Impak van Langtermynonderdompeling op Epoxy-geïsoleerde Laagspanningsstroomtransformateurs
1 Inleiding
Laagspanningsstroomtransformateurs vir meting, met 'n deurgangskern-epoksi hars struktuur, word wyd gebruik in verspreidingstransformatorareas en vir klein- tot medium-grootte industriële en kommersiële elektrisiteitsverbruik. As 'n bereik-verwyder vir elektriese energie-meting, is hul prestasie direk verwant aan die veiligheid van elektrisiteitsverbruik en die akkuraatheid van gebruikers se handelsberekeninge. Die studie van die invloed van langtermyn-onderdompeling op hierdie transformateurs het praktiese betekenis vir die bepaling van die kwaliteit van 'n groot aantal laagspannings-transformateurs wat deur uiterste reën en oorstromings onder water gesit het.
Navorsing oor transformateur-waterabsorpsie is al lank aan die gang. Bestaande resultate het nie langtermyn-onderdompelings-toestande behandel nie, en langtermyn-onderdompeling vererger stroomtransformateurs meer as waterabsorpsie. In die nasionale standaardtipeproef vir stroomtransformateurs, is slegs die beskermingsvlak van binnehuistransformateurs IP20 en buitehuistransformateurs IP44; die tegniese standaarde van die energiebedryf en netmaatskappye het dit nie spesifiseer nie. Om te bepaal of ondergedompelde transformateurs nog steeds gebruik kan word, voer hierdie artikel 'n gesimuleerde onderdompelingsproef uit, analiseer prestasieveranderinge na onderdompeling, en bied kwaliteitstoerustingvoorslae om die waterdichtheid van transformateurs te verbeter.
2 Teoretiese Analise van Transformateur-Onderdompelingskenmerke
Die hoofkenmerke van laagspanningsstroomtransformateurs is isolasiekenmerke en metingkenmerke. Die isolasiekenmerke sluit hoofsaaklik isolasieweerstand en netspanning-draenduur in, en die metingkenmerke word weerspieël in die basiese fout. Die onderdompelingskenmerke verwys na veranderinge in isolasieweerstand, netspanning-draenduur en basiese fout van die transformateur voor en ná onderdompeling en droogmaking.
2.1 Isolasieweerstand
Die isolasieweerstand R bestaan uit volumeweerstand Rv en oppervlakweerstand Rs, soos in formule (1) aangedui. Die volume-resistiviteit ρv en oppervlak-resistiviteit ρs word getoon in formules (2) en (3).
In die formule is EV die DC-elektriese veldsterkte binne die isolerende materiaal; JV is die stabiele-stroomdigtheid; ES is die DC-elektriese veldsterkte; α is die lineêre stroomdigtheid.
Isolasieweerstand word grootliks beïnvloed deur vochtigheid. Aangesien die elektriese geleidbaarheid van water baie hoër is as dié van epoksi-hars-isolerende materiale, en water 'n groot dielektriese konstante het, wat die ionisasie-energie van ionne kan verminder. Daarom, wanneer die isolerende materiaal in water ondergedompel word, daal die oppervlakweerstand vinnig, terwyl die volumeweerstand min verander; wanneer die ondergedompelde materiaal gedroog word, as die waterbestandheid van die mediummateriaal algemeen is of daar binne die gegoten liggaam defekte is, herstel die oppervlakweerstand vinnig, maar die volumeweerstand daal beduidend en kan nie effektief herstel word nie.
2.2 Netspanning-Draenduur
Die toetsspanning vir netspanning-draenduur word tussen die sekondêre terminal, die bodemplaat en die grond toegepas. Wanneer in 'n ongelyke elektriese veld, kan die breekveldsterkte van die medium ongeveer bereken word deur formule (4).
In die formule is EBD die breekveldsterkte (piekwaarde) tussen die twee elektrodes van die isolerende materiaal; UBD is die dielektriese breekspanning (effektiewe waarde); s is die breekafstand, en η is die elektriese veldbenuttingkoëffisiënt.
