장기 침수에 따른 에폭시 절연 저전압 전류변환기의 영향
1 소개
전력계측용 저전압 전류변환기는 에폭시 수지 구조의 코어 통과형이며, 배전 변압기 지역 및 소규모에서 중규모 산업 및 상업 전력 소비에 널리 사용됩니다. 전력계측 범위 확장기로서 그 성능은 전력 소비 안전성과 사용자의 거래 계산 정확성에 직접적으로 관련되어 있습니다. 장기간의 침수 영향을 연구하는 것은 극한의 비와 홍수로 인해 침수된 많은 저전압 변압기의 품질을 결정하는데 실질적인 의미가 있습니다.
변압기의 습기 흡수에 대한 연구는 오랜 기간 진행되어 왔습니다. 기존 결과들은 장기간의 침수 조건을 포함하지 않았으며, 장기간의 침수는 습기 흡수보다 변압기를 더욱 심각하게 손상시킵니다. 국가 표준 형식 시험에서는 실내 변압기의 보호 등급이 IP20이고 실외 변압기는 IP44입니다. 전력 산업 및 전력망 회사의 기술 표준에서는 이를 명시하지 않았습니다. 침수된 변압기가 여전히 사용 가능한지를 확인하기 위해 본 논문은 시뮬레이션 침수 시험을 수행하고, 침수 후 성능 변화를 분석하며, 변압기의 방수성을 개선하기 위한 품질 감독 제안을 제공합니다.
2 변압기 침수 특성의 이론적 분석
저전압 전류변환기의 주요 특성은 절연 특성과 계측 특성입니다. 절연 특성에는 주로 절연 저항과 전원 주파수 내압이 포함되며, 계측 특성은 기본 오차로 반영됩니다. 침수 특성은 변압기의 절연 저항, 전원 주파수 내압, 기본 오차가 침수 전과 침수 후 건조 후의 변화를 의미합니다.
2.1 절연 저항
절연 저항 R은 체적 저항 Rv와 표면 저항 Rs로 구성되며, 공식 (1)에 표시되어 있습니다. 체적 저항률 ρv와 표면 저항률 ρs는 각각 공식 (2)와 (3)에 표시되어 있습니다.
공식에서 EV는 절연 재료 내부의 직류 전기장 강도이고, JV는 정상 상태 전류 밀도이고, ES는 직류 전기장 강도이고, α는 선형 전류 밀도입니다.
절연 저항은 습도에 크게 영향을 받습니다. 물의 전기 도전도는 에폭시 수지 절연 재료보다 훨씬 높으며, 물은 큰 유전 상수를 가지므로 이온의 이온화 에너지를 줄일 수 있습니다. 따라서 절연 재료가 물에 침수되면 표면 저항률이 급격히 감소하지만 체적 저항률은 거의 변하지 않습니다. 침수된 재료가 건조되면, 만약 매체 재료의 방수성이 일반적이거나 주조체 내부에 결함이 있다면, 표면 저항률은 빠르게 회복되지만 체적 저항률은 크게 감소하여 효과적으로 회복되지 않습니다.
2.2 전원 주파수 내압
전원 주파수 내압 시험 전압은 2차 단자, 바닥 판, 그리고 지면 사이에 적용됩니다. 비균일 전기장에서 매체의 붕괴 전기장 강도는 공식 (4)로 대략적으로 계산할 수 있습니다.
공식에서 EBD는 두 전극 사이의 절연 재료의 붕괴 전기장 강도(피크 값)이고, UBD는 매체 붕괴 전압(유효 값)이며, s는 붕괴 거리이고 η은 전기장 활용 계수입니다.
2.3 기본 오차
전류변환기의 기본 오차에는 비율 오차와 위상 오차가 포함됩니다. 어떠한 작업 조건에서도 기본 오차는 표준에서 지정된 정확도 등급에 해당하는 오차 한도 값을 초과해서는 안 됩니다.
