Ang Epekto sa Pagsulob sa Dugay sa mga Epoxy-Insulated Low-Voltage Current Transformers
1 Pagpakilala
Ang mga low-voltage current transformers para sa metering, na may through-core type epoxy resin structure, ay malawakang ginagamit sa mga distribution transformer areas at para sa maliit hanggang katamtaman na industriyal at komersyal na pagkonsumo ng kuryente. Bilang isang range expander para sa electric energy metering, ang kanilang performance ay direktang nauugnay sa seguridad ng pagkonsumo ng kuryente at ang akurasyon ng mga trade calculations ng mga user. Ang pag-aaral ng impact ng mahabang pagbababad sa mga transformer na ito ay praktikal na mahalaga para matukoy ang kalidad ng maraming low-voltage transformers na napuno ng tubig dahil sa ekstremong ulan at baha.
Ang pag-aaral tungkol sa moisture absorption ng mga transformer ay nagsimula nang matagal. Ang umiiral na mga resulta ay hindi pa nakakakita ng kondisyon ng mahabang pagbababad, at ang mahabang pagbababad ay mas malubhang nagdudulot ng pagkasira sa mga current transformers kaysa sa moisture absorption. Sa pambansang standard na type test para sa mga current transformers, ang protection level ng indoor transformers lamang ang IP20 at ang outdoor ones ay IP44; ang teknikal na pamantayan ng power industry at grid company ay hindi pa ito inilalarawan. Upang matukoy kung ang mga nabababad na transformers ay maaari pa ring gamitin, ang papel na ito ay naglalakbay ng isang simulated immersion test, analisa ng mga pagbabago sa performance post-immersion, at nagbibigay ng mga rekomendasyon para sa quality supervision upang mapabuti ang waterproofing ng mga transformers.
2 Teoretikal na Analisis ng mga Karunungan ng Transformer Immersion
Ang pangunahing karakteristikas ng mga low-voltage current transformers ay ang insulation characteristics at metering characteristics. Ang insulation characteristics ay kasama ang insulation resistance at power frequency withstand voltage, at ang metering characteristics ay ipinapakita sa basic error. Ang immersion characteristics ay tumutukoy sa mga pagbabago sa insulation resistance, power frequency withstand voltage, at basic error ng transformer bago at pagkatapos ng immersion at pagpapatuyo.
2.1 Insulation Resistance
Ang insulation resistance R ay binubuo ng volume resistance Rv at surface resistance Rs, tulad ng ipinapakita sa formula (1). Ang volume resistivity ρv at surface resistivity ρs ay ipinapakita sa formulas (2) at (3).
Sa formula, EV ang DC electric field strength sa loob ng insulating material; JV ang steady-state current density; ES ang DC electric field strength; α ang linear current density.
Ang insulation resistance ay lubhang naapektuhan ng humidity. Dahil ang electrical conductivity ng tubig ay mas mataas kaysa sa epoxy resin insulating materials, at ang tubig ay may malaking dielectric constant, na maaaring mabawasan ang ionization energy ng ions. Kaya, kapag ang insulating material ay nababad sa tubig, ang surface resistivity ay mabilis na bumababa, habang ang volume resistivity ay medyo nangangailangan ng pagbabago; kapag ang nababad na materyal ay pinatuyo, kung ang water resistance ng medium material ay pangkaraniwan o mayroong mga defect sa loob ng cast body, ang surface resistivity ay mabilis na sumasalba, ngunit ang volume resistivity ay mabilis na bumababa at hindi maaaring ma-restore nang epektibo.
2.2 Power Frequency Withstand Voltage
Ang test voltage para sa power frequency withstand voltage ay ipinapasa sa pagitan ng secondary terminal, ang ilalim na plaka at ang lupa. Kapag nasa non-uniform electric field, ang breakdown field strength ng medium ay maaaring hamparin gamit ang formula (4).
Sa formula, EBD ang breakdown field strength (peak value) sa pagitan ng dalawang electrodes ng insulating material; UBD ang dielectric breakdown voltage (effective value); s ang breakdown distance, at η ang electric field utilization coefficient.
