Pitkäaikaisen upottamisen vaikutus epoksi-eristettyihin alijännitteisiin virtasensoreihin
1 Johdanto
Matalajännitteiset virtamittarit läpivalovertaisessa epoksiharjakompositirakenteessa ovat laajalti käytössä jakautusmuuntimialueilla ja pienimuotoisissa ja keskisuuruisten teollisuuden ja kaupan sähkönkulutuksessa. Näiden suorituskyky on suoraan yhteydessä sähkönkulutuksen turvallisuuteen ja käyttäjien kauppasuhteiden tarkkuuteen. Pitkäaikaisen upotuksen vaikutusten tutkiminen näihin muuntimiin on käytännöllisesti merkittävää monien matalajännitteisten muuntimien laadun määrittämiseksi, jotka ovat joutuneet äärimmäisen sademäärän ja tulvien aiheuttamaan upotukseen.
Muuntimien kosteuden imurintutkimukset ovat olleet käynnissä kauan. Olemassa olevat tulokset eivät ole kattaneet pitkäaikaista upotusta, ja pitkäaikainen upotus heikentää virtamuuntimia huomattavasti enemmän kuin kosteus imurinta. Kansallisessa standardityypin testissä virtamuuntimille sisäisten muuntimien suojaustaso on IP20 ja ulkoisten IP44; sähköalan ja verkkoyhtiöiden tekniset standardit eivät ole määritelleet sitä. Tämän artikkelin tavoitteena on määrittää, voidaanko upotettuja muuntimia edelleen käyttää, suorittaa simuloidtu upotustesti, analysoida suorituskyvyn muutoksia upotuksen jälkeen ja esittää laatuvalvonnan ehdotuksia parantaaksemme muuntimien vedenpitävyyttä.
2 Teoreettinen analyysi muuntimen upotusominaisuuksista
Matalajännitteisten virtamuuntimien pääominaisuudet ovat eristysominaisuudet ja mittausominaisuudet. Eristysohjaimet sisältävät pääasiassa eristysvastuksen ja verkkovolttisen kestovoltin, ja mittausominaisuudet heijastuvat perusvirheeseen. Upotusominaisuudet viittaavat muuntimen eristysvastuksen, verkkovolttisen kestovolttien ja perusvirheen muutoksiin ennen upotusta ja sen jälkeen sekä kuivuksen jälkeen.
2.1 Eristysvastus
Eristysvastus R koostuu tilavuuseristysvastuksesta Rv ja pintakerrosteristysvastuksesta Rs, kuten kaavassa (1) näkyy. Tilavuuseristysvastus ρv ja pintakerrosteristysvastus ρs näkyvät kaavoissa (2) ja (3).
Kaavassa EV on DC-sähkökentän voima eristävässä materiaalissa; JV on tasapainotila-nykytiheyden; ES on DC-sähkökentän voima; α on lineaarinen nykytiheyden.
Eristysvastus on suuresti vaikutettu kosteudella. Koska veden sähköjohtavuus on paljon korkeampi kuin epoksiharjakompositieristävien materiaalien, ja vesi on suuri dielektrinen vakio, mikä voi vähentää ionien ionisaatioenergiaa. Siksi, kun eristävä materiaali upotetaan veteen, pintakerrosteristysvastus laskee nopeasti, kun taas tilavuuseristysvastus muuttuu vähän; kun upotettu materiaali kuivataan, jos eristävän materiaalin vesivastus on tavallinen tai siellä on puutteita litossa, pintakerrosteristysvastus palautuu nopeasti, mutta tilavuuseristysvastus laskee merkittävästi eikä sitä voida tehokkaasti palauttaa.
2.2 Verkkovolttinen kestovoltti
Verkkovolttin kestovoltin testivoltti sovelletaan toissijaiseen terminaaliin, pohjaan ja maahan. Epätasaisessa sähkökentässä, mediaanin rikkoutumiskentän voiman voidaan lähellä arvioida kaavalla (4).
Kaavassa EBD on rikkoutumiskentän voima (huippuarvo) kahden elektroden välillä eristävässä materiaalissa; UBD on dielektrinen rikkoutumisvoltti (effektiarvo); s on rikkoutumispituus, ja η on sähkökentän hyödyntämiskerroin.
