Indvirkning af langvarig immersion på epoxi-isolerede lavspændingsstrømtransformatorer
1 Introduktion
Lavspændings strømtransformatorer til måling, med en gennemføringstype epoxihartsstruktur, anvendes bredt i fordeltransformatorområder og til små- til mellemstore industrielle og kommercielle elektricitetsforbrug. Som en rækkeudvidelse for elektricitetsmåling har deres ydeevne direkte indflydelse på sikkerheden af elektricitetsforbrug og præcisionen af brugeres handelsberegninger. At studere langvarig neddyrkningens indvirkning på disse transformatorer er praktisk betydningsfuldt for at fastlægge kvaliteten af mange lavspændings-transformatorer, der er oversvømmet af ekstreme regn og flodoversvømmelser.
Forskning i transformatorers fugtighedsabsorption har længe været igang. Eksisterende resultater har ikke dækket betingelser for langvarig neddyrkning, og langvarig neddyrkning forringes strømtransformatorer mere alvorligt end fugtighedsabsorption. I national standard typeprøve for strømtransformatorer er kun beskyttelsesniveauet for indendørs transformatorer IP20, og for udendørs er det IP44; tekniske standarder for energisektoren og netvirksomheder har ikke specificeret dette. For at fastslå, om neddyrkede transformatorer stadig kan anvendes, foretager denne artikel en simuleret neddyrkningstest, analyserer ydeevneændringer efter neddyrkningen, og giver kvalitetsovervågningsanbefalinger for at forbedre transformatorernes vandtæthed.
2 Teoretisk analyse af transformatorers neddyrkningsegenskaber
De hovedsagelige egenskaber ved lavspændings-strømtransformatorer er isolations-egenskaber og målings-egenskaber. Isolations-egenskaberne inkluderer hovedsageligt isolationsmodstand og netspændings-holdbarhedsspanning, og målings-egenskaberne afspejles i den grundlæggende fejl. Neddyrkningsegenskaber refererer til ændringer i isolationsmodstand, netspændings-holdbarhedsspanning og grundlæggende fejl før og efter neddyrkning og tørring.
2.1 Isolationsmodstand
Isolationsmodstanden R består af volumenmodstand Rv og overflademodstand Rs, som vist i formel (1). Volumenresistiviteten ρv og overfladeresistiviteten ρs vises i formler (2) og (3).
I formel, EV er den DC-elektriske feltstyrke inde i isoleringsmaterialet; JV er den stabile strømtæthed; ES er den DC-elektriske feltstyrke; α er den lineære strømtæthed.
Isolationsmodstand påvirkes meget af fugtighed. Da elledigheden af vand er meget højere end den af epoxiharts-isoleringsmaterialer, og vand har en stor dielektrisk konstant, som kan reducere ioniseringsenergien af ioner. Derfor, når isoleringsmaterialet er nedsunket i vand, falder overflademodstanden hurtigt, mens volumenmodstanden ændrer sig lidt; når det nedsunkne materiale er tørt, hvis vandtætheden af mediematerialet er generel eller der er defekter indeni gysset legeme, genoprettes overflademodstanden hurtigt, men volumenmodstanden falder betydeligt og kan ikke effektivt genoprettes.
2.2 Netspændings-holdbarhedsspanning
Prøvespændingen for netspændings-holdbarhedsspanning anvendes mellem sekundærterminal, bundplade og jord. Når i et ujævnt elektrisk felt, kan brydningsspændingstyrken af mediet approksimativt beregnes ved formel (4).
I formel, EBD er brydningsspændingstyrken (topværdi) mellem de to elektroder af isoleringsmaterialet; UBD er dielektrisk brydningsspænding (effektiv værdi); s er brydningafstanden, og η er elektriske feltets udnyttelseskoeficient.
2.3 Grundlæggende fejl
De grundlæggende fejl hos en strømtransformator inkluderer forholdfejl og fasefejl. Uanset arbejdsvilkårene må de grundlæggende fejl ikke overstige fejlgrænsen, der svarer til nøjagtighedsniveauet, angivet i standarden, før den kan anvendes.
3 Prøvebetingelser
3.1 Udvalg af prøveprover
Tilfældigt vælg de epoxiharts-isolerede lavspændings-strømtransformatorer, der skal prøves, og foretag to grupper af prøver efter hinanden. Prøvegruppering og parametre for prøveproverne er vist i Tabel 1.
3.2 Prøveudstyr
Udstyr og parametre, der anvendes i prøven, er vist i Tabel 2.
3.3 Neddyrkningstest
Ifølge IPX8-reglen i GB/T 4208 - 2017 "Beskyttelsesgrad af omslutninger (IP-koder)", udføres prøven med rent vand. For omslutninger med en højde under 850 mm, skal den laveste punkt være 1000 mm under vandspejlet. Før prøven, måles først isolationsmodstand, netspændings-holdbarhedsspanning og grundlæggende fejl af prøveprovet, og derefter udføres neddyrkningstesten.
I den første gruppe af prøver blev 3 prøveprover fra samme producent placeret i dykningstestudstyret. Vand blev pumpet ind, med væskeniveauet på 1000 mm og vandtemperaturen på 15 °C. Efter at være nedsunken i vand i 5 dage, blev de taget ud. Vanddropperne på dem blev tørret af med en tør klud, og de blev ladet stå i 15 minutter. Efter tørring blev prøver udført. Herefter blev prøver udført en gang hver dag i 10 dage. Til sidst blev de luftet ved rumtemperatur i 5 dage, og prøver blev udført igen efter lufttørring. For den anden gruppe af prøver blev provestørrelsen øget. Prøveprover fra 5 tilfældigt valgte producenter blev direkte nedsunken i vand i 10 dage, derefter luftet i 5 dage, og prøvet igen efter lufttørring.
