Tionchar Imchúis Fhada ar Trasnformáir Cuirr Thíos-voltála Le Cosaint Epoxy
1 Úvod
Isoltó áramátváltók mértékelésre, alacsony feszültségű, részegyszerű epoxidreszín szerkezetűek széles körben használatosak elosztó transzformátor területeken és kis- és közepes méretű ipari és kereskedelmi villamos energia fogyasztásban. Mint az elektromos energiameérték tartományának kiterjesztője, teljesítményük közvetlenül kapcsolódik az elektricitás-fogyasztási biztonsághoz és a felhasználók tranzakciós kalkulációinak pontosságához. A hosszú távú merülés hatásának vizsgálata gyakorlatilag jelentős szerepe van a szélsőséges eső és árvizek miatt beáradt számos alacsony feszültségű transzformátor minőségének meghatározásában.
A transzformátorok nedvességfelvételével kapcsolatos kutatások már régóta folyamatban vannak. Az eddigi eredmények nem takarítottak le a hosszú távú merülési feltételeket, és a hosszú távú merülés súlyosabban rombolja az áramátváltókat, mint a nedvességfelvétel. A nemzeti szabványos típus próbáiban csak a belső transzformátorok védelmi szintje IP20, míg a külsők IP44; a villamosenergia-ipari és hálózati vállalati technikai normák nem határozzák meg. Ahhoz, hogy meghatározzuk, hogy a merült transzformátorok továbbra is használhatóak-e, ez a tanulmány egy szimulált merülési próbat végez, elemzi a merülést követő teljesítményváltozásokat, és javaslatokat tesz a transzformátorok vízszivárgásellenes tulajdonságainak fejlesztésére.
2 A transzformátorok merülési jellemzőinek elméleti elemzése
Az alacsony feszültségű áramátváltók fő jellemzői az izolációs jellemzők és a mérési jellemzők. Az izolációs jellemzők főleg az izolációs ellenállást és a huzamosan feszültségű kitartási feszültséget tartalmazzák, míg a mérési jellemzők a zárt hiba jelennek meg. A merülési jellemzők az izolációs ellenállás, a huzamosan feszültségű kitartási feszültség és a zárt hiba változásait jelentik a merülés előtt és után, valamint a szárítás után.
2.1 Izolációs ellenállás
Az izolációs ellenállás R a térfogati ellenállás Rv és a felületi ellenállás Rs összetevőkből áll, ahogy az (1) képletben látható. A térfogati ellenállási konduktivitás ρv és a felületi ellenállási konduktivitás ρs a (2) és (3) képletekben látható.
A képletben EV a DC elektromos tér ereje a izoláló anyag belsejében; JV a szabályozott áram sűrűsége; ES a DC elektromos tér ereje; α a lineáris áram sűrűsége.
Az izolációs ellenállás nagymértékben érintett a páratartalommal. Mivel a víz vezetőképessége sokkal magasabb, mint az epoxidreszín izoláló anyagoké, és a víz nagy dielektrikus konstansú, ami csökkentheti az ionizációs energiát. Ezért, amikor az izoláló anyag vízbe merül, a felületi ellenállás gyorsan csökken, míg a térfogati ellenállás kevésbé változik; ha a merült anyagot szárítjuk, és az izoláló anyag vízellenállása alacsony, vagy a lebegő testen belül léteznek hiányosságok, a felületi ellenállás gyorsan helyreáll, de a térfogati ellenállás jelentősen csökken, és nem áll helyre hatékonyan.
2.2 Huzamosan feszültségű kitartási feszültség
A huzamosan feszültségű kitartási feszültség próba feszültsége alkalmazva a másodlagos terminál, az alaplap és a föld között. Nem egyenletes elektromos téri esetén a közeg töri feszültségét közelítően kiszámíthatjuk a (4) képlettel.
A képletben EBD a izoláló anyag két elektrodja közötti töri feszültsége (csúcsértéke); UBD a dielektrikus töri feszültség (hatásos értéke); s a töri távolság, és η az elektromos mező kihasználtsági tényezője.
2.3 Zárt hiba
Az áramátváltók zárt hibái arányhiba és fázishiba. Bármilyen munkafeltételek mellett a zárt hiba nem haladhatja meg a standardban meghatározott pontossági szintekhez tartozó hibakorlát értékét, mielőtt használhatóvá válhat.
3 Próbafeltételek
3.1 Próbaminták kiválasztása
Véletlenszerűen kiválasztottak epoxidreszín-izolált alacsony feszültségű áramátváltókat a próba céljára, és két csoportosan végeztek pruebas. A próba csoportok és a minták paraméterei láthatók az 1. táblázatban.
3.2 Próberészletek
A próba során használt berendezések és paraméterek láthatók a 2. táblázatban.
3.3 Merülési próba
A GB/T 4208-2017 "Helyezési egységek által nyújtott védelem fokai (IP kódok)" IPX8 rendelkezése alapján a próba tiszta vízzel történik. Ha a helyezési egység magassága 850 mm-nél kisebb, a legalsó pontnak 1000 mm-rel kell lennie a vízfelszínnél alacsonyabban. A próba előtt először mérjük a próbaminta izolációs ellenállását, a huzamosan feszültségű kitartási feszültségét és a zárt hibáját, majd végezzük a merülési próbat.