2.3 Basiese Fout
Die basiese foute van 'n stroomtransformateur sluit insluitlik ratio-fout en fase-fout in. Ongeag die werktoestand, moet die basiese fout nie die foutlimietwaarde oorskry wat in die standaard vir die spesifieke akkuraatheidvlak gestipuleer is voordat dit gebruik kan word nie.
3 Toetstoestande
3.1 Seleksie van Toetsmonsters
Kies ewekansig epoksi-hars geïsoleerde laagspanningsstroomtransformateurs om getoets te word, en voer twee groepe toetse opeenvolgend uit. Die toetsgroepering en parameters van die toetsmonsters word in Tabel 1 getoon.
3.2 Toetsapparatuur
Die toerusting en parameters wat in die toets gebruik word, word in Tabel 2 getoon.
3.3 Onderdompelingsproef
Volgens die IPX8-regulasie in GB/T 4208 - 2017 "Vergaderings Beveiligingsvlakke (IP Kodes)", word die toets met skoon water uitgevoer. Vir behuisinge met 'n hoogte van minder as 850 mm, moet die laagste punt 1000 mm onder die watersoppervlak wees. Voordat die toets begin, meet eers die isolasieweerstand, netspanning-draenduur, en basiese fout van die toetsmonster, en voer dan die onderdompelingsproef uit.
In die eerste groep toetse, is 3 toetsmonsters van dieselfde vervaardiger in die duiktoerusting geplaas. Kraanwater is ingespot, met 'n vloeistofvlakhoogte van 1000 mm en 'n water temperatuur van 15 °C. Na 5 dae onder water, is hulle uitgeneem. Die waterdruppels daarop is met 'n droë doek afgevee, en hulle is 15 minute laat staan. Na droogmaking is toetse uitgevoer. Daarna is toetse elke dag vir 10 dae uitgevoer. Laastens is hulle by kamertemperatuur vir 5 dae gelug, en toetse is weer uitgevoer na lugdroogmaking. Vir die tweede groep toetse, is die monstergrootte verhoog. Toetsmonsters van 5 ewekansig gekose vervaardigers is direk vir 10 dae onder water geplaas, daarna vir 5 dae gelug, en weer getoets na lugdroogmaking.
3.4 Toetsdata
3.4.1 Isolasieweerstand
Die isolasieweerstand is gemeet met die 500V DC-spanningsbereik. Die isolasieweerstandwaardes (gedeelte) van die twee groepe toetse word in Tabel 3 en Tabel 4 getoon.
Die #3 toetsmonster het die grootste isolasieweerstandverandering gehad. Na 10 dae onder water, was die isolasieweerstand 43.3 MΩ. Na 5 dae lugdroogmaking, was die isolasieweerstand 46.0 MΩ, en die veranderingskoers het -99% bereik. Na die onderdompelingsproef en droogmaking, het die isolasieweerstand van die oorblywende 7 toetsmonsters allemaal teruggekeer na die orde van grootte van die isolasieweerstand in die aanvanklike droë toestand.
3.4.2 Netspanning-Draenduur
Daar was 'n totaal van 8 toetsmonsters in die twee groepe toetse voor en ná. Van hierdie, het 7 die netspanning-draenduurtoets gepas. Slegs die #3 toetsmonster het moeilikheid ondervind met spanningsverhoging tydens die toets, en 'n baie duidelike ontladingklank kon gehoor word. Na die toets, is duidelike water-spore binne die verbindingspunt tussen die bodemplaat en die epoksi-hars van die #3 toetsmonster gevind. Daar was 'n duidelike opening by die gietvlak van die bodemplaatresin van hierdie toetsmonster. Die bodemplaat van die toetsmonster na die toets word in Figuur 1 getoon. In 'n nat omgewing met wateronderdompeling, gaan buite water deur die opening die binnekant van die hoofliggaam binne en kan nie ontlaat word nie, wat lei tot 'n vermindering in die isolasievlak.
