Влијание на долготоцртното потапување врз епоксидно изолирани низковолтови трансформатори за ток
1 Вовед
Нисконапоноси преобразувачи на стројмот за мерење со структура од епоксидна смола преку јадрото се широко користат во области на дистрибутивни трансформатори и за мал до средно индустријална и трговска консумација на електрична енергија. Како проширител на опсегот за мерење на електрична енергија, нивната работа директно се однесува на безопасноста при консумацијата на електричество и точноста на трговските пресметки на корисниците. Изучувањето на влијанието на долготрачното потапување на овие трансформатори има практичка значајност за одредување квалитетот на многу нисконапонски трансформатори поплавени со екстремни врши и поплоди.
Изучувањето на абсорбирането на влага од страна на трансформаторите е долгогодишно. Постојечките резултати не ги покриваат условите на долготрачното потапување, а долготрачното потапување ги уште повисоко подобра трансформаторите отколку што прави абсорбирането на влага. Во国家标准测试中，室内电流互感器的防护等级为IP20，室外的为IP44；电力行业和电网公司的技术标准尚未规定。为了确定被浸变压器是否还能使用，本文进行了模拟浸水试验，分析了浸水后的性能变化，并提出了提高变压器防水性的质量监督建议。
2 Теоретска анализа на карактеристиките на потапување на трансформаторите
Главните карактеристики на нисконапонските преобразувачи на стројмот се изолациони карактеристики и карактеристики за мерење. Изолационите карактеристики вклучуваат изолационото отпорност и отпорност на напон на рабочата фреквенција, а карактеристиките за мерење се одразуваат во основната грешка. Карактеристиките на потапување се однесуваат на промените во изолационата отпорност, отпорноста на напон на рабочата фреквенција и основната грешка на трансформаторот пред потапувањето и по потапувањето и сушењето.
2.1 Изолационата отпорност
Изолационата отпорност R се состои од обемна отпорност Rv и површинска отпорност Rs, како што е прикажано во формула (1). Обемната резистивност ρv и површинската резистивност ρs се прикажани во формулите (2) и (3).
Во формулата, EV е DC електричната поле во изолациониот материјал; JV е стабилната токова густина; ES е DC електричната поле; α е линеарната токова густина.
Изолационата отпорност е големе влијание од влажноста. Бидејќи електричната проводливост на водата е многу поголема од епоксидната смола изолациони материјали, и водата има голема диелектична константа, која може да ја намали јонизациска енергија на јоните. Затоа, кога изолациониот материјал е потопен во вода, површинската резистивност брзо се намалува, додека обемната резистивност малку се менува; кога потопениот материјал е исушен, ако водата резистивноста на медиумскиот материјал е општа или има дефекти во лејот, површинската резистивност брзо се враќа, но обемната резистивност значително се намалува и не може ефективно да се врати.
2.2 Отпорност на напон на рабочата фреквенција
Тестираниот напон за отпорност на напон на рабочата фреквенција се применува помеѓу вторичниот терминал, дното и земјата. Кога се наоѓа во неуниформно електрично поле, пробојната поле на медиумот може приближно да се пресмета со формула (4).
Во формулата, EBD е пробојната поле (максимална вредност) помеѓу два електроди на изолациониот материјал; UBD е диелектичниот пробојен напон (ефективна вредност); s е пробојната растојание, и η е коефициентот на ефикасноста на електричното поле.
2.3 Основна грешка
Основните грешки на преобразувачот на стројмот вклучуваат грешки во односот и фаза. Независно од работните услови, основната грешка не смее да надмине границата на грешката соодветна на степенот на точност специфициран во стандардот пред да може да се користи.
3 Услови за тест
3.1 Избор на тест примероци
Случајно се избираат епоксидна смола-изолирани нисконапонски преобразувачи на стројмот за мерење, и се провежат две групи тестови последователно. Групирањето на тестови и параметрите на тест примероците се прикажани во Табела 1.
3.2 Тест опрема
Опремата и параметрите користени во тестот се прикажани во Табела 2.
3.3 Тест за потапување
Според регламентот IPX8 во GB/T 4208 - 2017 "Степени на заштита предавани од обвии (IP кодови)", тестот се извршува со чиста вода. За обвии со висина помала од 850 мм, најнижата точка треба да биде 1000 мм под површината на водата. Пред тестот, прво се мери изолационата отпорност, отпорноста на напон на рабочата фреквенција и основната грешка на тест примерокот, а потоа се извршува тестот за потапување.
Во првата група тестови, 3 тест примерока од ист производител беа поставени во опремата за дивинг тест. Се инжектирала питна вода, со висина на течноста од 1000 мм и температура на водата од 15 °C. По потапување во водата за 5 дена, беа извадени. Водните капчиња на нив беа избришани со сух платно, и беа оставени да стојат за 15 минути. По исушење, беа извршени тестови. Подоцна, тестовите се извршиве еденпат на ден за 10 дена. На крај, беа испуштени на собна температура за 5 дена, и повторно беа извршени тестови по исушење. За втората група тестови, размерот на примерокот беше зголемен. Тест примероци од 5 случајно избрани производители беа директно потопени во вода за 10 дена, потоа беа испуштени за 5 дена, и повторно беа извршени тестови по исушење.