2.3 Perusvirhe
Virtamuuntimen perusvirheet sisältävät suhdevirheen ja vaihevirheen. Riippumatta työtilasta, perusvirhe ei saa ylittää virherajan arvoa, joka on määritelty standardissa ennen käyttöönottoa.
3 Testiohjeet
3.1 Testinäyteiden valinta
Satunnaisesti valitse epoksiharjakompositieristettyjä matalajännitteisiä virtamuuntimia testausta varten, ja suorita kaksi ryhmää testejä peräkkäin. Testiryhmien ja testinäytteiden parametrit näkyvät taulukossa 1.
3.2 Testilaitteisto
Testissä käytetty laitteisto ja parametrit näkyvät taulukossa 2.
3.3 Upotustesti
GB/T 4208 - 2017 "Suojaustason määritys (IP-koodit)" IPX8-määrityksen mukaan testi suoritetaan puhdasta vettä käyttäen. Korkeus alle 850 mm:n varusteille alin piste on 1000 mm vedenpinnan alapuolella. Ennen testiä mitataan ensin testinäytteen eristysvastus, verkkovolttinen kestovoltti ja perusvirhe, ja sitten suoritetaan upotustesti.
Ensimmäisessä testiryhmässä kolme saman valmistajan testinäytettä asetettiin sukellustestilaitteeseen. Vesi syötettiin, nesteenkorkeudeksi 1000 mm ja vedenlämpötilaksi 15 °C. Viiden päivän upotuksen jälkeen ne otettiin pois, niiden vedensilmästä pyyhkäistiin kuivalla liinalla, ja ne jätettiin odottamaan 15 minuuttia. Kuivuuden jälkeen testit suoritettiin. Sitten testit suoritettiin päivittäin 10 päivän ajan. Lopuksi ne ilmoitiin huoneenlämpötilassa 5 päivää, ja testit suoritettiin uudelleen ilmakuivuuden jälkeen. Toisessa testiryhmässä näytteiden määrä lisättiin. Satunnaisesti valitut viiden valmistajan testinäytteet upotettiin veteen 10 päivän ajan, sitten ilmoitiin 5 päivää, ja testit suoritettiin uudelleen ilmakuivuuden jälkeen.
3.4 Testidata
3.4.1 Eristysvastus
Eristysvastus mitattiin 500V:n DC-voltin mittausalueella. Kaksi ryhmän testien eristysvastusarvot (osittain) näkyvät taulukoissa 3 ja 4.
#3 testinäyte oli suurin eristysvastusmuutosnopeus. Viiden päivän upotuksen jälkeen eristysvastus oli 43,3 MΩ. Viiden päivän ilmakuivuuden jälkeen eristysvastus oli 46,0 MΩ, ja muutosnopeus oli -99%. Upotustestin ja kuivuuden jälkeen muut 7 testinäytteen eristysvastukset palasivat alkuperäisen kuivun tilan eristysvastuksen suuruusluokkaan.
3.4.2 Verkkovolttinen kestovoltti
Kahdessa testiryhmässä ennen ja jälkeen oli yhteensä 8 testinäytettä. Niistä 7 menestyivät verkkovolttin kestovolttitestissä. Vain #3 testinäytteellä oli vaikeuksia voltin nostamisessa testissä, ja kuultiin hyvin selvä purkautumisen ääni. Testin jälkeen #3 testinäytteen pohja- ja epoksiharjakompositin välisestä yhdistelmästä löydettiin selvästi vesiä. Tämän testinäytteen pohjan harjakompositissa oli selvä aukko. Testinäytteen pohja testin jälkeen näkyy kuvassa 1. Kosteassa ympäristössä, jossa on vesi, ulkopuolinen kosteus pääsee pääomaan aukon kautta eikä pysty häviämään, mikä vähentää eristystasoa.
3.4.3 Perusvirhe
Virhetestit suoritettiin 8 testinäytteelle ennen ja jälkeen upotuksen. Otetaan esimerkiksi testinäyte #3, virhetestidatan näkyvät taulukossa 5.