3.4.3 Basiese Fout
Fouttoetse is op 8 toetsmonsters uitgevoer, sowel voor as ná onderdompeling. Neem byvoorbeeld toetsmonster #3, die fouttoetselfde is in Tabel 5 getoon.
4 Toetsanalise
Laagspanningsstroomtransformateurs bestaan hoofsaaklik uit isolerende materiale, yskerne, en windings. Hulle gebruik 'n gietproses: epoksi-hars, silikon-mikropoeder, versterkers, versnellers, en hardmaker word in spesifieke verhoudings gemeng, ewe gestrooi, en onder sekere toestande in moul ingespuit vir verharding.
4.1 Isolasieweerstand
Figuur 2 is 'n histogram van isolasieweerstanddata-verdeling van stroomtransformateurs in verskillende toetsgroepe. Die meeste getoetsde transformateurs wys konsekwente isolasieweerstandveranderinge na onderdompeling en droogmaking: 'n beduidende initiële daling tydens onderdompeling, dan 'n herstel terug na die oorspronklike droë-toestand-orde van grootte na droogmaking. Slegs toetsmonster #3 het 'n -99% isolasieweerstandveranderingskoers na droogmaking, naby die 30 MΩ gekwalifiseerde kritieke waarde.
Vir Toetsgroep 2 monsters, varieer isolasieweerstandveranderinge na onderdompeling. #01, #03, #04, #05 daal na die kritieke waarde; #02 bly amper onveranderd. Na 5 dae droogmaking, keer hulle meestal terug na die oorspronklike weerstandvlak, wat wys dat #02 uitmuntende isolerende gietkwaliteit het sonder waterdoordringing na langtermyn-onderdompeling.
Temperatuur (vernagtelik hier) en vochtigheid beïnvloed isolasieweerstand. Vochtigheidsveranderinge is groot voor en ná die toets. Normaalweg, daal oppervlakweerstand terwyl volumeweerstand min verander. Maar as die isolerende materiaal 'n lae waterbestandheid het of gietdefekte, absorbeer die hoof isolerende medium water. Selfs na droogmaking, verdwyn binne water min. Oppervlakweerstand herstel, maar volumeweerstand daal drasties en kan nie effektief herstel word nie, wat die algehele isolasieweerstand verlaag.
4.2 Netspanning-Draenduur
Epoksi-hars geïsoleerde laagspanningsstroomtransformateurs het 'n groot isolasiemarg. Gewoonlik veroorsaak oppervlakvochtigheid geen oppervlak-ontlading nie, en hulle slaag die netspanning-draenduurtoets na onderdompeling en droogmaking.
Egter, piepkleine poriën in die isolerende medium laat watermolekules na onderdompeling binne, wat watergevulde mikroporië vorm en die vaste dielektriese in 'n vaste-vloeistof-komposiet verander. Water in mikroporië polariseer en vervorm onder die elektriese veld, verander van sferies na ellipsvormig, verbind kanale en verlaag die breekveldsterkte. Meer water en digter leiers met langer onderdompeling verhoog die breekrisiko. Luggapse in gietwerk laat ook water binne. Hierdie faktore veroorsaak ontladingsklanke tydens draenduur, soos in toetsmonster #3 gesien.
4.3 Basiese Fout
'n Transformateur se fout hang slegs af van die yskern se magnetiese eienskappe en windingparameters. Voor en ná onderdompeling, bly die yskern se opwekkingseienskappe en windingimpedans onveranderd, en toetselfde wys minimale basiese foutverandering.
Onderdompelingsproewe het ook onthul:
5 Kwaliteitstoerustingvoorslae
Om ernstige isolasie-uitval na onderdompeling tydens gereelde uiterste weer te vermy, sluit voorslae in:
6 Gevolgtrekkings
Hierdie studie rig op die kwaliteitsevaluering van epoksi-geïsoleerde laagspanningsstroomtransformateurs na zware reën-onderdompeling. Sleutelvindings:
Hierdie resultate lewer riglyn vir energiebedryfs en vervaardigers om langtermyn-ondergedompelde transformateurs te evalueer/hergebruik.
