Pagsasalamin ng Mahabang Termino ng Paglubog sa Epoxy-Insulated Low-Voltage Current Transformers
1 Pagkakatawan
Ang mga current transformers na may mababang voltaje para sa pagmamasid, na may isang epoxy resin structure na through-core type, ay malawakang ginagamit sa mga distribution transformer areas at para sa maliliit hanggang sa katamtaman na industriyal at komersyal na pagkonsumo ng kuryente. Bilang isang range expander para sa pagsusumite ng enerhiya, ang kanilang performance ay direktang may kaugnayan sa kaligtasan ng pagkonsumo ng kuryente at ang katumpakan ng mga pagkalkula ng trade ng mga gumagamit. Ang pag-aaral ng impluwensya ng matagal na paglubog sa tubig sa mga transformer na ito ay may praktikal na kahalagahan para sa pagtukoy ng kalidad ng maraming low-voltage transformers na nabusog dahil sa ekstremong ulan at baha.
Ang pag-aaral tungkol sa moisture absorption ng transformer ay matagal nang nangyayari. Ang umiiral na resulta ay hindi pa naglalaman ng kondisyon ng matagal na paglubog, at ang matagal na paglubog ay mas seryosong nagdudulot ng pagkasira sa current transformers kaysa sa moisture absorption. Sa pambansang standard na type test para sa mga current transformer, 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 ito inilarawan. Upang matukoy kung ang mga transformer na nalubog pa rin ay maaaring gamitin, ang paper na ito ay naglalaksan ng isang simulated immersion test, pinag-aaralan ang mga pagbabago sa performance pagkatapos ng paglubog, at nagbibigay ng mga rekomendasyon para sa quality supervision upang mapabuti ang waterproofing ng mga transformer.
2 Teoretikal na Analisis ng Katangian ng Immersion ng Transformer
Ang pangunahing katangian ng mga low-voltage current transformers ay ang insulation characteristics at metering characteristics. Ang insulation characteristics ay pangunahing kinabibilangan ng 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 paglubog at pagdrying.
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.
Malaking epekto ang humidity sa insulation resistance. 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 mga ions. Kaya, kapag ang insulating material ay nalubog sa tubig, ang surface resistivity ay mabilis na bumababa, habang ang volume resistivity ay may kaunti lang na pagbabago; kapag ang nailubog na materyales ay napadry, kung ang water resistance ng medium material ay pangkaraniwan o mayroong mga defect sa cast body, ang surface resistivity ay mabilis na bumabalik, ngunit ang volume resistivity ay malaking 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 hindi pantay na 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 electrode 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 basic errors ng isang current transformer ay kinabibilangan ng ratio error at phase error. Anuman ang kondisyon ng trabaho, ang basic error ay hindi dapat lumampas sa error limit value na tinukoy sa standard bago ito maaaring gamitin.
3 Mga Kondisyon ng Test
3.1 Paggamit ng Mga Sampol para sa Test
Piliin nang random ang mga epoxy resin-insulated low-voltage current transformers na sususundin, at gawin ang dalawang grupo ng test. Ang pag-group at mga parameter ng mga sampol para sa test ay ipinapakita sa Table 1.
3.2 Test Equipment
Ang equipment at mga 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 mas mababa sa 850 mm, ang pinakamababang punto ay dapat 1000 mm sa ilalim ng ibabaw ng tubig. Bago ang test, una munang sukatin ang insulation resistance, power-frequency withstand voltage, at basic error ng sampol para sa test, at pagkatapos ay isagawa ang immersion test.
Sa unang grupo ng mga test, 3 sampol mula sa parehong manufacturer ang inilagay sa diving test equipment. Ininject ang tap water, na may liquid level height na 1000 mm at temperatura ng tubig na 15 °C. Pagkatapos ng 5 araw ng paglubog sa tubig, inilabas sila. Ang mga drop ng tubig sa kanila ay inihugas gamit ang dry cloth, at iniwan silang nakatayo para sa 15 minuto. Pagkatapos ng pagdrying, isinasagawa ang mga test. Subsequently, isinasagawa ang mga test isa bawat araw para sa 10 araw. Sa wakas, inilabas sila sa normal na temperatura para sa 5 araw, at isinasagawa muli ang mga test pagkatapos ng air-drying. Para sa pangalawang grupo ng mga test, ang sample size ay inilaki. Ang mga sampol mula sa 5 random na napiling manufacturer ay direkta na inilubog sa tubig para sa 10 araw, pagkatapos ay inilabas para sa 5 araw, at isinasagawa muli ang mga test pagkatapos ng air-drying.
3.4 Test Data
3.4.1 Insulation Resistance
Ang insulation resistance ay sinukat gamit ang 500V DC voltage range. Ang mga halaga ng insulation resistance (partial) ng dalawang grupo ng mga test ay ipinapakita sa Table 3 at Table 4.
Ang #3 sampol ng test ay may pinakamalaking rate ng pagbabago ng insulation resistance. Pagkatapos ng 10 araw ng paglubog sa tubig, ang insulation resistance ay 43.3 MΩ. Pagkatapos ng 5 araw ng pagdrying, ang insulation resistance ay 46.0 MΩ, at ang rate ng pagbabago ay umabot sa -99%. Pagkatapos ng immersion test at pagdrying, ang insulation resistances ng natitirang 7 sampol ng test ay lahat bumawi sa order of magnitude ng insulation resistance sa initial dry state.
