Uzun Mühitlərdə Qalınmaqdan Epoksid İlkləndirilmiş Düşük Voltlu Dəyişən Akım Transformatorları Üzerindəki Təsir

1 Giriş
Ölçüm için düşük gerilimli akım transformatörleri, dağıtım transformatör bölgelerinde ve küçük-orta ölçekli endüstriyel ve ticari elektrik tüketimi için yaygın olarak kullanılır. Elektrik enerjisi ölçümünün aralığını genişleten bu transformatörlerin performansı, elektrik tüketiminin güvenliği ve kullanıcıların ticari hesaplamalarının doğruluğuyla doğrudan ilgilidir. Uzun süreli dalgalanmanın bu transformatörler üzerindeki etkisini incelemek, aşırı yağmur ve sel felaketlerinden dolayı su altında kalan birçok düşük gerilimli transformatörün kalitesini belirleme açısından pratik bir öneme sahiptir.

Transformatör nem emilimi üzerine yapılan araştırmalar uzun süredir devam etmektedir. Mevcut sonuçlar, uzun süreli dalgalanma koşullarını kapsamamaktadır ve uzun süreli dalgalanma, nem emilimine göre transformatörleri daha ciddi şekilde bozulmaya uğratır. Ulusal standart tip testinde, sadece iç mekan transformatörlerinin koruma seviyesi IP20 ve dış mekan transformatörlerinin IP44'tür; güç sektörü ve şebeke şirketlerinin teknik standartları bunu belirtmemektedir. Dalgalanan transformatörlerin hala kullanılabilir olup olmadığını belirlemek için bu makalede simüle edilmiş dalga testi yapılmış, dalgalanmadan sonraki performans değişimleri analiz edilmiş ve transformatörlerin su geçirmezliğini artırmak için kalite denetim önerileri sunulmuştur.

2 Transformatör Dalgalanma Özelliklerinin Teorik Analizi

Düşük gerilimli akım transformatörlerinin ana özellikleri, yalıtım özellikleri ve ölçüm özellikleridir. Yalıtım özellikleri, yalıtım direnci ve güç frekans dayanımı dahil olmak üzere, ölçüm özellikleri ise temel hatayı yansıtır. Dalgalanma özellikleri, transformatörün dalgalanmadan önce ve sonra kurutulduktan sonraki yalıtım direnci, güç frekans dayanımı ve temel hata değişikliklerini ifade eder.

2.1 Yalıtım Direnci

Yalıtım direnci R, hacim direnci Rv ve yüzey direnci Rs'den oluşur, formül (1) gösterildiği gibidir. Hacim iletkenliği ρv ve yüzey iletkenliği ρs formüller (2) ve (3) gösterildiği gibidir.

Formülde, E_V yalıtım malzemesi içindeki DC elektrik alan gücünü, J_V durağan akım yoğunluğunu, E_S DC elektrik alan gücünü ve α doğrusal akım yoğunluğunu gösterir.

Yalıtım direnci, nemden büyük ölçüde etkilenebilir. Suyun elektrik iletkenliğinin, epoksi reçinasi yalıtım malzemelerinden çok daha yüksek olması ve suyun büyük dielektrik sabitinin iyonların iyonlaşma enerjisini azaltması nedeniyle, yalıtım malzemesi suya dalgalandığında, yüzey iletkenliği hızlıca azalırken, hacim iletkenliği çok az değişir; dalgalanan malzeme kurutulduğunda, eğer ortam malzemesinin su geçirgenliği genel veya döküm cisminin içindeki eksiklikler varsa, yüzey iletkenliği hızlıca kurtulur, ancak hacim iletkenliği önemli ölçüde azalır ve etkili bir şekilde kurtarılamaz.

2.2 Güç Frekans Dayanımı

Güç frekans dayanımı test voltajı, ikincil uç, alt tabaka ve toprak arasında uygulanır. Düzgün olmayan elektrik alanında, ortamın parlama alan gücünü yaklaşık olarak formül (4) ile hesaplayabilirsiniz.

Formülde, E_BD  yalıtım malzemesinin iki elektrotu arasındaki parlama alan gücünü (tepe değeri), U_BD dielektrik parlama voltajını (efektif değer) ve s parlama mesafesini, η ise elektrik alan kullanım katsayısını gösterir.

2.3 Temel Hata

Bir akım transformatörünün temel hataları, oran hatası ve faz hatasıdır. Çalışma koşullarından bağımsız olarak, temel hata, standartta belirtilen hassasiyet seviyesine karşılık gelen hata sınır değerini aşmamalıdır.

3 Test Koşulları
3.1 Test Örneklerinin Seçimi

Test edilecek epoksi reçinasi yalıtımlı düşük gerilimli akım transformatörlerini rastgele seçiniz ve ardışık olarak iki grup test yapınız. Test örneklerinin gruplanması ve parametreleri Tablo 1'de gösterilmiştir.

