تاثیر غوطهوری طولانی مدت بر ترانسفورماتورهای جریان کم فشار عایقبندی شده با رزین اپوکسی
1 مقدمه
محولات التيار منخفضة الجهد المستخدمة للقياس، ذات هيكل راتنجي إبوكسي من النوع الذي يمر عبر اللب، تستخدم على نطاق واسع في مناطق محولات التوزيع وللاستهلاك الكهربائي الصغير إلى المتوسط الحجم للأعمال التجارية والصناعية. كوسيلة لتوسيع نطاق قياس الطاقة الكهربائية، فإن أداءها يتعلق مباشرة بأمان استهلاك الكهرباء ودقة حسابات التجارة للمستخدمين. دراسة تأثير الغمر لفترات طويلة على هذه المحولات لها أهمية عملية كبيرة لتقرير جودة العديد من المحولات المنخفضة الجهد التي غمرتها الأمطار الغزيرة والفيضانات الشديدة.
لطالما كان البحث عن امتصاص الرطوبة في المحولات مستمراً. النتائج الموجودة لم تغطي ظروف الغمر لفترات طويلة، والغمر لفترات طويلة يسبب تدهوراً أكبر للمحولات أكثر من امتصاص الرطوبة. في الاختبارات النموذجية الوطنية للمحولات، يكون مستوى الحماية للمحولات الداخلية IP20 وأما الخارجية فهي IP44؛ ولم تحدد المعايير التقنية للشركات الكهربائية وشركات الشبكة هذا المستوى. لتحديد ما إذا كانت المحولات المنغمرة لا تزال قابلة للاستخدام، يقوم هذا البحث بإجراء اختبار غمر محاكي، ويحلل التغييرات في الأداء بعد الغمر، ويقدم اقتراحات لمراقبة الجودة لتحسين مقاومة المياه للمحولات.
2 التحليل النظري لخصائص غمر المحولات
الخصائص الرئيسية للمحولات التيارية ذات الجهد المنخفض هي خصائص العزل وخواص القياس. خصائص العزل تتضمن بشكل أساسي مقاومة العزل وتحمل الجهد الكهربائي الترددي، بينما تعكس خصائص القياس الخطأ الأساسي. خصائص الغمر تشير إلى التغييرات في مقاومة العزل وتحمل الجهد الكهربائي الترددي والخطأ الأساسي للمحول قبل الغمر وبعد الغمر والتجفيف.
2.1 مقاومة العزل
مقاومة العزل R تتكون من مقاومة الحجم Rv ومعامل السطح Rs، كما هو موضح في المعادلة (1). مقاومة الحجم ρv ومعامل السطح ρs موضحان في المعادلات (2) و (3).
في المعادلة، EV هو شدة المجال الكهربائي المباشر داخل المادة العازلة؛ JV هو كثافة التيار الثابتة؛ ES هو شدة المجال الكهربائي المباشر؛ α هي كثافة التيار الخطية.
تأثر مقاومة العزل بالرطوبة بشكل كبير. بما أن الموصلية الكهربائية للماء أعلى بكثير من مواد العزل الراتنجية الإبوكسي، والماء له ثابت ديالكتريكي كبير يمكنه تقليل طاقة أيونات الأيونات. لذلك، عندما يتم غمر المادة العازلة بالماء، تنخفض مقاومة السطح بسرعة، بينما تبقى مقاومة الحجم دون تغيير كبير؛ عندما يتم تجفيف المادة المنغمرة، إذا كانت مقاومة الماء للمادة العازلة عامة أو يوجد عيوب داخل الجسم المصبوب، تتعافى مقاومة السطح بسرعة، ولكن تنخفض مقاومة الحجم بشكل كبير ولا يمكن استعادتها بشكل فعال.
2.2 تحمل الجهد الكهربائي الترددي
يتم تطبيق الجهد الكهربائي لاختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي بين الطرف الثانوي واللوحة السفلية والأرض. في حالة المجال الكهربائي غير المنتظم، يمكن تقدير شدة الانهيار للمادة بواسطة المعادلة (4).
في المعادلة، EBD هو شدة الانهيار (القيمة القصوى) بين الكهربائيين للمادة العازلة؛ UBD هو جهد الانهيار الكهربائي (القيمة الفعالة)؛ s هو المسافة الانهيار، و η هو معامل استخدام المجال الكهربائي.
2.3 الخطأ الأساسي
الأخطاء الأساسية للمحول التياري تشمل خطأ نسبة وخطأ مرحلة. بغض النظر عن حالة العمل، يجب ألا يتجاوز الخطأ الأساسي قيمة الخطأ القصوى المحددة في المعيار المقابل لمستوى الدقة المحدد قبل استخدامه.
3 شروط الاختبار
3.1 اختيار العينات
اختيار عشوائي للمحولات التيارية ذات الجهد المنخفض العازلة بالراتنج الإبوكسي للخضوع للاختبار، وإجراء مجموعتين من الاختبارات بشكل متتابع. تظهر مجموعات الاختبار ومعلمات العينات في الجدول 1.
