Dlouhodobý vliv ponoření na epoxidově izolované nízkonapěťové proudové transformátory
1 Úvod
Nízko-tlaké proudivé transformátory pro měření s konstrukcí z epoxidové smoly typu skrz jádro jsou široce používány v oblastech distribučních transformátorů a pro malé a střední průmyslové a obchodní spotřebiče elektrické energie. Jako rozšiřovače rozsahu měření elektrické energie je jejich výkon přímo spojen s bezpečností spotřeby elektrické energie a přesností obchodních výpočtů uživatelů. Studium dopadu dlouhodobého ponoru na tyto transformátory má praktický význam pro určení kvality mnoha nízkotlakých transformátorů zaplavených extrémními dešti a povodněmi.
Výzkum absorbce vlhkosti v transformátorech probíhá již dlouho. Stávající výsledky nezahrnují podmínky dlouhodobého ponoru, a dlouhodobý ponor transformátory poškozuje více než absorbce vlhkosti. V národním standardu typových zkoušek pro proudivé transformátory je ochranná úroveň pouze uvnitř IP20 a venku IP44; technické standardy energetického průmyslu a síťových společností to neupřesňují. Aby bylo možné zjistit, zda mohou zaplavené transformátory být stále používány, tato práce provádí simulovanou zkoušku ponoru, analyzuje změny výkonu po ponoru a nabízí návrhy na zlepšení dozoru nad kvalitou, aby se zlepšila vodotěsnost transformátorů.
2 Teoretická analýza charakteristik ponoru transformátoru
Hlavní charakteristiky nízkotlakých proudivých transformátorů jsou izolační charakteristiky a měřicí charakteristiky. Izolační charakteristiky zahrnují hlavně odpor izolace a hranici tepelného odolání síťové frekvence, a měřicí charakteristiky jsou odráženy v základní chybě. Charakteristiky ponoru odkazují na změny odporu izolace, hranice tepelného odolání síťové frekvence a základní chyby transformátoru před ponorem a po ponoru a sušení.
2.1 Odpor izolace
Odpor izolace R se skládá z objemového odporu Rv a povrchového odporu Rs, jak je uvedeno ve vzorci (1). Objemová rezistivita ρv a povrchová rezistivita ρs jsou uvedeny ve vzorcích (2) a (3).
Ve vzorci, EV je síla stejnosměrného elektrického pole uvnitř izolačního materiálu; JV je hustota stabilního proudu; ES je síla stejnosměrného elektrického pole; α je lineární hustota proudu.
Odpor izolace je velmi ovlivněn vlhkostí. Protože elektrická vodivost vody je mnohem vyšší než u epoxidových resinových izolačních materiálů, a voda má velkou dielektrickou konstantu, která může snížit ionizační energii iontů. Když je izolační materiál ponoren do vody, povrchový odpor rychle klesne, zatímco objemový odpor se málo mění; když je ponorný materiál osušen, pokud je vodotěsnost prostředku obecná nebo existují vnitřní defekty v odlitku, povrchový odpor se rychle obnoví, ale objemový odpor klesne výrazně a nemůže být efektivně obnoven.
2.2 Hranice tepelného odolání síťové frekvence
Zkoušební napětí pro hranici tepelného odolání síťové frekvence se aplikuje mezi sekundárním terminálem, podložkou a zemí. V nerovnoměrném elektrickém poli lze bušící sílu média přibližně vypočítat pomocí vzorce (4).
Ve vzorci, EBD je bušící síla (vrcholová hodnota) mezi dvěma elektrodami izolačního materiálu; UBD je dielektrické bušící napětí (účinná hodnota); s je bušící vzdálenost, a η je koeficient využití elektrického pole.
2.3 Základní chyba
Základní chyby proudivého transformátoru zahrnují poměrovou chybu a fázovou chybu. Bez ohledu na pracovní podmínky nesmí základní chyba překročit limitní hodnotu chyby odpovídající přesnosti stanovené v normě, aby mohly být použity.
3 Podmínky zkoušky
3.1 Výběr zkoušebních vzorků
Náhodně vyberte epoxidově izolované nízkotlaké proudivé transformátory, které mají být testovány, a postupně provedete dvě skupiny zkoušek. Skupinové uspořádání a parametry zkoušebních vzorků jsou uvedeny v tabulce 1.
3.2 Zkoušecí zařízení
Zařízení a parametry použité v zkoušce jsou uvedeny v tabulce 2.
3.3 Zkouška ponoru
Podle předpisu IPX8 v GB/T 4208-2017 "Úrovně ochrany poskytované obaly (IP kódy)" se zkouška provádí v čisté vodě. Pro obaly s výškou menší než 850 mm musí být nejnižší bod 1000 mm pod hladinou vody. Před zkouškou se nejprve změří odpor izolace, hranice tepelného odolání síťové frekvence a základní chyba zkoušebního vzorku, a poté se provede zkouška ponoru.
V první skupině zkoušek bylo umístěno do zkoušecího zařízení pro ponor 3 zkoušebních vzorků od stejného výrobce. Byla napuštěna vodovodní voda, s výškou hladiny 1000 mm a teplotou vody 15 °C. Po ponoření do vody po dobu 5 dní byly vzorky vytaženy. Vodní kapky na nich byly otřeny suchým hadříkem a nechány stát po dobu 15 minut. Po osušení byly provedeny zkoušky. Poté byly zkoušky prováděny každý den po dobu 10 dní. Nakonec byly vzorky osušeny při pokojové teplotě po dobu 5 dní a po osušení byly znovu provedeny zkoušky. V druhé skupině zkoušek byl zvětšen vzorek. Zkoušební vzorky od 5 náhodně vybraných výrobců byly přímo ponořeny do vody po dobu 10 dní, pak byly osušeny při pokojové teplotě po dobu 5 dní a po osušení byly znovu provedeny zkoušky.
3.4 Zkoušková data
3.4.1 Odpor izolace
Odpor izolace byl změřen pomocí rozsahu stejnosměrného napětí 500 V. Hodnoty odporu izolace (částečné) ze dvou skupin zkoušek jsou uvedeny v tabulkách 3 a 4.
Zkoušební vzorek č. 3 měl největší změnu odporu izolace. Po ponoření do vody po dobu 10 dní byl odpor izolace 43,3 MΩ. Po osušení po dobu 5 dní byl odpor izolace 46,0 MΩ, a míra změny dosáhla -99%. Po zkoušce ponoru a sušení se odpor izolace zbylých 7 zkoušebních vzorků obnovil na řád velikosti odporu izolace v počátečním suchém stavu.
3.4.2 Hranice tepelného odolání síťové frekvence
Celkem bylo 8 zkoušebních vzorků v obou skupinách zkoušek před a po. Mezi nimi 7 složilo zkoušku hranice tepelného odolání síťové frekvence. Pouze zkoušební vzorek č. 3 měl potíže s navýšením napětí během zkoušky a byl slyšet velmi výrazný zvuk výboje. Po zkoušce byly nalezeny výrazné stop