3 시험 조건
3.1 시험 샘플 선택
시험할 에폭시 수지 절연 저전압 전류변환기를 무작위로 선택하고 두 그룹으로 나누어 순차적으로 시험합니다. 시험 샘플의 그룹화와 파라미터는 표 1에 표시되어 있습니다.
3.2 시험 장비
시험에 사용된 장비와 파라미터는 표 2에 표시되어 있습니다.
3.3 침수 시험
GB/T 4208-2017 "Enclosures (IP Codes)의 IPX8 규정에 따라 깨끗한 물로 시험을 수행합니다. 높이가 850mm 미만인 케이스의 경우, 가장 낮은 지점은 물 표면 아래 1000mm여야 합니다. 시험 전 먼저 시험 샘플의 절연 저항, 전원 주파수 내압, 기본 오차를 측정한 후 침수 시험을 수행합니다.
첫 번째 시험 그룹에서 동일 제조사의 3개 시험 샘플을 잠수 시험 장비에 넣었습니다. 자동수를 주입하여 액면 높이가 1000mm이고 물 온도가 15°C였습니다. 5일 동안 물에 침수시킨 후 꺼내서 건조한 천으로 물방울을 닦고 15분 동안 방치했습니다. 건조 후 시험을 수행했으며, 이후 10일 동안 매일 시험을 수행했습니다. 마지막으로 실온에서 5일 동안 건조시킨 후 다시 시험을 수행했습니다. 두 번째 시험 그룹에서는 샘플 크기를 늘렸습니다. 5개의 무작위로 선택된 제조사의 시험 샘플을 10일 동안 직접 물에 침수시키고, 5일 동안 건조시킨 후 다시 시험을 수행했습니다.
3.4 시험 데이터
3.4.1 절연 저항
절연 저항은 500V DC 전압 범위로 측정되었습니다. 두 그룹의 시험 결과 일부 절연 저항 값은 표 3과 표 4에 표시되어 있습니다.
#3 시험 샘플은 절연 저항 변화율이 가장 컸습니다. 10일 동안 물에 침수된 후 절연 저항은 43.3 MΩ였고, 5일 동안 건조 후 절연 저항은 46.0 MΩ로 변화율이 -99%에 달했습니다. 침수 시험 후 건조 후 나머지 7개 시험 샘플의 절연 저항은 모두 초기 건조 상태의 절연 저항의 크기로 회복되었습니다.
3.4.2 전원 주파수 내압
두 그룹의 시험 전후로 총 8개의 시험 샘플이 있었습니다. 그중 7개는 전원 주파수 내압 시험에 합격했습니다. #3 시험 샘플만 시험 중 전압 상승에 어려움이 있었고, 매우 명확한 방전 소리를 들을 수 있었습니다. 시험 후 #3 시험 샘플의 바닥 판과 에폭시 수지 사이의 연결부에서 명백한 물 흔적이 발견되었습니다. 이 시험 샘플의 바닥 판 수지 주조 부위에 명백한 간극이 있었습니다. 시험 후의 시험 샘플 바닥 판은 그림 1에 표시되어 있습니다. 물에 침수된 습윤 환경에서 외부 습기가 간극을 통해 주체 내부로 들어가 배출되지 않아 절연 수준이 감소하였습니다.
3.4.3 기본 오차
침수 전후 8개 시험 샘플에 대해 오차 시험을 수행했습니다. #3 시험 샘플을 예로 들어 오차 시험 데이터는 표 5에 표시되어 있습니다.