3.2 معدات الاختبار
المعدات والمعلمات المستخدمة في الاختبار موضحة في الجدول 2.
3.3 اختبار الغمر
وفقًا للوائح IPX8 في GB/T 4208 - 2017 "درجات الحماية المقدمة بواسطة الأغلفة (رموز IP)"، يتم إجراء الاختبار باستخدام ماء نظيف. بالنسبة للأغلفة التي ارتفاعها أقل من 850 مم، يجب أن يكون النقطة الدنيا 1000 مم تحت سطح الماء. قبل الاختبار، يتم قياس مقاومة العزل وتتحمل الجهد الكهربائي الترددي والخطأ الأساسي للعينة ثم إجراء اختبار الغمر.
في المجموعة الأولى من الاختبارات، تم وضع 3 عينات اختبار من نفس الشركة المصنعة في معدات الاختبار الغاطسة. تم حقن مياه الصنبور، وكانت ارتفاع السائل 1000 مم ودرجة حرارة الماء 15 درجة مئوية. بعد غمرها لمدة 5 أيام، تم إخراجها. تم مسح قطرات الماء عنها بقطعة قماش جافة، وتركها لمدة 15 دقيقة. بعد التجفيف، تم إجراء الاختبارات. ثم تم إجراء الاختبارات مرة واحدة كل يوم لمدة 10 أيام. في النهاية، تم تركها لتعرضها للهواء في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 أيام، وتم إجراء الاختبارات مرة أخرى بعد التجفيف. بالنسبة للمجموعة الثانية من الاختبارات، تم زيادة حجم العينة. تم غمر عينات الاختبار من 5 مصنعين تم اختيارهم عشوائيًا لمدة 10 أيام، ثم تركها لتعرضها للهواء لمدة 5 أيام، وتم إجراء الاختبارات مرة أخرى بعد التجفيف.
3.4 بيانات الاختبار
3.4.1 مقاومة العزل
تم قياس مقاومة العزل باستخدام نطاق الجهد الكهربائي المباشر 500 فولت. قيم مقاومة العزل (جزء منها) لمجموعتي الاختبار موضحة في الجدول 3 والجدول 4.
عينة الاختبار رقم 3 كانت لديها أكبر معدل تغيير في مقاومة العزل. بعد غمرها بالماء لمدة 10 أيام، كانت مقاومة العزل 43.3 ميجا أوم. بعد تجفيفها لمدة 5 أيام، كانت مقاومة العزل 46.0 ميجا أوم، ومعدل التغيير بلغ -99٪. بعد اختبار الغمر والتجفيف، استعادت مقاومة العزل للعينات الباقية السبع جميعها إلى درجة مقاومة العزل في الحالة الجافة الأولية.
3.4.2 تحمل الجهد الكهربائي الترددي
كان هناك مجموعتان من العينات البالغ عددها 8 عينات قبل وبعد الاختبار. من بينها، نجحت 7 عينات في اختبار تحمل الجهد الكهربائي الترددي. كانت العينة رقم 3 فقط صعبة في زيادة الجهد، وكان يمكن سماع صوت تسرب واضح جداً. بعد الاختبار، تم العثور على آثار واضحة للماء داخل الوصلة بين اللوحة السفلية والراتنج الإبوكسي للعينة رقم 3. كان هناك فجوة واضحة في واجهة صب الراتنج السفلي لهذه العينة. اللوحة السفلية للعينة بعد الاختبار موضحة في الشكل 1. في البيئة الرطبة مع غمر الماء، يدخل الرطوبة الخارجية داخل الجسم الرئيسي عبر الفجوة ولا يمكن تصريفها، مما يؤدي إلى انخفاض في مستوى العزل.
3.4.3 الخطأ الأساسي
تم إجراء اختبارات الخطأ على 8 عينات قبل وبعد الغمر. كمثال، البيانات الخاصة باختبار الخطأ للعينة رقم 3 موضحة في الجدول 5.
4 تحليل الاختبار
تتكون المحولات التيارية ذات الجهد المنخفض بشكل أساسي من مواد العزل واللباب واللفائف. يستخدمون عملية الصب: يتم خلط الراتنج الإبوكسي والسيليكا الدقيقة والمواد المقوية والمسرعات والمواد المصلبة بنسبة محددة، ويتم الخلط بشكل متساوٍ ويتم حقنها في القوالب تحت ظروف معينة للتصلب.
4.1 مقاومة العزل
الشكل 2 هو مخطط توزيع بيانات مقاومة العزل للمحولات التيارية في مجموعات الاختبار المختلفة. تظهر معظم المحولات التي تم اختبارها تغييرات متسقة في مقاومة العزل بعد الغمر والتجفيف: انخفاض كبير في البداية أثناء الغمر، ثم ارتفاعembali ke magnitude asli setelah pengeringan. Hanya sampel uji #3 yang memiliki tingkat perubahan resistansi isolasi -99% setelah pengeringan, mendekati nilai kritis yang memenuhi syarat 30 MΩ.