3.2 Test Ekipmanı

Testte kullanılan ekipman ve parametreler Tablo 2'de gösterilmiştir.

3.3 Dalga Testi

GB/T 4208 - 2017 "Kabuklar Tarafından Sağlanan Koruma Dereceleri (IP Kodları)" standardındaki IPX8 düzenlemesine göre, test temiz su ile gerçekleştirilir. Yüksekliği 850 mm'den küçük olan kabuklar için, en düşük nokta su yüzeyinin 1000 mm altına yerleştirilmelidir. Testten önce, örneğin yalıtım direnci, güç frekans dayanımı ve temel hatasını ölçün ve ardından dalga testini gerçekleştirin.

İlk test grubunda, aynı üreticiden alınan 3 test örneği dalga test ekipmanına yerleştirildi. Musluk suyu, sıvı seviyesi 1000 mm ve su sıcaklığı 15 °C'ye getirildi. 5 gün suya dalgalandıktan sonra çıkarıldı. Üzerindeki su damlaları kurutulmuş bir bezle silindi ve 15 dakika bekletildi. Kurutulduktan sonra testler yapıldı. Sonrasında her gün 10 gün boyunca testler tekrarlandı. Son olarak, oda sıcaklığında 5 gün havalandı ve havalandıktan sonra tekrar test edildi. İkinci test grubunda, örnek sayısı artırıldı. Rastgele seçilen 5 üreticiden alınan test örnekleri doğrudan 10 gün suya dalgalandırıldı, ardından 5 gün havalandı ve havalandıktan sonra tekrar test edildi.

3.4 Test Verileri
3.4.1 Yalıtım Direnci

Yalıtım direnci, 500V DC voltaj aralığı kullanılarak ölçüldü. İki test grubunun yalıtım direnci değerleri (kısmi) Tablo 3 ve Tablo 4'te gösterilmiştir.

#3 test örneği, en büyük yalıtım direnci değişim oranına sahip oldu. 10 gün suya dalgalandıktan sonra, yalıtım direnci 43.3 MΩ oldu. 5 gün havalandıktan sonra, yalıtım direnci 46.0 MΩ oldu ve değişim oranı % - 99'a ulaştı. Dalga testi ve kurutma sonrası, kalan 7 test örneğinin tümü ilk kurutulmuş durumun yalıtım direnci büyüklüğünü tekrar kazandı.

3.4.2 Güç Frekans Dayanımı

İki test grubunda toplamda 8 test örneği vardı. Bunlardan 7'si güç frekans dayanımı testini geçti. Sadece #3 test örneği, test sırasında voltaj yükseltmesi zorluk çekti ve çok açık bir deşarj sesi duyuldu. Testten sonra, #3 test örneğinin alt tabaka ile epoksi reçinası arasındaki bağlantı noktasında açık su izleri bulundu. Bu test örneğinin alt tabaka reçinasının döküm arayüzüne açık bir boşluk vardı. Testten sonraki test örneğinin alt tabakası Şekil 1'de gösterilmiştir. Su dalgalanması gibi nemli bir ortamda, dışarıdan giren nem, boşluk aracılığıyla cismin içine girer ve dışarı atılamaz, bu da yalıtım seviyesini düşürür.

3.4.3 Temel Hata

Dalgalanmadan önce ve sonra 8 test örneği üzerinde hata testleri yapıldı. #3 test örneğini örnek alarak, hata test verileri Tablo 5'te gösterilmiştir.

4 Test Analizi

Düşük gerilimli akım transformatörleri, yalıtım malzemeleri, demir çekirdekleri ve sarımlardan oluşur. Bir döküm işlemi kullanılır: epoksi reçinasi, silikon mikro tozu, dayanıklılık artırıcılar, hızlandırıcılar ve katılaştırıcılar belirlenen oranlarda karıştırılır, düzgün bir şekilde karıştırılır ve belirli koşullar altında kalıp içine enjekte edilir ve katılaşır.

4.1 Yalıtım Direnci

Şekil 2, farklı test gruplarındaki akım transformatörlerinin yalıtım direnci verilerinin dağılım histogramıdır. Çoğu test edilen transformatör, dalgalanma ve kurutma sonrası tutarlı bir yalıtım direnci değişikliği gösterir: dalgalanma sırasında anlamlı bir başlangıç düşüşü, ardından kurutma sonrası orijinal kurutulmuş durumun büyüklüğüne dönüşür. Sadece #3 test örneği, kurutma sonrası - 99% yalıtım direnci değişim oranına sahiptir, 30 MΩ onaylı kritik değere yakındır.