4 Testianalyysi
Matalajännitteiset virtamuuntimet koostuvat pääasiassa eristävistä materiaaleista, teräsyleistä ja kierrystä. Ne käyttävät kaiverrusprosessia: epoksiharjakomposiitti, silikanpulveri, jäykistysaine, kiihdyttäjät ja kituminen sekoitetaan määritellyn suhteen, sekoitetaan tasaisesti ja tuotetaan tietyissä olosuhteissa liukeneviksi.
4.1 Eristysvastus
Kuva 2 on histogrammi eri testiryhmien virtamuuntimien eristysvastusdatan jakaumasta. Useimmat testatut muuntimet näyttävät yhdenmukaista eristysvastusmuutosta upotuksen ja kuivuuden jälkeen: merkittävä alkuinen lasku upotuksen aikana, sitten nousee takaisin alkuperäiseen kuivun tilan suuruusluokkaan. Vain testinäyte #3 on -99% eristysvastusmuutosnopeus kuivuuden jälkeen, lähellä 30 MΩ hyväksyttyä rajua.
Testiryhmän 2 näytteille eristysvastusmuutokset vaihtelevat upotuksen jälkeen. #01, #03, #04, #05 laskevat rajuarvoon; #02 pysyy melkein muuttumattomana. Viiden päivän kuivuuden jälkeen ne palaavat usein alkuperäiseen vastusasteeseen, osoittamalla, että #02 on erinomainen eristysvastus ja ei ime vettä pitkäaikaisessa upotuksessa.
Lämpötila (merkityksetön tässä) ja kosteus vaikuttavat eristysvastukseen. Kosteus muuttuu paljon ennen ja jälkeen testiä. Yleisesti, pintakerrosteristysvastus laskee, kun taas tilavuuseristysvastus pysyy ennallaan. Mutta jos eristävä materiaali on vähän vedenkestävä tai on kaiverruspuutteita, pääeristysmedia imee vettä. Jopa kuivuksen jälkeen sisäinen vesi hajotaan tuskin. Pintakerrosteristysvastus palautuu, mutta tilavuuseristysvastus laskee merkittävästi eikä sitä voida tehokkaasti palauttaa, mikä vähentää kokonaisteristysvastusta.
4.2 Verkkovolttinen kestovoltti
Epoksiharjakompositieristettyjen matalajännitteisten virtamuuntimien eristysvarasto on suuri. Yleisesti, pinnankosteus ei aiheuta pinnanpurkautumista, ja ne hyväksytään verkkovolttin kestovolttitestissä upotuksen ja kuivuuden jälkeen.
Kuitenkin, pienet porot eristysmediassa antavat veden molekyyleille pääsyn upotuksen jälkeen, muodostaen vedellä täytettyjä mikroporoja ja muuttamalla kiinteän dielektrisen aineen kiinteä-neste-seoksi. Vesimolekyylit polarisoituvat ja muuttuvat ellipsoidiksi sähkökentässä, yhdistävät kanavat ja vähentävät rikkoutumiskentän voimaa. Lisää vettä ja tiheämpiä kanavia, pidempään upotuksessa, lisäävät rikkoutumisriskiä. Kaiverruspuutteet myös antavat veden päästä sisään. Nämä tekijät aiheuttavat purkautumisen äänet kestovolttitestissä, kuten näkyy testinäyte #3:ssa.
4.3 Perusvirhe
Muuntimen virhe riippuu vain ytimen magneettisista ominaisuuksista ja kierrysten parametreistä. Ennen ja jälkeen upotuksen, ytimen stimulaatiomerkitykset ja kierrysimpedanssit pysyvät muuttumattomina, ja testidatat osoittavat vähän perusvirheen muutosta.
Upotustestit paljastivat myös:
5 Laatuvalvonnan ehdotukset
Välttääksesi vakavaa eristysvastusvika upotuksen jälkeen yhä useammassa äärimmäisessä sääolosuhteessa, ehdotukset sisältävät:
6 Johtopäätökset
Tämä tutkimus käsittelee epoksiharjakompositieristettyjen matalajännitteisten virtamuuntimien laadun arviointia raskas sade upotuksen jälkeen. Tärkeimmät löydökset:
Nämä tulokset ohjaavat sähköyhtiöitä ja valmistajia arvioimaan ja uudelleenkäyttämään pitkäaikaisesti upotettuja muuntimia.
