Impak Penyelaman Jangka Panjang terhadap Transformator Arus Rendah yang Dijalur Epoxy

1 Pengenalan
Pengubah arus rendah-tenaga untuk pengukuran, dengan struktur resin epoxy melalui-inti, digunakan secara meluas di kawasan transformator distribusi dan untuk penggunaan elektrik industri dan komersial bersaiz kecil hingga sederhana. Sebagai perluasan julat untuk pengukuran tenaga elektrik, prestasi mereka berkait langsung dengan keselamatan penggunaan elektrik dan ketepatan pengiraan perdagangan pengguna. Mengkaji impak penyelaman jangka panjang terhadap transformator ini mempunyai signifikan praktikal untuk menentukan kualiti banyak transformator rendah-tenaga yang tergenang oleh hujan ekstrem dan banjir.

Penyelidikan tentang penyerapan kelembapan pada transformator telah berlangsung lama. Hasil yang ada belum mencakupi keadaan penyelaman jangka panjang, dan penyelaman jangka panjang merosakkan transformator arus lebih serius daripada penyerapan kelembapan. Dalam ujian jenis piawai nasional untuk transformator arus, hanya transformator dalaman yang mempunyai tahap perlindungan IP20 dan yang luaran adalah IP44; piawaian teknikal industri kuasa dan syarikat grid tidak mengesahkan ia. Untuk menentukan sama ada transformator yang terendam masih boleh digunakan, makalah ini melakukan ujian simulasi penyelaman, menganalisis perubahan prestasi selepas penyelaman, dan memberikan cadangan pengawasan kualiti untuk meningkatkan tahan air transformator.

2 Analisis Teori Ciri-ciri Penyelaman Transformator

Ciri-ciri utama transformator arus rendah adalah ciri-ciri isolasi dan ciri-ciri pengukuran. Ciri-ciri isolasi terutamanya termasuk rintangan isolasi dan voltan tahan frekuensi kuasa, dan ciri-ciri pengukuran dilihat dalam ralat asas. Ciri-ciri penyelaman merujuk kepada perubahan rintangan isolasi, voltan tahan frekuensi kuasa, dan ralat asas transformator sebelum dan selepas penyelaman dan pengeringan.

2.1 Rintangan Isolasi

Rintangan isolasi R terdiri daripada rintangan isi padu Rv dan rintangan permukaan Rs, seperti ditunjukkan dalam formula (1). Ketumpatan resistiviti ρv dan resistiviti permukaan ρs diperlihatkan dalam formula (2) dan (3).

Dalam formula, E_V adalah kekuatan medan elektrik DC di dalam bahan isolasi; J_V adalah ketumpatan arus keadaan tunak; E_S adalah kekuatan medan elektrik DC; α adalah ketumpatan arus linear.

Rintangan isolasi sangat dipengaruhi oleh kelembapan. Kerana konduktiviti elektrik air jauh lebih tinggi daripada bahan isolasi resin epoxy, dan air mempunyai pemalar dielektrik yang besar, yang boleh mengurangkan tenaga ionisasi ion. Oleh itu, apabila bahan isolasi direndam dalam air, rintangan permukaan menurun dengan cepat, manakala rintangan isi padu berubah sedikit; apabila bahan yang direndam dikeringkan, jika tahan air bahan medium biasa atau terdapat cacat di dalam badan tuangan, rintangan permukaan pulih dengan cepat, tetapi rintangan isi padu menurun secara signifikan dan tidak dapat dipulihkan secara efektif.

2.2 Voltan Tahan Frekuensi Kuasa

Voltan ujian untuk voltan tahan frekuensi kuasa dikenakan antara terminal sekunder, pelat dasar, dan tanah. Apabila dalam medan elektrik tidak seragam, kekuatan medan putus bahan medium boleh dihitung secara kasar menggunakan formula (4).

Dalam formula, E_BD adalah kekuatan medan putus (nilai puncak) antara dua elektrod bahan isolasi; U_BD adalah voltan putus dielektrik (nilai berkesan); s adalah jarak putus, dan η adalah pekali penggunaan medan elektrik.

2.3 Ralat Asas

Ralat asas transformator arus termasuk ralat nisbah dan ralat fasa. Terlepas dari keadaan kerja, ralat asas tidak boleh melebihi nilai had ralat yang ditetapkan dalam piawaian bagi tahap ketepatan yang ditentukan sebelum ia boleh digunakan.

