Energijos sistemose transformatoriai yra pagrindinė energijos konvertavimo ir perdavimo įranga, o jų izoliacijos charakteristikos tiesiogiai lemia elektros tinklo veikimo stabilumą. Dalinis iškrovimas (PD) yra „ankstyvasis įspėjimo signalas“ apie transformatoriaus izoliacijos pablogėjimą{1}}šio tipo vietinis lankinis išlydis, kuris neprasiskverbia pro izoliaciją, palaipsniui ardys izoliacinę medžiagą ir galiausiai gali sukelti rimtų nelaimingų atsitikimų, pvz., izoliacijos gedimą ir įrangos gedimą.
Skirtingų izoliacinių konstrukcijų transformatoriai turi reikšmingų generavimo mechanizmų ir pagrindinių dalinio išlydžio indukuojančių veiksnių skirtumų. Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama alyvos -panardinamiesiems transformatoriams ir sauso{2} tipo transformatoriams (atstovaujamiems epoksidinės dervos- tipo), derinant pramonės praktiką ir techninius principus, siekiant išsamiai išanalizuoti pagrindines dalinio iškrovimo priežastis, pateikiant profesionalių nuorodų, susijusių su įrangos parinkimu, veikimo ir priežiūros bandymais.
I. Sauso{1}}tipo transformatoriai (epoksidinės dervos-liejimo tipas): izoliacijos defektai ir proceso valdymas yra pagrindiniai veiksniai
Sauso -tipo transformatorių šerdis yra epoksidinė derva ir kitos kietos izoliacinės medžiagos, todėl dėl pranašumų, tokių kaip atsparumas ugniai, nereikalaujantis priežiūros ir mažo dydžio, jie plačiai naudojami daugiaaukščiuose-pastatuose, duomenų centruose ir kituose scenarijuose. Jų dalinio iškrovimo problemos daugiausia koncentruojasi į dvi dimensijas: izoliacinės medžiagos defektus ir liejimo/vyniojimo procesus.
Sauso{0}}tipo transformatorių šerdies izoliacinės medžiagos yra epoksidinė derva, Nomex popierius, izoliacinis kartonas ir kt. Jei medžiaga pagaminta ar parinkta netinkamai, ją lengva maišyti su burbuliukais, nešvarumais arba susidaryti mikroįtrūkimų:
- Burbulai, sukeliantys elektrinio lauko koncentraciją:Kietose izoliacinėse medžiagose likusių burbuliukų dielektrinė konstanta yra daug mažesnė nei pagrindinės izoliacinės terpės (pvz., epoksidinės dervos dielektrinė konstanta yra apie 3,5, o oro tik 1,0). Elektrinis laukas bus labai koncentruotas burbuliukų viduje. Kai elektrinio lauko stipris viršija medžiagos tolerancijos slenkstį, suaktyvinama dalinė iškrova. Ilgalaikis -išmetimas palaipsniui didins burbuliukų tūrį, todėl susidarys izoliacijos pavojus;
- Priemaišos, sukeliančios elektros lauko iškraipymus:Metalo nuolaužos, dulkės ir kiti nešvarumai, susimaišę izoliacinėje medžiagoje, suformuos struktūrą, panašią į „antgalio elektrodą“, sutrikdys tolygų elektrinio lauko pasiskirstymą ir priemaišos smaigalyje susidarys vietinis didelio lauko stiprumo plotas, sukeldamas vainikinę iškrovą;
- Mikroįtrūkimų izoliacijos pavojai:Jei medžiagos kietėjimo metu įtempiai išsiskiria netolygiai arba transportuojant ir montuojant patiriamas mechaninis poveikis, susidaro plika akimi nematomi mikro įtrūkimai. Elektrinio lauko koncentracijos poveikis plyšiuose taip pat sukels dalinį iškrovimą, o įtrūkimai ir toliau plėsis kartu su iškrova, pagreitindami izoliacijos senėjimą.