Az első csoportos próba során három ugyanazon gyártótól származó próbamintát helyeztek a merülési próba berendezésbe. Bekölthettek vízzel, a vízsíknak 1000 mm-es magasságot adtak, a víz hőmérséklete 15 °C volt. 5 napos vízbeni maradás után kihúzták őket, száraz ruhával letöröltek a vízcseppek, 15 percig álltak, majd szárították. Ezután napi szinten 10 napig végztek próbákat. Végül 5 napig szobahőmérsékleten szellőztették, majd újra végztek próbákat a szellőzés után. A második csoportos próba során a minta mérete nőtt. 5 véletlenszerűen kiválasztott gyártótól származó próbamintákat közvetlenül 10 napig vízbe merültek, majd 5 napig szellőztették, és újra végztek próbákat a szellőzés után.
3.4 Próbadatok
3.4.1 Izolációs ellenállás
Az izolációs ellenállást 500V DC feszültség tartományban mérték. A két csoportos próba izolációs ellenállás értékei (részletek) láthatók a 3. és 4. táblázatban.
A #3 próbaminta volt a legnagyobb izolációs ellenállás-változási üteme. 10 napos vízbeni maradás után az izolációs ellenállás 43,3 MΩ volt. 5 napos szellőzés után az izolációs ellenállás 46,0 MΩ lett, és a változási ütem -99%-ra emelkedett. A merülési próba és a szárítás után a maradék 7 próbaminta izolációs ellenállása visszaállt a kezdeti száraz állapotbeli nagyságrendre.
3.4.2 Huzamosan feszültségű kitartási feszültség
A két csoportos próba során 8 próbaminta volt a merülés előtt és után. Közülük 7 sikeresen teljesítette a huzamosan feszültségű kitartási feszültség próbat. Csak a #3 próbaminta volt, amelynek nehézségei voltak a feszültség növelése során, és egy igen megjegyezhető discergető hang hallatszott. A próba után a #3 próbaminta alaplapjának és az epoxidreszín kötődésének belső részén nyilvánvaló vízjelzés található volt. A próbaminta alaplapjának reszínközépen egy nyilvánvaló rése volt. A próba utáni próbaminta alaplapja a 1. ábrán látható. A vízbeni merülés során a külső pára a résekön keresztül belépett a főtestbe, és nem tudott kivezetni, ami csökkentette az izolációs szintet.
3.4.3 Zárt hiba
8 próbaminta esetében hibapróbat végeztek a merülés előtt és után. A #3 próbaminta példájának hibapróbadatái a 5. táblázatban láthatók.
4 Próbaelemzés
Az alacsony feszültségű áramátváltók főleg izoláló anyagokból, vasúrok és tekercsekéből állnak. Ősláncos technológiát használnak: az epoxidreszín, a szilícium mikropor, a merevség növelő, a gyorsító és a szilárdító adalékanyagok megfelelő arányban keverik, egyenletesen keverik, és bizonyos feltételek mellett formákba öntik, ahol szilárdulnak.
4.1 Izolációs ellenállás
A 2. ábra az áramátváltók különböző csoportos próbaizolációs ellenállásának adat-eloszlásának hisztogramja. A legtöbb próbazott transzformátor konzisztens izolációs ellenállás-változást mutatott a merülés és a szárítás után: jelentős kezdeti csökkenés a merülés során, majd visszaállás a kezdeti száraz állapotbeli nagyságrendre a szárítás után. Csak a #3 próbaminta -99% izolációs ellenállás-változást mutatott a szárítás után, ami közel áll a 30 MΩ határfelülethez.
A 2. csoportos próbaminta esetében az izolációs ellenállás-változások eltérőek a merülés után. A #01, #03, #04, #05 csökken a határfelületre; a #02 majdnem nem változik. 5 napos szárítás után a legtöbb visszaáll a kezdeti ellenállás szintjére, ami azt mutatja, hogy a #02 kiváló izoláló öntési minőséggel rendelkezik, és a hosszú ideig tartó merülés után sem kerül bele víz.
A hőmérséklet (itt elhanyagolható) és a páratartalom befolyásolja az izolációs ellenállást. A próba előtti és utáni páratartalom jelentősen változik. Általában a felületi ellenállás csökken, míg a térfogati ellenállás kevésbé változik. De ha az izoláló anyag alacsony vízellenállású, vagy van öntési hiányosság, a fő izoláló közeg vízbe vesz. A szárítás után a belső víz nehezen párolog, a felületi ellenállás helyreáll, de a térfogati ellenállás jelentősen csökken, és nem áll helyre hatékonyan, ami csökkenti az összes izolációs ellenállást.
4.2 Huzamosan feszültségű kitartási feszültség
Az epoxidreszín-izolált alacsony feszültségű áramátváltók nagy izolációs margót tartalmaznak. Általában a felületi nedvesség nem okoz felületi discergetést, és a merülés és a szárítás után sikeresen teljesítik a huzamosan feszültségű kitartási feszültség próbat.
Azonban a merülés során a vízmolekulák a kis poros részeken keresztül bekerülnek a közegbe, mikroporokat alkotva, és a szilárd dielektrikust szilárd-szivárgó kompozitszerkezetté alakítják. A mikroporokban lévő víz polarizálódik és deformálódik az elektromos térben, gömb alakúból ellipszoid alakúvá változik, csatornákat alkot, és csökkenti a töri feszültséget. Több víz és sűrűbb csatornák, hosszabb merülés növeli a töri kockázatot. Az öntési lépcsőkben lévő levegőporok is lehetnek a víz bejutásának oka. Ezek a tényezők okozzák a kitartási feszültség során hallható discergető hangokat, ahogy a #3 próbaminta esetében is tapasztalhattuk.
4.3 Zárt hiba
Egy áramátváltó hibája csak a vasúr mágneses tulajdonságaitól és a tekercsparaméterektől függ. A merülés előtt és után a vasúr indítási jellemzői és a tekercs ellenállása nem változik, és a próbadatok minimális zárt hiba-változást mutatnak.
A merülési próbak során a következőket fedezték fel:
