Ilgtermiņa iegremdēšanas ietekme uz epoksidresinu izolētiem zema sprieguma strāvas pārveidotājiem
1 Ievads
Zema sprieguma strāvas transformatoru izmantošana rēķināšanai, ar caurumslīdējošu epoksidresīna struktūru, ir plaši izplatīta pārveidotāju apgabalos un mazākajiem līdz vidējiem lielumiem industriālajā un komerciālajā elektroenerģijas patēriņā. Kā enerģijas rēķināšanas diapazona paplašinātājs, to darbība tieši saistīta ar drošumu elektroenerģijas patēriņā un precizitāti lietotāju tirdzniecības aprēķinos. Pētījumi par ilgtermiņa nomocīšanas ietekmi uz šiem transformatoriem ir praktiski nozīmīgi, lai noteiktu daudzu zema sprieguma transformatoru kvalitāti, kas nomocis dēļ ļoti stipras lietus un plūdu.
Pētījumi par transformatoru mitruma absorbēšanu jau sen notiek. Esošie rezultāti nav ietverti ilgtermiņa nomocīšanas apstākļos, un ilgtermiņa nomocīšana pasliktina strāvas transformatorus vairāk nekā mitruma absorbēšana. Nacionālajā standarta veida pārbaudē strāvas transformatoriem tikai iekštelpu transformatoru aizsardzības līmenis ir IP20, bet āra transformatoru aizsardzības līmenis ir IP44; enerģētikas industrijas un tīkla uzņēmumu tehniskie standarti to nav noteikuši. Lai noteiktu, vai nomocītie transformatori var tikt izmantoti, šajā rakstā tiek veikta simulēta nomocīšanas pārbaude, analizētas pēcnomocīšanas izmaiņas un piedāvātas kvalitātes uzraudzības ieteikumi, lai uzlabotu transformatoru ūdensneprogāšanu.
2 Teorētiskā analīze transformatoru nomocīšanas īpašībām
Galvenās zema sprieguma strāvas transformatoru īpašības ir izolācijas īpašības un rēķināšanas īpašības. Izolācijas īpašības galvenokārt ietver izolācijas pretestību un dažreizīgo izturību pret slaidspriegumu, savukārt rēķināšanas īpašības atspoguļo pamata kļūdas. Nomocīšanas īpašības attiecas uz izolācijas pretestības, dažreizīgā izturības pret slaidspriegumu un pamata kļūdas izmaiņām pirms un pēc nomocīšanas un izsūkšanas.
2.1 Izolācijas pretestība
Izolācijas pretestība R sastāv no tilpuma pretestības Rv un virsmas pretestības Rs, kā redzams formulā (1). Tilpuma speficifiskā pretestība ρv un virsmas speficifiskā pretestība ρs ir atbilstoši formulām (2) un (3).
Formulā EV ir GALS elektriskais lauka stiprums iekšpusē izolācijas materiālā; JV ir pastāvīga strāvas blīvums; ES ir GALS elektriskais lauka stiprums; α ir lineārā strāvas blīvums.
Izolācijas pretestība lielā mērā ir atkarīga no mitruma. Tā kā ūdens elektriskā vedamība ir daudz augstāka nekā epoksidresīna izolācijas materiāla, un ūdens dielektiska konstante ir liela, kas samazina jonu jonizācijas enerģiju, tad, kad izolācijas materiāls tiek nomocināts ūdenī, virsmas pretestība strauji samazinās, savukārt tilpuma pretestība nemainās. Kad nomocinātais materiāls tiek izsūkts, ja viduma materiāla ūdensneprogāšana ir vidēja vai iekšpusē ir defekti, virsmas pretestība strauji atveseļojas, bet tilpuma pretestība samazinās būtiski un to nevar efektīvi atjaunot.
2.2 Dažreizīgā izturība pret slaidspriegumu
Dažreizīgā izturības pret slaidspriegumu pārbaudes spriegums tiek piemērots starp sekundāro kontaktpunktu, pamata plāksni un zemi. Nesavienojamā elektriskā laukā viduma izstrādāšanas stiprums var tikt aptuveni aprēķināts pēc formulas (4).
Formulā EBD ir izolācijas materiāla divu elektrodu starpība (virspieksts); UBD ir dielektrisks bojājuma spriegums (efektīvā vērtība); s ir bojājuma attālums, un η ir elektriskā lauka izmantošanas koeficients.
2.3 Pamata kļūda
Strāvas transformatora pamata kļūdas ietver attiecības kļūdu un fāzes kļūdu. Neatkarīgi no darbības stāvokļa, pamata kļūda nedrīkst pārsniegt standartā noteikto precizitātes līmeni, lai transformators varētu tikt izmantots.