Proceso valdymas yra pagrindinis veiksnys siekiant išvengti dalinio iškrovimo sausuose{0}}tipo transformatoriuose. Dėl bet kokios grandies, pvz., vyniojimo, vyniojimo, liejimo ir kietėjimo, aplaidumo gali kilti paslėptų pavojų:
- Prasta apvijų izoliacija:Laisvas izoliacijos įvyniojimas tarp apvijų sluoksnių ir posūkių, su tarpais ar raukšlėmis. Šios spragos sudarys vietines žemos dielektrinės konstantos sritis, kurios taps „didelės-rizikos zonomis“ dėl elektrinio lauko koncentracijos; tuo pačiu metu vyniojimo metu susidarančios raukšlės lems netolygų izoliacijos storį, dar labiau padidindamos elektrinio lauko iškraipymą;
- Laidininkų apdorojimo trūkumai:Nepašalintos įbrėžimai, aštrūs kampai ar įbrėžimai ant laidininko paviršiaus. Aukštos{1}}įtampos veikimo sąlygomis elektrinio lauko stipris galuose smarkiai padidės (pagal „koronos iškrovos“ principą), tiesiogiai sukeldamas vainikinę iškrovą. Iškrova palaipsniui ardys laidininko izoliacijos sluoksnį, praplėsdama defektų diapazoną;
- Netinkamas įtampos išlyginimo gydymas:Elektrinio lauko pasiskirstymas transformatoriaus apvijos gale yra natūraliai netolygus. Jei neįrengtas įtampos išlyginimo žiedas ar įtampos išlyginamoji plokštė arba įtampą išlyginančios konstrukcijos konstrukcija yra nepagrįsta, elektrinio lauko stipris gale viršys izoliacijos tolerancijos ribą, o tai sukels per didelę dalinę iškrovą. Tai taip pat yra dažna skatinimo priemonė daliniam iškrovimui sauso -tipo transformatorių gale;
- Netinkami liejimo ir kietėjimo procesai:Pagrindiniai epoksidinės dervos{0}}liejimo transformatorių proceso defektai yra susitelkę į dvi grandis: „degazavimą“ ir „kietinimą“. Dėl nepilno degazavimo epoksidinio mišinio likutinės dujos negalės išsiskirti, o po sukietėjimo susidarys vidiniai burbuliukai (tai yra dažna per didelio dalinio iškrovimo priežastis sausuose-tipo transformatoriuose); o per aukšta / žema kietėjimo temperatūra arba per ilgas / trumpas kietėjimo laikas lems nepilną izoliacijos kietėjimą (likę nesureagavę epoksidiniai monomerai) arba įtempių koncentraciją, o tai savo ruožtu sukuria mikro įtrūkimus ir pažeidžia izoliacijos vientisumą.
II. Alyva-Panardinami transformatoriai: izoliacinės alyvos būklė ir sąsajos defektai yra pagrindiniai rizikos punktai
Alyvos -transformatoriai naudoja kombinuotą izoliacijos sistemą, sudarytą iš izoliacinės alyvos ir kietos izoliacijos (kartono,{1}}aliejumi impregnuoto popieriaus), ir ilgą laiką užėmė pagrindinę transformatorių rinką elektros energijos sistemose dėl savo pranašumų, tokių kaip didelis izoliacijos stiprumas ir geras šilumos išsklaijimas. Jų dalinio išleidimo problemos yra glaudžiai susijusios su izoliacinės alyvos būkle ir alyvos -popieriaus sąsajos charakteristikomis, o pagrindiniai veiksniai, įskaitant šias tris kategorijas:
Izoliacinė alyva ne tik tarnauja kaip izoliacinė terpė, bet ir atlieka šilumos išsklaidymo funkciją. Jo grynumas ir būklė tiesiogiai veikia dalinio iškrovimo riziką:
- Drėgmė ir per didelis dujų kiekis:Jei alyvos -transformatorius nėra sandariai uždarytas, oro drėgmė prasiskverbs į izoliacinę alyvą, o tai žymiai sumažins alyvos gedimo įtampą; tuo pačiu, jei aliejuje ištirpusios dujos (pvz., deguonis, vandenilis, metanas) nepašalinamos laiku, aliejuje susidarys mažyčiai burbuliukai. Šie burbuliukai yra linkę išsikrauti veikiant elektriniam laukui, o išmetimo metu susidarančios dujos dar labiau padidins dujų kiekį aliejuje, sudarydamos užburtą ratą;
- Užteršimas priemaišomis:Jei izoliacinė alyva gamybos, transportavimo, eksploatacijos ir priežiūros metu sumaišoma su metalo dalelėmis, pluošto priemaišomis ir pan., ji sudarys „laidaus kanalo“ prototipą alyvoje-priemaišos adsorbuoja krūvius, judės kryptingai, veikiant elektriniam laukui, kaupsis alyvos ir kietosios izoliacijos sąsajoje ir sukels dalinį iškrovimą;
- Senėjimas ir alyvos kokybės pablogėjimas:Po ilgo{0}}eksploatavimo izoliacinė alyva, veikiant aukštai temperatūrai ir elektriniam laukui, patirs oksidacijos reakcijas, todėl susidarys senėjimo produktai, tokie kaip rūgštys, koloidai ir dumblas. Šios medžiagos sumažins alyvos izoliacines savybes ir tuo pat metu chemiškai reaguos su kietomis izoliacinėmis medžiagomis, pažeisdamos alyvos -popieriaus sąsajos izoliacijos vientisumą ir sudarydamos sąlygas daliniam išleidimui.
Alyvos -transformatorių izoliacijos sistema sudaryta iš „izoliacinės alyvos + kieto kartono“, o sąsajos būsena tarp šių dviejų yra pagrindinė jautri dalis daliniam iškrovimui:
- Sąsajos burbulai ir spragos:Jei užpildant transformatoriaus alyvą degazavimas yra nebaigtas arba izoliacinė alyva kaitinama plečiasi, o veikimo metu vėsdama susitraukia, alyvos ir kartono sąsajoje susidarys mažyčiai tarpeliai arba burbuliukai. Labai tikėtina, kad elektrinio lauko koncentracijos poveikis šiose srityse sukels dalinį iškrovimą;
- Drėgmė ir kartono senėjimas:Kadangi kartonas yra tvirta izoliacinė medžiaga, jei kartonas sugeria drėgmę (pvz., dėl sandariklio gedimo prasiskverbia lietaus vanduo), jo izoliacinės savybės žymiai sumažės. Tuo pačiu metu drėgmė skatins kartono senėjimą ir degradaciją, sukeldama mikro įtrūkimus ir pluošto šiukšles. Šie defektai sukels iškrovą sąsajoje, o iškrovimas pagreitins kartono karbonizaciją, sudarydamas laidų kanalą.
Be izoliacinės alyvos ir sąsajos problemų, netinkamas konstrukcijos projektavimas ir procesai taip pat gali lemti dalinį iškrovimą alyvoje panardintuose transformatoriuose:
- Laisvas apvijos tvirtinimas:Jei apvija yra laisvai surišta, elektromagnetinė vibracija transformatoriaus veikimo metu sukels apvijos poslinkį, dėl to izoliacijoje tarp sluoksnių ir posūkių atsiras tarpai ir sukels elektrinio lauko koncentraciją;
- Iškišę metalinių komponentų galiukai:Jei transformatoriaus viduje yra aštrių kampų, įbrėžimų ant metalinių laikiklių, laidų ir kitų komponentų arba jų padėtis montavimo metu pasislenka, esant aukštai įtampai susidarys vietinės didelio lauko stiprio zonos, sukeliančios vainikinį išlydį;
- Prastas bako sandarinimas:Sugedus rezervuaro sandarinimui, ne tik prasiskverbs drėgmė ir nešvarumai, bet ir oras pateks į baką, o ant alyvos paviršiaus susidarys burbuliukų sluoksnis. Šie burbuliukai yra svarbūs dalinio iškrovimo šaltiniai.