3.4 Тест податоци
3.4.1 Изолационата отпорност
Изолационата отпорност беше измерена со опсегот на DC напон од 500V. Вредностите на изолационата отпорност (дел) на двата групи тестови се прикажани во Табела 3 и Табела 4.
Тест примерокот #3 имаше најголема промена во стапката на изолационата отпорност. По потапување во вода за 10 дена, изолационата отпорност беше 43.3 MΩ. По исушење за 5 дена, изолационата отпорност беше 46.0 M&Ω, и стапката на промена достигна - 99%. После тестот за потапување и исушење, изолационите отпорности на останатите 7 тест примероци се враќаат на редоследот на величината на изолационата отпорност во почетната суша состојба.
3.4.2 Отпорност на напон на рабочата фреквенција
Вкупно имаше 8 тест примероци во двата групи тестови пред и после. Од нив, 7 преминуваа тестот за отпорност на напон на рабочата фреквенција. Само тест примерокот #3 имаше трудности при подигање на напонот во текот на тестот, и можеше да се чуе многу очигледен звук на разрядување. По тестот, во внатрешноста на спојот меѓу дното и епоксидната смола на тест примерокот #3 беа открити очигледни следи од вода. Има очигледна разлика на заливањето на смолата на дното на овој тест примерок. Дното на тест примерокот по тестот е прикажано на Слика 1. Во влажна околина со потапување во вода, внешната влага влегува во внатрешноста на главната тело низ разликата и не може да се исцеди, што доведува до намалување на нивоа на изолација.
3.4.3 Основна грешка
Тестови за грешка беа изведени на 8 тест примероци пред и после потапувањето. Како пример, тест примерокот #3, податоците за тестот на грешка се прикажани во Табела 5.
4 Анализа на тест
Нисконапонските преобразувачи на стројмот се состојат главно од изолациони материјали, јадра и виткања. Користат процес на лејање: епоксидна смола, силници микропрашина, тврдење агенти, акселератори и харденинги се мешаат во одредени пропорции, добре се мешаат и се инжектираат во форми под одредени услови за затврдување.
4.1 Изолационата отпорност
Слика 2 е хистограм на распределба на податоци за изолационата отпорност на преобразувачите на стројмот во различни групи на тест. Повеќето тестирани трансформатори покажуваат согласни промени во изолационата отпорност по потапувањето и исушењето: значајно намалување во почетокот на потапувањето, а потоа се враќа до редоследот на величината на изолационата отпорност во почетната состојба на суша. Само тест примерокот #3 има стапка на промена во изолационата отпорност од - 99% по исушењето, близу до квалификуваниот критичен вредност од 30 M&Ω.
За тест примероците во Група 2, промените во изолационата отпорност варираат по потапувањето. #01, #03, #04, #05 се намалуваат до критичната вредност; #02 остани скоро непроменет. По 5-денско исушење, повеќето се враќаат до изолационата отпорност на почетната состојба, што покажува дека #02 има одлична качествена леја на изолација без пенетрација на вода по долготрачното потапување.
Температурата (занемарлива тука) и влажноста влијаат на изолационата отпорност. Промените во влажноста се големи пред и по тестот. Обично, површинската резистивност се намалува, додека обемната резистивност останува непроменета. Но, ако изолациониот материјал има ниска водна резистивност или лејни дефекти, главниот изолациони медиум го апсорбира водата. Дури и по исушење, внатрешната вода е тешко да се испари. Површинската резистивност се враќа, но обемната резистивност значително се намалува и не може ефективно да се врати, што намалува целокупната изолационата отпорност.
4.2 Отпорност на напон на рабочата фреквенција
Епоксидна смола-изолирани нисконапонски преобразувачи на стројмот имаат голема изолациона маржа. Обично, површинската влага не предизвикува површински разряд, и тие преминуваат тестот за отпорност на напон на рабочата фреквенција по потапувањето и исушењето.
Меѓутоа, мали пори во изолациониот медиум овозможуваат влезот на молекули на вода по потапувањето, формирајќи водни микропори и превршувајќи го тврдото диелектично во тврдо-текуча комбинација. Водата во микропорите се поляризува и деформира под електричното поле, променувајќи го од сферичен во елипсоиден, поврзувајќи каналите и намалувајќи го пробојната поле. Повеќе вода и плозни каналите со подолго потапување зголемуваат ризикот од пробој. Воздушните разлики во лејата исто така овозможуваат влезот на вода. Овие фактори предизвикуваат звуци на разрядување во текот на тестот за отпорност, како што се види во тест примерокот #3.
4.3 Основна грешка
Грешката на трансформаторот зависи само од магнетните својства на јадрото и параметрите на виткањето. Пред и по потапувањето, ексцитационите карактеристики на јадрото и импедансата на виткањето остануваат непроменети, и податоците од тестовите покажуваат минимална промена во основната грешка.
Тестовите за потапување исто така открија:
5 Предлози за квалитетна надзор
За да се избегне сериозна изолациона недостаточност по потапувањето во рамки на често појавување на екстремни временски услови, предлозите вклучуваат:
6 Заклучоци
Ова истражување се фокусира на оценка на квалитетот на епоксидна смола-изолирани нисконапонски преобразувачи на стројмот по потапувањето во тешки дождови. Клучните наоѓања вклучуваат:
Овие резултати ги насочуваат електропредавачите и производителите во оценка и повторна употреба на долготрачно потопени трансформатори.