3.4.2 Tegangan Daya Frekuensi Rendah yang Dapat Ditetapkan
Ada total 8 sampel uji dalam dua kelompok sebelum dan sesudah. Di antaranya, 7 lulus uji tegangan daya frekuensi rendah. Hanya sampel uji #3 yang mengalami kesulitan dalam peningkatan tegangan, dan suara pelepasan yang sangat jelas dapat terdengar. Setelah uji, jejak air yang jelas ditemukan di dalam sambungan antara pelat dasar dan resin epoksi dari sampel uji #3. Ada celah yang jelas pada antarmuka penyiraman resin pelat dasar sampel uji ini. Pelat dasar sampel uji setelah uji ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam lingkungan lembab dengan pengendapan air, kelembaban eksternal masuk ke dalam badan utama melalui celah dan tidak dapat dibuang, mengakibatkan penurunan level isolasi.
3.4.3 Kesalahan Dasar
Uji kesalahan dilakukan pada 8 sampel uji sebelum dan sesudah pengendapan. Sebagai contoh, data uji kesalahan untuk sampel uji #3 ditunjukkan dalam Tabel 5.
4 Analisis Uji
Transformator arus tegangan rendah terutama terdiri dari bahan isolasi, inti besi, dan gulungan. Mereka menggunakan proses pencetakan: resin epoksi, bubuk silikon, agen penguat, akselerator, dan agen pengeras dicampur dalam proporsi tertentu, diaduk rata, dan disuntikkan ke dalam cetakan dalam kondisi tertentu untuk mengeras.
4.1 Resistansi Isolasi
Gambar 2 adalah histogram distribusi data resistansi isolasi transformator arus dalam kelompok uji yang berbeda. Sebagian besar transformator yang diuji menunjukkan perubahan resistansi isolasi yang konsisten setelah pengendapan dan pengeringan: penurunan signifikan awal selama pengendapan, kemudian kenaikan kembali ke orde magnitudo resistansi isolasi keadaan kering awal. Hanya sampel uji #3 yang memiliki tingkat perubahan resistansi isolasi -99% setelah pengeringan, mendekati nilai kritis yang memenuhi syarat 30 MΩ.
Untuk sampel Grup Uji 2, perubahan resistansi isolasi bervariasi setelah pengendapan. #01, #03, #04, #05 turun hingga batas kritis; #02 hampir tidak berubah. Setelah pengeringan 5 hari, mereka sebagian besar kembali ke tingkat resistansi asli, menunjukkan bahwa #02 memiliki kualitas pencetakan isolasi yang sangat baik tanpa penetrasi air setelah pengendapan jangka panjang.
Suhu (diabaikan di sini) dan kelembaban mempengaruhi resistansi isolasi. Perubahan kelembaban sangat besar sebelum dan sesudah uji. Secara umum, resistivitas permukaan menurun sementara resistivitas volume tetap. Tetapi jika bahan isolasi memiliki ketahanan air yang rendah atau cacat pencetakan, media isolasi utama menyerap air. Bahkan setelah pengeringan, air internal sulit menguap. Resistivitas permukaan pulih, tetapi resistivitas volume anjlok secara drastis dan tidak dapat dipulihkan, menurunkan resistansi isolasi secara keseluruhan.
4.2 Tegangan Daya Frekuensi Rendah yang Dapat Ditetapkan
Transformator arus tegangan rendah yang diisolasi dengan resin epoksi memiliki margin isolasi yang besar. Secara normal, kelembaban permukaan tidak menyebabkan pelepasan permukaan, dan mereka lulus uji tegangan daya frekuensi rendah setelah pengendapan dan pengeringan.
Namun, pori-pori kecil dalam media isolasi memungkinkan molekul air masuk setelah pengendapan, membentuk pori-pori mikro yang berisi air dan mengubah dielektrik padat menjadi komposit padat-cair. Air dalam pori-pori mikro dipolarisasi dan berubah bentuk di bawah medan listrik, dari bulat menjadi elips, menghubungkan saluran dan mengurangi kekuatan lapangan pemecahan. Lebih banyak air dan saluran yang lebih padat dengan pengendapan yang lebih lama meningkatkan risiko pemecahan. Celah udara dalam pencetakan juga memungkinkan air masuk. Faktor-faktor ini menyebabkan suara pelepasan selama uji tegangan, seperti yang terlihat pada sampel uji #3.
4.3 Kesalahan Dasar
Kesalahan transformator hanya bergantung pada sifat magnetik inti dan parameter gulungan. Sebelum dan sesudah pengendapan, karakteristik eksitasi inti dan impedansi gulungan tetap tidak berubah, dan data uji menunjukkan variasi kesalahan dasar yang minimal.
Uji pengendapan juga mengungkap:
5 Saran Pengawasan Kualitas
Untuk menghindari kegagalan isolasi yang parah setelah pengendapan di tengah cuaca ekstrem yang sering, saran termasuk:
6 Kesimpulan
Penelitian ini menangani penilaian kualitas transformator arus tegangan rendah yang diisolasi dengan epoksi setelah pengendapan hujan lebat. Temuan utama:
Hasil-hasil ini memberikan panduan bagi perusahaan listrik dan produsen dalam menilai/menggunakan kembali transformator yang telah lama diendapkan.