Test Grubu 2 örnekleri için, dalgalanma sonrası yalıtım direnci değişiklikleri farklıdır. #01, #03, #04, #05 kritik değere düşer; #02 neredeyse değişmez. 5 günlük kurutma sonrası, çoğunlukla orijinal direnç seviyesine döner, #02'nin uzun süreli dalgalanma sonrası su sızıntısı olmadan mükemmel bir yalıtım döküm kalitesi olduğunu gösterir.

Sıcaklık (burada ihmal edilebilir) ve nem, yalıtım direncini etkiler. Nem, test öncesi ve sonrası büyük ölçüde değişir. Genellikle, yüzey iletkenliği düşerken, hacim iletkenliği neredeyse değişmez. Ancak, eğer yalıtım malzemesi düşük su geçirgenliğine sahip veya dökümdeki eksiklikler varsa, ana yalıtım ortamı suyu emer. Kurutma sonrası bile, içerideki su zor bir şekilde buharlaşır. Yüzey iletkenliği hızlıca kurtulur, ancak hacim iletkenliği önemli ölçüde düşer ve etkili bir şekilde kurtarılamaz, bu da genel yalıtım direncini düşürür.

4.2 Güç Frekans Dayanımı

Epoksi reçinasi yalıtımlı düşük gerilimli akım transformatörleri, büyük bir yalıtım marjına sahiptir. Normalde, yüzey nemi, yüzey deşarjına neden olmaz ve dalgalanma ve kurutma sonrası güç frekans dayanımı testini geçerler.

Ancak, yalıtım ortamındaki minik porler, dalgalanma sonrası su moleküllerinin içeri girmesine izin verir, su dolu mikroporlar oluşturur ve katı dielektriği katı-sıvı bileşik haline getirir. Mikroporlardaki su, elektrik alanında kutupsallaşır ve deformasyona uğrar, küresel şekilden elips şeklindeye dönüşerek kanalları bağlar ve parlama alan gücünü azaltır. Daha fazla su, daha yoğun kanallar ve daha uzun dalgalanma, parlama riskini artırır. Dökümdeki hava boşlukları da suyun içeri girmesine izin verir. Bu faktörler, dayanım testi sırasında deşarj seslerine neden olur, #3 test örneğinde görüldüğü gibi.

4.3 Temel Hata

Bir transformatörün hatası, sadece çekirdeğin manyetik özelliklerine ve sarım parametrelerine bağlıdır. Dalgalanma öncesi ve sonrası, çekirdeğin uyarılma özellikleri ve sarım impedansı değişmez ve test verileri, temel hata değişikliğinin çok az olduğunu gösterir.

Dalgalanma testleri ayrıca şunları ortaya koymuştur:

• İkincil uç vidası milyonlarının %75'i (8'den 6'sı) paslanmıştır.

• %50'si (4 örneği) reçinadan renk solması (orijinal olarak Kırmızı Kahverengi No. 3, çok belirgin şekilde aydınlatılmış).

5 Kalite Denetimi Önerileri

Sık sık aşırı hava durumu koşullarında dalgalanma sonrası ciddi yalıtım hatası önleyebilmek için öneriler şunlardır:

• Üretim gözetimini güçlendirin: Yüksek su geçirgenliği epoksi kompozitleri kullanın; yüzey boşluklarını ve iç hava balonlarını önlemek için katı döküm süreç standartlarını uygulayın.

• Yağmur/altyapı alanlarındaki transformatörler için tam performans ve örnek alma incelemelerinde dalga testleri ekleyin.

• Dalgalanmadan sonraki iç ortam değişikliklerini analiz etmek için yok etme test (X-ışını) yeteneklerini geliştirin, tedarikçilerin süreçlerini iyileştirmeye zorlayın.

• Dalga testi gerekliliklerini teknik standartlara dahil edin, özellikle özel amaçlı transformatörler için.

• Başlıca üreticilerle işbirliği yaparak yüksek su geçirgenliği ölçüm transformatörleri geliştirin.

6 Sonuçlar

Bu çalışma, ağır yağmur dalgalanmasından sonra epoksi reçinasi yalıtımlı düşük gerilimli akım transformatörlerinin kalite değerlendirmesini ele almaktadır. Önemli bulgular şunlardır:

• Dalgalanmadan sonra, yalıtım direnci genellikle keskin bir şekilde düşer, ancak kurutma sonrası çoğunlukla kurtulur. Yalıtım direnci < 100 M&Omega; olan örnekler emekliye ayrılmalıdır.

• Dalgalanma, temel hata üzerinde çok az etkiye sahiptir.

• Dalgalanan transformatörler yeniden test edilmelidir; sadece uygun olanlar hizmete kalabilir.

• Dalga testleri, döküm eksikliklerini tespit etmeye yardımcı olur.

Bu sonuçlar, güç şirketleri ve üreticilerin uzun süre dalgalanan transformatörleri değerlendirmelerine ve yeniden kullanmalarına yardımcı olmaktadır.