3.4.2 Power-frequency Withstand Voltage
Mayroong kabuuang 8 sampol ng test sa dalawang grupo ng mga test bago at pagkatapos. Sa kanila, 7 ang lumampas sa power-frequency withstand voltage test. Tanging ang #3 sampol ng test lamang ang may hirap sa voltage boosting sa panahon ng test, at maaaring marinig ang napakalantad na discharge sound. Pagkatapos ng test, natuklasan ang malinaw na trace ng tubig sa loob ng joint sa pagitan ng ilalim na plaka at ng epoxy resin ng #3 sampol ng test. May malinaw na gap sa pouring interface ng bottom plate resin ng sampol ng test na ito. Ang ilalim na plaka ng sampol ng test pagkatapos ng test ay ipinapakita sa Figure 1. Sa isang basa na kapaligiran na may paglubog sa tubig, ang external moisture ay pumasok 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
Isinasagawa ang mga error test sa 8 sampol ng test bago at pagkatapos ng paglubog. Bilang halimbawa, ang sampol ng test #3, ang mga data ng error test ay ipinapakita sa Table 5.
4 Pagsusuri ng Test
Ang mga low-voltage current transformers ay pangunahing binubuo ng insulating materials, iron cores, at windings. Ginagamit nila ang isang casting process: ang epoxy resin, silicon micropowder, toughening agents, accelerators, at curing agents ay hinahalo sa tinukoy na proporsyon, hinahalo nang pantay, at ininject sa molds sa tiyak na kondisyon para sa solidification.
4.1 Insulation Resistance
Ang Figure 2 ay isang histogram ng distribution ng insulation resistance data ng mga current transformer sa iba't ibang grupo ng test. Karamihan sa mga natest na transformer ay nagpakita ng consistent na pagbabago ng insulation resistance pagkatapos ng paglubog at pagdrying: isang malinaw na pagbaba sa simula ng paglubog, pagkatapos ay bumawi sa original na order of magnitude ng dry state pagkatapos ng pagdrying. Tanging ang sampol ng test #3 lamang ang may -99% na rate ng pagbabago ng insulation resistance pagkatapos ng pagdrying, malapit na sa 30 MΩ na qualified critical value.
Para sa mga sampol ng Test Group 2, ang mga pagbabago ng insulation resistance ay nag-iiba pagkatapos ng paglubog. Ang #01, #03, #04, #05 ay bumaba sa critical value; ang #02 ay halos hindi nagbago. Pagkatapos ng 5-araw na pagdrying, sila ay kadalasang bumawi sa orihinal na resistance level, na nagpapakita na ang #02 ay may kamangha-manghang kalidad ng insulation casting na walang penetration ng tubig pagkatapos ng mahabang paglubog.
Ang temperatura (walang kahalagahan dito) at humidity ay nakakaapekto sa insulation resistance. Malaking pagbabago ang humidity bago at pagkatapos ng test. Normal na, ang surface resistivity ay bumababa habang ang volume resistivity ay nananatiling pantay. Ngunit kung ang insulating material ay may mababang water resistance o mayroong mga defect sa casting, ang pangunahing insulation medium ay sumasipsip ng tubig. Kahit na pagkatapos ng pagdrying, ang internal water ay mahirap mag-evaporate. Ang surface resistivity ay bumabawi, ngunit ang volume resistivity ay malaking bumababa at hindi maaaring ma-restore nang epektibo, na nagresulta sa pagbaba ng kabuuang 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 paglubog at pagdrying.
Gayunpaman, ang mga maliit na poro sa insulation medium ay nagpapasok ng molekulang tubig pagkatapos ng paglubog, na nagreresulta sa pagbuo ng mga water-filled micropores at nagbabago ang solid dielectric sa isang solid-liquid composite. Ang tubig sa micropores ay polarize at deforme sa ilalim ng electric field, nagbabago mula spherical patungo sa ellipsoidal, nagko-connect ng mga channel at nagbabawas ng breakdown field strength. Mas maraming tubig at mas dense na mga channel, at mas mahabang paglubog, ay nagdudulot ng mas mataas na panganib ng pag-breakdown. Ang mga air gap sa casting din ay nagpapasok ng tubig. Ang mga factor na ito ang nagdudulot ng discharge sounds sa panahon ng withstand voltage, tulad ng naitala sa sampol ng test #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 paglubog, ang excitation characteristics ng core at winding impedance ay hindi nagbabago, at ang mga data ng test ay nagpapakita ng minimal na variation sa basic error.
Ang mga immersion test din ay nagpakita:
5 Mga Rekomendasyon para sa Quality Supervision
Upang maiwasan ang seryosong insulation failure pagkatapos ng paglubog sa gitna ng madalas na ekstremong panahon, ang mga rekomendasyon ay kasama:
6 mga Kasimpulan
Ang pag-aaral na ito ay tumutugon sa pag-assess ng kalidad ng epoxy-insulated low-voltage current transformers pagkatapos ng paglubog sa malakas na ulan. 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 transformer na matagal nang nalubog.