3 Pārbaudes nosacījumi
3.1 Pārbaudes paraugu izvēle
Nekārtīgi izvēlas epoksidresīnas izolācijas zema sprieguma strāvas transformatorus, kas jāpārbauda, un veic divas pārbaudes grupas. Pārbaudes grupēšana un paraugu parametri ir norādīti Tabulā 1.
3.2 Pārbaudes aprīkojums
Pārbaudē izmantotais aprīkojums un parametri ir norādīti Tabulā 2.
3.3 Nomocīšanas pārbaude
Saskaņā ar GB/T 4208-2017 "Apmeklējumu aizsardzības grādos (IP kodi)" regulējumu IPX8, pārbaude tiek veikta ar tīru ūdeni. Ja apmeklējuma augstums ir mazāks par 850 mm, tā zemākā punkte jānovieto 1000 mm zem ūdens virsmas. Pirms pārbaudes, vispirms mēra pārbaudāmā parauga izolācijas pretestību, dažreizīgo izturību pret slaidspriegumu un pamata kļūdu, un pēc tam veic nomocīšanas pārbaudi.
Pirmajā pārbaudes grupā trīs pārbaudāmie paraugi no viena ražotāja tika novietoti nomocīšanas pārbaudes aprīkojumā. Tiek pieplūdināts ūdens, ūdens līmeņa augstums bija 1000 mm, un ūdens temperatūra bija 15 °C. Pēc 5 dienu nomocīšanas tie tika izņemti, ūdens krāpšņi tika nomazgāti ar sausu klapi, un tie tika palikti stāvēt 15 minūtes. Pēc izsūkšanas tika veiktas pārbaudes. Tālāk pārbaudes tika veiktas katru dienu 10 dienas. Beidzot, tie tika izsūkti istabas temperatūrā 5 dienas, un pēc izsūkšanas tika veiktas pārbaudes. Otrajā pārbaudes grupā paraugu skaits tika palielināts. Pārbaudāmie paraugi no 5 nejauši izvēlētiem ražotājiem tika tieši nomocināti ūdenī 10 dienas, pēc tam izsūkti 5 dienas, un pēc izsūkšanas tika veiktas pārbaudes.
3.4 Pārbaudes dati
3.4.1 Izolācijas pretestība
Izolācijas pretestība tika mērita, izmantojot 500V GALS sprieguma diapazonu. Divu pārbaudes grupu izolācijas pretestības vērtības (daļēji) ir norādītas Tabulā 3 un Tabulā 4.
#3 pārbaudāmais paraugs bija ar lielāko izolācijas pretestības maiņas rādītāju. Pēc 10 dienu nomocīšanas izolācijas pretestība bija 43,3 MΩ. Pēc 5 dienu izsūkšanas izolācijas pretestība bija 46,0 MΩ, un maiņas rādītājs sasniedza -99%. Pēc nomocīšanas pārbaudes un izsūkšanas pārējie 7 pārbaudāmie paraugi visi atveseļoja izolācijas pretestības rādītāju līdz sākotnējām sukhā stāvokļa magnitudēm.
3.4.2 Dažreizīgā izturība pret slaidspriegumu
Abās pārbaudes grupās kopā bija 8 pārbaudāmie paraugi pirms un pēc. No tiem 7 nokāvoja dažreizīgā izturības pret slaidspriegumu pārbaudi. Tikai #3 pārbaudāmajam paraugam pārbaudē bija grūtības ar sprieguma paaugstināšanu, un bija skaidri dzirdama izšķiešanas skaņa. Pēc pārbaudes, #3 pārbaudāmajā paraugā tika atrasts skaidrs ūdens pēdas pazīmes starp pamata plāksni un epoksidresīnu. Šim pārbaudāmajam paraugam bija skaidrs spraugums starp pamata plāksnes resīnu. Pārbaudāmajā paraugā pēc pārbaudes pamata plāksne ir redzama Attēlā 1. Ūdens nomocīšanas mitrā vide ļauj ārējam mitrumam ienesties iekšpusē caur spraugumu, un tas nevar tikt izvedēts, samazinot izolācijas līmeni.
3.4.3 Pamata kļūda
Kļūdas pārbaudes tika veiktas 8 pārbaudāmajiem paraugiem gan pirms, gan pēc nomocīšanas. Paņemot #3 pārbaudāmo paraugu kā piemēru, kļūdas pārbaudes dati ir norādīti Tabulā 5.
4 Pārbaudes analīze
Zema sprieguma strāvas transformatoru galvenie sastāvdaļas ir izolācijas materiāli, dzelzs magnēti un vijumi. Tie izmanto liešanas procesu: epoksidresīna, silīciem mikropulveris, izturības veicinātāji, paātrinātāji un ugunsmitinātāji tiek misuši noteiktās proporcijās, labi saliekts un ieplūdināts formās noteiktās apstākļos, lai notvertnētos.
4.1 Izolācijas pretestība
Attēls 2 ir histogramma, kas attēlo dažādu pārbaudes grupu strāvas transformatoru izolācijas pretestības datu sadalījumu. Lielākā daļa pārbaudīto transformatoru rāda vienmērīgas izolācijas pretestības izmaiņas pēc nomocīšanas un izsūkšanas: sākotnējs straujs samazināšanās laikā nomocīšanas, pēc tam atgriešanās sākotnējām sukhā stāvokļa magnitudēm pēc izsūkšanas. Tikai #3 pārbaudāmajam paraugam pēc izsūkšanas izolācijas pretestības maiņas rādītājs bija -99%, tuvu 30 MΩ kvalifikācijas robežvērtībai.
Otrās pārbaudes grupas paraugiem pēc nomocīšanas izolācijas pretestības izmaiņas ir dažādas. #01, #03, #04, #05 samazinās līdz robežvērtībai; #02 gandrīz nemainās. Pēc 5 dienu izsūkšanas tie vispār atgriežas sākotnējā pretestības līmenī, kas parāda, ka #02 ir izcilas izolācijas liešanas kvalitātes, un pēc ilgstošas nomocīšanas ūdens neievērojas iekšpusē.
Temperatūra (šeit negribīga) un mitruma izolācijas pretestība. Mitruma izmaiņas pirms un pēc pārbaudes ir lielas. Parasti virsmas pretestība samazinās, bet tilpuma pretestība nemainās. Tomēr, ja izolācijas materiāls ir ar zemu ūdensneprogāšanu vai liešanas defekti, galvenais izolācijas medijs absorbuje ūdeni. Pat pēc izsūkšanas iekšējais ūdens bieži vien nesaturējas. Virsmas pretestība atveseļojas, bet tilpuma pretestība strauji samazinās un nevar efektīvi atjaunot, samazinot kopējo izolācijas pretestību.
4.2 Dažreizīgā izturība pret slaidspriegumu
Epoksidresīnas izolācijas zema sprieguma strāvas transformatori ir ar lielu izolācijas maržu. Parasti virsmas mitrumam neizraisa virsmas izšķiešanos, un tie nokāvo dažreizīgo izturības pret slaidspriegumu pārbaudi pēc nomocīšanas un izsūkšanas.
Tomēr mazos spraugumus izolācijas medijā, pēc nomocīšanas, ūdens molekulas ienestas, veidojot ūdens pilnus mazos spraugumus un pārvērstojot cieto dielektriku par cieto-skapjosu kombināciju. Ūdens spraugumos polārizējas un deformējas elektriskā laukā, mainoties no sfēriskiem uz eliptiskiem, savienojot kanālus un samazinot izšķiešanas lauka stiprumu. Vairāk ūdens un blīvāki kanāli ar ilgāku nomocīšanu palielina izšķiešanas risku. Gaisa spraugumi liešanas procesā ļauj ūdenim ienesties. Šie faktori izraisa izšķiešanas skaņas laikā izturības pret slaidspriegumu, kā redzams #3 pārbaudāmajā paraugā.
4.3 Pamata kļūda
Transformatora kļūda atkarīga tikai no magnēta magnētiskajām īpašībām un vijumu parametriem. Pirms un pēc nomocīšanas magnēta stimulēšanas īpašības un vijumu impedance nemainās, un pārbaudes dati parāda minimālas pamata kļūdas izmaiņas.
Nomocīšanas pārbaudes arī atklāja:
5 Kvalitātes uzraudzības ieteikumi
Lai izvairītos no smagas izolācijas iznīcināšanas pēc nomocīšanas biežās ekstrēmas dabas parādību dēļ, ieteikumi ietver:
6 Secinājumi
Šis pētījums apspriež epoksidresīnas izolācijas zema sprieguma strāvas transformatoru kvalitātes novērtēšanu pēc smagu lietu nomocīšanas. Galvenie secinājumi:
Šie rezultāti palīdz enerģētikas uzņēmumiem un ražotājiem novērtēt un atkārtoti izmantot ilgstoši nomocītus transformatorus.
