket transformatoren blir energisert uten belastning (det vil si når en vikling er koblet til strømkilden og den andre viklingen er åpen). Denne strømmen topper seg veldig høyt i begynnelsen, men avtar raskt.
Størrelsen på denne strømmen er mye større enn transformatorens merkestrøm, noen ganger når den 5 til 15 ganger merkestrømmen (for store transformatorer kan den til og med nå opptil 20 ganger). Dens varighet er imidlertid svært kort, og avtar vanligvis til normal tomgangsstrøm (vanligvis bare 0,5 % til 2 % av merkestrømmen) innen titalls til hundrevis av millisekunder.
Enkelt sagt er det som å plutselig åpne vannventilen til et stort tomt basseng: til å begynne med er det en enorm bølge av vann, men den stabiliserer seg raskt. Innløpsstrømmen er denne 'massive bølgen av vann.'

2. Hva forårsaker innkoblingsstrøm?
Den grunnleggende årsaken til innkoblingsstrøm involverer samspillet mellom to nøkkelfaktorer:

• - Magnetisk metning av transformatorkjernen
• - Tilfeldigheten til koblingsmomentet (spenningsfasen)

3. Hovedkarakteristika for innkoblingsstrøm

• - Svært stor styrke: Kan nå 5–15 ganger merkestrømmen.
• - Inneholder en stor mengde ikke-periodiske (DC) komponenter og høyere harmoniske: Bølgeformen avviker betydelig fra en sinusbølge, skjev mot tidsaksen, med et høyt innhold av andre harmoniske. Denne karakteristikken brukes ofte i relébeskyttelse for å skille mellom startstrøm og feilstrøm.
• - Rask forfall: På grunn av motstanden i viklingene avtar den transiente DC-komponenten eksponentielt. Innkoblingsstrømmen avtar vanligvis innen 0,1-0,5 sekunder. Jo større transformatorkapasiteten er, desto lengre kan nedbrytningstiden være.
• - Usikkerhet: Størrelsen på innkoblingsstrømmen avhenger av spenningsfasen og gjenværende magnetisme til kjernen i lukkingsøyeblikket, som begge er tilfeldige. Derfor kan størrelsen og bølgeformen til startstrømmen variere med hver lukking.

4. Effekter av innstrømningsstrøm og mottiltak
Effekter:

• - Kan utløse falsk drift av transformatordifferensialbeskyttelse eller overstrømsbeskyttelse, noe som kan føre til lukkefeil.
• - Genererer store elektrodynamiske krefter, som kan deformere eller skade viklingene.
• - Forårsaker spenningsfall i strømnettet, noe som påvirker driften av annet utstyr på samme buss.

Mottiltak:
- Relégjenkjenningsteknologi: Ved å bruke funksjonen om at startstrømmen inneholder en stor mengde andre harmoniske, kan en "andre harmonisk begrensning" settes i differensialbeskyttelse for å forhindre falske utløsninger.
- Kontroll av lukkefasen (synkronisert svitsjteknologi): Ved å lukke bryteren ved spenningstoppen med en intelligent bryter, er den innledende stabile-tilstandsfluksen null, noe som kan minimere startstrømmen.
- Lukking med seriemotstand: Koble først kretsen gjennom en motstand for å begrense startstrømmen, og kortslut- deretter motstanden med en bryter.

Transformatorstartstrøm oppstår når kretsen er lukket ved ugunstige øyeblikk, for eksempel ved spenningen null-kryssningspunktet, kombinert med gjenværende magnetisme i kjernen, noe som resulterer i en forbigående magnetisk fluks som langt overstiger normalverdien, forårsaker dyp metning av kjernen og genererer en øyeblikkelig enorm strøm. Det er et iboende elektromagnetisk transientfenomen til transformatoren, ikke en feil.