2.3 Basic Error
Ang mga basic errors ng isang current transformer kasama ang ratio error at phase error. Anuman ang working condition, ang basic error ay hindi dapat lumampas sa error limit value na nasa standard bago ito maaaring gamitin.
3 Test Conditions
3.1 Paggamit ng Mga Sampol ng Test
Piliin nang random ang mga epoxy resin-insulated low-voltage current transformers na sususunod na subukan, at gawin ang dalawang grupo ng test. Ang test grouping at parameters ng mga sampol ng test ay ipinapakita sa Table 1.
3.2 Kagamitan ng Test
Ang mga kagamitan at parameter na ginamit sa test ay ipinapakita sa Table 2.
3.3 Immersion Test
Ayon sa IPX8 regulation sa GB/T 4208 - 2017 "Degrees of Protection Provided by Enclosures (IP Codes)", ang test ay isinasagawa gamit ang malinis na tubig. Para sa mga enclosure na may taas na bababa sa 850 mm, ang pinakamababang punto ay dapat 1000 mm sa ibaba ng ibabaw ng tubig. Bago ang test, una munang sukatin ang insulation resistance, power-frequency withstand voltage, at basic error ng sampol ng test, at pagkatapos ay isagawa ang immersion test.
Sa unang grupo ng test, tatlong sampol ng test mula sa parehong manufacturer ay ilalagay sa diving test equipment. Ilalagay ang tap water, na ang liquid level height ay 1000 mm at ang temperatura ng tubig ay 15 °C. Pagkatapos ng 5 araw ng pagbababad, ilalabas sila. Ipaglabas ang mga water droplets sa kanila gamit ang dry cloth, at i-stand sila ng 15 minuto. Pagkatapos ng pagpapatuyo, isagawa ang mga test. Subsequently, isagawa ang mga test araw-araw ng 10 araw. Sa huli, i-air sila sa room temperature ng 5 araw, at isagawa muli ang mga test pagkatapos ng air-drying. Para sa pangalawang grupo ng test, tumaas ang sample size. Ang mga sampol ng test mula sa 5 random na pinili na manufacturers ay direkta na inilagay sa tubig ng 10 araw, pagkatapos ay i-air sila ng 5 araw, at isagawa muli ang mga test pagkatapos ng air-drying.
3.4 Test Data
3.4.1 Insulation Resistance
Ang insulation resistance ay iminumetro gamit ang 500V DC voltage range. Ang mga insulation resistance values (partial) ng dalawang grupo ng test ay ipinapakita sa Table 3 at Table 4.
Ang #3 test sample ay may pinakamalaking insulation resistance change rate. Pagkatapos ng 10 araw ng pagbababad, ang insulation resistance ay 43.3 MΩ. Pagkatapos ng 5 araw ng pagpapatuyo, ang insulation resistance ay 46.0 MΩ, at ang change rate ay umabot sa -99%. Pagkatapos ng immersion test at pagpapatuyo, ang insulation resistances ng natitirang 7 test samples ay lahat bumawi sa order of magnitude ng insulation resistance sa initial dry state.
3.4.2 Power-frequency Withstand Voltage
Mayroong kabuuang 8 test samples sa dalawang grupo ng test bago at pagkatapos. Sa kanila, 7 ang lumampas sa power-frequency withstand voltage test. Tanging ang #3 test sample lang ang mayroong difficulty sa voltage boosting sa panahon ng test, at maaaring marinig ang napakalakihang discharge sound. Pagkatapos ng test, natuklasan ang obvious na water traces sa loob ng joint sa pagitan ng ilalim na plaka at ang epoxy resin ng #3 test sample. May obvious na gap sa pouring interface ng ilalim na plaka resin ng test sample na ito. Ang ilalim na plaka ng test sample pagkatapos ng test ay ipinapakita sa Figure 1. Sa isang basa na environment na may water immersion, ang external moisture ay pumapasok sa loob ng main body sa pamamagitan ng gap at hindi maaaring mailabas, na nagresulta sa pagbaba ng insulation level.
3.4.3 Basic Error
Isinagawa ang error tests sa 8 test samples bago at pagkatapos ng immersion. Bilang halimbawa, ang error test data ng test sample #3 ay ipinapakita sa Table 5.
4 Analisis ng Test
Ang mga low-voltage current transformers ay pangunahing binubuo ng insulating materials, iron cores, at windings. Ginagamit nila ang casting process: ang epoxy resin, silicon micropowder, toughening agents, accelerators, at curing agents ay hinahalo sa tiyak na proporsyon, sinisidlan nang pantay, at inilalagay sa molds sa ilalim ng tiyak na kondisyon para sa solidification.
4.1 Insulation Resistance
Ang Figure 2 ay isang histogram ng distribution ng insulation resistance data ng current transformers sa iba't ibang test groups. Ang karamihan sa mga inisyu ng transformers ay ipinapakita ang consistent na mga pagbabago sa insulation resistance pagkatapos ng immersion at pagpapatuyo: isang significant na initial drop sa panahon ng immersion, pagkatapos ay bumabalik sa original na dry-state order of magnitude pagkatapos ng pagpapatuyo. Tanging ang test sample #3 ang may -99% na insulation resistance change rate pagkatapos ng pagpapatuyo, malapit sa 30 MΩ na qualified critical value.
Para sa Test Group 2 samples, ang mga pagbabago sa insulation resistance ay magkaiba pagkatapos ng immersion. #01, #03, #04, #05 bumaba sa critical value; #02 halos hindi nagbago. Pagkatapos ng 5-araw na pagpapatuyo, bumabalik sila sa orihinal na resistance level, na ipinapakita na ang #02 ay may napakagandang insulation casting quality na walang penetration ng tubig pagkatapos ng mahabang immersion.
Ang temperatura (negligible dito) at humidity ay nakakaapekto sa insulation resistance. Malaking pagbabago ang humidity pre- at post-test. Normal na, ang surface resistivity ay bumababa habang ang volume resistivity ay halos hindi nagbabago. Ngunit kung ang insulating material ay may mababang water resistance o casting defects, ang pangunahing insulation medium ay nagsisiil ng tubig. Kahit pagkatapos ng pagpapatuyo, ang internal water ay mahirap makalayas. Ang surface resistivity ay bumabalik, ngunit ang volume resistivity ay bumababa nang hindi maaaring mabawi, na nagresulta sa pagbaba ng overall insulation resistance.
4.2 Power Frequency Withstand Voltage
Ang epoxy resin-insulated low-voltage current transformers ay may malaking insulation margin. Normal na, ang surface moisture ay hindi nagdudulot ng surface discharge, at lumalampas sila sa power frequency withstand voltage test pagkatapos ng immersion at pagpapatuyo.
Gayunpaman, ang mga tiny pores sa insulation medium ay nagpapapasok ng water molecules pagkatapos ng immersion, na nagreresulta sa water-filled micropores at nagbabago ang solid dielectric sa solid-liquid composite. Ang tubig sa micropores ay polarizes at deforms under the electric field, nagbabago mula spherical to ellipsoidal, connecting channels at nagbabawas ng breakdown field strength. Mas maraming tubig at mas dense na channels na may mas mahabang immersion ay nagdudulot ng mas mataas na panganib ng breakdown. Ang mga air gaps sa casting ay din nagpapapasok ng tubig. Ang mga factor na ito ay nagdudulot ng discharge sounds sa panahon ng withstand voltage, tulad ng nakita sa test sample #3.
4.3 Basic Error
Ang error ng isang transformer ay depende lamang sa magnetic properties ng core at winding parameters. Bago at pagkatapos ng immersion, ang excitation characteristics ng core at winding impedance ay hindi nagbabago, at ang test data ay nagpapakita ng minimal na variation sa basic error.
Ang immersion tests ay nagpapakita rin:
5 Mga Rekomendasyon para sa Quality Supervision
Upang maiwasan ang severe insulation failure pagkatapos ng immersion sa gitna ng madalas na extreme weather, ang mga rekomendasyon ay kasama:
6 Kasimpulan
Ang pag-aaral na ito ay tumutugon sa quality assessment ng epoxy-insulated low-voltage current transformers pagkatapos ng heavy rain immersion. Ang mga pangunahing natuklasan:
Ang mga resulta na ito ay nagbibigay ng gabay sa mga power companies at manufacturers sa pag-assess at pag-reuse ng mga long-immersed transformers.