4 시험 분석
저전압 전류변환기는 주로 절연 재료, 코어, 그리고 권선으로 구성됩니다. 주조 공정을 사용하여 에폭시 수지, 규소 미분말, 탄성제, 가속제, 경화제를 지정된 비율로 혼합하여 고르게揽收助手的回复被截断了，我将接着翻译剩余的部分：
저전압 전류변환기는 주로 절연 재료, 코어, 그리고 권선으로 구성됩니다. 주조 공정을 사용하여 에폭시 수지, 규소 미분말, 탄성제, 가속제, 경화제를 지정된 비율로 혼합하여 고르게揽收助手的回复被截断了，我将继续翻译剩余部分：
저전압 전류변환기는 주로 절연 재료, 코어, 그리고 권선으로 구성됩니다. 주조 공정을 사용하여 에폭시 수지, 규소 미분말, 탄성제, 가속제, 경화제를 지정된 비율로 혼합하여 고르게 교반하고, 특정 조건 하에서 금형에 주입하여 굳힙니다. 4.1 절연 저항 그림 2는 서로 다른 시험 그룹의 전류변환기의 절연 저항 데이터 분포를 나타낸 히스토그램입니다. 대부분의 시험된 변환기는 침수 및 건조 후 일관된 절연 저항 변화를 보였습니다: 침수 중 초기에는 크게 감소한 후, 건조 후 원래 건조 상태의 크기로 회복되었습니다. 단 #3 시험 샘플만 건조 후 -99%의 절연 저항 변화율을 보였으며, 30 MΩ의 합격 기준값에 가까웠습니다. 시험 그룹 2의 샘플들에서는 침수 후 절연 저항 변화가 다양했습니다. #01, #03, #04, #05는 기준값까지 감소했으나, #02는 거의 변화가 없었습니다. 5일간의 건조 후 대부분 원래 저항 수준으로 회복되었으며, #02는 장기간 침수 후에도 수분이 침투하지 않는 우수한 절연 주조 품질을 보였습니다. 온도(여기서는 무시 가능)와 습도가 절연 저항에 영향을 미칩니다. 시험 전후 습도 변화가 큽니다. 일반적으로 표면 저항률은 감소하지만 체적 저항률은 거의 변하지 않습니다. 그러나 절연 재료의 방수성이 낮거나 주조 결함이 있는 경우, 주요 절연 매체가 수분을 흡수하게 되며, 건조 후에도 내부 수분은 거의 증발하지 않습니다. 표면 저항률은 회복되지만 체적 저항률은 크게 감소하여 복구되지 않아 전체 절연 저항이 낮아집니다. 4.2 전원 주파수 내압 에폭시 수지 절연 저전압 전류변환기는 큰 절연 여유를 가지고 있습니다. 일반적으로 표면 습기는 표면 방전을 일으키지 않으며, 침수 및 건조 후 전원 주파수 내압 시험을 통과합니다. 그러나 침수 후 절연 매체의 미세한 구멍을 통해 수분 분자가 들어가 미세공을 형성하여 고체 절연체를 고체-액체 복합체로 변환시킵니다. 미세공 내의 수분은 전기장 하에서 극화 및 변형되어 구형에서 타원형으로 변하면서 통로를 연결하고 붕괴 전기장 강도를 감소시킵니다. 더 많은 수분과 더 높은 밀도의 통로, 그리고 더 긴 침수 시간은 붕괴 위험을 증가시킵니다. 주조 시 발생한 공기 간극도 수분을 허용합니다. 이러한 요인들이 #3 시험 샘플에서 내압 시험 중 방전 소음을 일으켰습니다. 4.3 기본 오차 변압기의 오차는 코어의 자기 특성과 권선 매개변수에만 의존합니다. 침수 전후 코어의 자극 특성과 권선 임피던스는 변하지 않으며, 시험 데이터는 기본 오차의 작은 변동만 보여줍니다. 침수 시험은 또한 다음을 드러냈습니다: 5 품질 감독 제안 빈번한 극단적인 날씨로 인해 침수 후 심각한 절연 실패를 피하기 위한 제안은 다음과 같습니다: 6 결론 본 연구는 집중호우 후 에폭시 절연 저전압 전류변환기의 품질 평가를 다룹니다. 주요 결과는 다음과 같습니다: 이러한 결과는 전력 회사와 제조업체가 장기간 침수된 변압기의 평가 및 재사용에 대한 지침을 제공합니다.