3.4 Prøvedata
3.4.1 Isolationsmodstand
Isolationsmodstanden blev målt ved hjælp af 500V DC-spændingsområde. Isolationsmodstands-værdier (delvis) for de to grupper af prøver er vist i Tabel 3 og Tabel 4.
Prøveprøve #3 havde den største isolationsmodstandsændring. Efter at være nedsunken i vand i 10 dage, var isolationsmodstanden 43,3 MΩ. Efter at være luftet i 5 dage, var isolationsmodstanden 46,0 MΩ, og ændringsraten nåede -99%. Efter neddyrkningstesten og tørring, genvandt de resterende 7 prøveprovers isolationsmodstand til størrelsesordenen af isolationsmodstand i den initielle tørre tilstand.
3.4.2 Netspændings-holdbarhedsspanning
Der var i alt 8 prøveprover i de to grupper af prøver før og efter. Af disse passede 7 netspændings-holdbarhedsspanningsprøven. Kun prøveprøve #3 havde vanskeligheder med spændingsforhøjelse under prøven, og en meget tydelig udladninglyd kunne høres. Efter prøven, blev tydelige vandspor fundet inde i forbindelsen mellem bundpladen og epoxiharpen af prøveprøve #3. Der var en tydelig kløft ved giessningsgrænsen af bundpladen af denne prøveprøve. Bundpladen af prøveprøven efter prøven er vist i figur 1. I en fugtig miljø med vandneddyrkning, trænger ydre fugt ind i indersiden af hovedlegemet gennem kløften og kan ikke udskilles, hvilket resulterer i en reduktion i isolationsniveauet.
3.4.3 Grundlæggende fejl
Fejlprøver blev udført på 8 prøveprover både før og efter neddyrkning. Med prøveprøve #3 som eksempel, er fejlprøvedataene vist i Tabel 5.
4 Prøveanalyse
Lavspændings-strømtransformatorer består hovedsageligt af isoleringsmaterialer, jernkerne og vindinger. De anvender en giessningsproces: epoxiharz, silicium mikropulver, skærmidler, accelereringsmidler og hårdnende midler bliver blandet i specifikke forhold, rørt jævnt, og pumpet ind i former under bestemte betingelser for solidificering.
4.1 Isolationsmodstand
Figur 2 er et histogram over isolationsmodstandsdatafordeling for strømtransformatorer i forskellige prøvegrupper. De fleste prøvede transformatorer viser konsekvente isolationsmodstandsændringer efter neddyrkning og tørring: en markant initial nedgang under neddyrkning, derefter en stigning tilbage til den oprindelige tørre tilstands størrelsesorden. Kun prøveprøve #3 har en -99% isolationsmodstandsændring efter tørring, nær den 30 MΩ godkendte kritiske værdi.
For prøvegruppe 2 prover, variere isolationsmodstandsændringer efter neddyrkning. #01, #03, #04, #05 falder til kritisk værdi; #02 forbliver næsten uændret. Efter 5-dages tørring, vender de mest tilbage til det oprindelige modstands-niveau, hvilket viser, at #02 har fremragende isoleringsgiessningskvalitet uden vandindtrængen efter langvarig neddyrkning.
Temperatur (forbigået her) og fugtighed påvirker isolationsmodstand. Fugtighed ændrer sig meget før og efter prøve. Normalt falder overflademodstanden, mens volumenmodstanden forbliver. Men hvis isoleringsmaterialet har lav vandtæthed eller giessningsdefekter, absorberer hovedisoleringen vand. Selv efter tørring, kan internt vand knap evapore. Overflademodstanden genoprettes, men volumenmodstanden falder betydeligt og kan ikke effektivt genoprettes, hvilket nedbringer den samlede isolationsmodstand.
4.2 Netspændings-holdbarhedsspanning
Epoxiharz-isolerede lavspændings-strømtransformatorer har en stor isolationsmargin. Normalt forårsager overflademugt ikke overfladeudladning, og de passer netspændings-holdbarhedsspanningsprøven efter neddyrkning og tørring.
Imidlertid lader små porer i isoleringsmediumet vandmolekyler ind efter neddyrkning, danner vandfyldte mikroporer og omdanner det faste dielektrikum til et fast-væskekomposit. Vand i mikroporer polariserer og deformeres under elektrisk felt, ændrer sig fra sfæriske til ellipsoidale, forbinder kanaler og reducerer brydningsspændingstyrken. Mere vand og tættere kanaler med længere neddyrkning øger brydningens risiko. Luftkløfter i giessning lader også vand ind. Disse faktorer forårsager udladningslyde under holdbarhedsspanning, som set i prøveprøve #3.
4.3 Grundlæggende fejl
En transformators fejl afhænger kun af jernkernes magnetiske egenskaber og vindingsparametre. Før og efter neddyrkning, forbliver jernkernens ansporegenskaber og vindingsimpedancen uændrede, og prøvedata viser minimal grundlæggende fejlvariation.
Neddyrkningstesten afslørede også:
5 Kvalitetsovervågningsanbefalinger
For at undgå alvorlig isolationsfejl efter neddyrkning under hyppige ekstreme vejrforhold, inkluderer anbefalinger:
6 Konklusioner
Denne undersøgelse behandler kvalitetsvurdering af epoxiharz-isolerede lavspændings-strømtransformatorer efter tung regn neddyrkning. Hovedfund:
Disse resultater vejleder energifirmaer og producenter i at vurdere/genbruge langvarigt nedsunkne transformatorer.