III. Pagrindiniai dviejų tipų transformatorių dalinio iškrovimo skirtumai ir prevencija
| Palyginimo matmenys | Sauso{0}}tipo transformatoriai (epoksidinės dervos-liejimo tipas) | Alyvos{0}}panardinamieji transformatoriai |
| Šerdies izoliacijos terpė | Tvirta izoliacija, tokia kaip epoksidinė derva, Nomex popierius | Izoliacinė alyva + alyvos{1}}popieriaus kompozicinė izoliacija |
| Pagrindiniai iškrovą skatinantys veiksniai | Vidiniai burbuliukai medžiagose, proceso defektai (liejimas / apvija) | Izoliacinės alyvos nusidėvėjimas, alyvos{0}}popieriaus sąsajos defektai |
| Jautrios sritys | Apvijų galai, liejimo korpuso viduje, laidininko antgaliai | Alyvos{0}}popieriaus sąsaja, burbuliukai alyvoje, oro tarpas bako viršuje |
| Prevencijos šerdis | Medžiagos grynumo kontrolė, rafinuoti procesai (degazavimas/kietinimas/vyniojimas), įtampos išlyginimo struktūros optimizavimas | Izoliacinės alyvos valymas (degazavimas / dehidratacija / nešvarumų pašalinimas), sandarinimo apsauga, sąsajos būklės stebėjimas |
IV. Pramonės įžvalgos: ankstyvas aptikimas ir eksploatavimo bei priežiūros pasiūlymai daliniam iškrovimui
Dalinio iškrovimo pavojus slypi jo „paslėpime“-pirminis iškrovos intensyvumas yra mažas, be akivaizdžių išorinių savybių, tačiau ilgalaikis-akumuliavimas sukels negrįžtamą izoliacijos pablogėjimą. Todėl tiek alyvos -panardinamieji, tiek sausieji{4}}tipo transformatoriai turėtų skirti dėmesio ankstyvam aptikimui ir veikimo bei priežiūros kontrolei:
- Reguliarus testavimas: pritaikykite internetines dalinės iškrovos stebėjimo sistemas (pvz., ultragarso testavimą, ultra{0}}aukšto dažnio testavimą), kad gautumėte iškrovos signalus realiuoju laiku ir tiksliai nustatytumėte defektų vietas;
- Medžiagų ir procesų kontrolė: pirmenybę teikite gamintojams, turintiems visą kvalifikaciją ir brandžius procesus rinkdamiesi produktus, sutelkdami dėmesį į izoliacinės medžiagos grynumą ir proceso bandymų ataskaitas;
- Apsauga nuo eksploatavimo ir priežiūros: jei naudojate alyvos{0}}transformatorius, reguliariai tikrinkite tokius indikatorius kaip drėgmė, dujų kiekis ir izoliacinės alyvos dielektriniai nuostoliai, taip pat laiku atlikite filtravimą ir valymą; sauso tipo transformatoriams vengti mechaninio poveikio, reguliariai valyti paviršiaus dulkes ir apsaugoti nuo izoliacijos paviršiaus valkšnumo;
- Aplinkos kontrolė: nenaudokite transformatorių aplinkoje, kurioje yra daug drėgmės, daug dulkių ir korozinių dujų. Sauso -tipo transformatoriai turi užtikrinti gerą vėdinimą ir šilumos išsklaidymą, kad izoliacija neperkaistų ir sensta.
Išvada: dalinis iškrovimas yra „nematomas žudikas“ transformatoriaus izoliacijos sistemai, o jo priežastys yra glaudžiai susijusios su įrangos tipu, izoliacijos struktūra ir proceso lygiu. Įvaldę alyvos -panardinamų ir sausųjų{2} tipo transformatorių dalinės iškrovos charakteristikas ir atlikdami mokslinį produktų pasirinkimą, rafinuotą proceso kontrolę ir reguliarius bandymus, galite sumažinti iškrovos iš šaltinio riziką ir užtikrinti saugų bei stabilų elektros energijos sistemos veikimą.