3 Syarat Ujian
3.1 Pemilihan Sampel Ujian

Pilih secara rawak transformator arus rendah yang terisolasi dengan resin epoxy untuk diuji, dan lakukan dua kumpulan ujian berturut-turut. Pembahagian ujian dan parameter sampel ujian ditunjukkan dalam Jadual 1.

3.2 Peralatan Ujian

Peralatan dan parameter yang digunakan dalam ujian ditunjukkan dalam Jadual 2.

3.3 Ujian Penyelaman

Berdasarkan peraturan IPX8 dalam GB/T 4208 - 2017 "Tahap Perlindungan yang Diberikan oleh Enclosures (Kod IP)", ujian dilakukan dengan air bersih. Untuk enclosures dengan ketinggian kurang dari 850 mm, titik terendah harus 1000 mm di bawah permukaan air. Sebelum ujian, ukur dahulu rintangan isolasi, voltan tahan frekuensi kuasa, dan ralat asas sampel ujian, kemudian lakukan ujian penyelaman.

Dalam kumpulan ujian pertama, 3 sampel ujian dari pembuat yang sama diletakkan ke dalam peralatan ujian menyelam. Air paip dimasukkan, dengan ketinggian paras air 1000 mm dan suhu air 15 °C. Selepas diselam selama 5 hari, mereka diambil keluar. Tetesan air di atasnya dibersihkan dengan kain kering, dan dibiarkan berdiri selama 15 minit. Setelah dikeringkan, ujian dilakukan. Kemudian, ujian dilakukan setiap hari selama 10 hari. Akhirnya, mereka dibiarkan di udara suhu bilik selama 5 hari, dan ujian dilakukan lagi selepas pengeringan udara. Untuk kumpulan ujian kedua, saiz sampel ditingkatkan. Sampel ujian dari 5 pembuat yang dipilih secara rawak diselam langsung selama 10 hari, kemudian dibiarkan di udara selama 5 hari, dan diuji lagi selepas pengeringan udara.

3.4 Data Ujian
3.4.1 Rintangan Isolasi

Rintangan isolasi diukur menggunakan julat voltan DC 500V. Nilai rintangan isolasi (sebahagian) dari dua kumpulan ujian ditunjukkan dalam Jadual 3 dan Jadual 4.

Sampel ujian #3 mempunyai kadar perubahan rintangan isolasi yang paling besar. Selepas diselam selama 10 hari, rintangan isolasi adalah 43.3 MΩ. Selepas dibiarkan di udara selama 5 hari, rintangan isolasi adalah 46.0 MΩ, dan kadar perubahannya mencapai -99%. Selepas ujian penyelaman dan pengeringan, rintangan isolasi dari 7 sampel ujian lain semuanya pulih ke magnitud rintangan isolasi dalam keadaan kering awal.

3.4.2 Voltan Tahan Frekuensi Kuasa

Terdapat total 8 sampel ujian dalam dua kumpulan ujian sebelum dan selepas. Di antaranya, 7 lulus ujian voltan tahan frekuensi kuasa. Hanya sampel ujian #3 yang mengalami kesukaran dalam peningkatan voltan semasa ujian, dan bunyi pelepasan yang sangat jelas dapat didengar. Selepas ujian, jejak air yang jelas ditemukan di dalam sambungan antara pelat dasar dan resin epoxy sampel ujian #3. Terdapat jurang yang jelas di antarmuka tuangan pelat dasar resin sampel ujian ini. Pelat dasar sampel ujian selepas ujian ditunjukkan dalam Gambar 1. Dalam persekitaran lembap dengan penyelaman air, kelembapan luaran masuk ke dalam badan utama melalui jurang dan tidak dapat dikeluarkan, mengakibatkan penurunan tahap isolasi.

3.4.3 Ralat Asas

Ujian ralat dilakukan pada 8 sampel ujian sebelum dan selepas penyelaman. Mengambil sampel ujian #3 sebagai contoh, data ujian ralat ditunjukkan dalam Jadual 5.

4 Analisis Ujian

Transformator arus rendah terutamanya terdiri daripada bahan isolasi, inti besi, dan gulungan. Mereka menggunakan proses pencetakan: resin epoxy, silika mikropowder, agen peneguh, penggalak, dan agen penyembuh dicampurkan dalam nisbah tertentu, dikacau rata, dan disuntik ke dalam cetakan di bawah keadaan tertentu untuk pepejal.

4.1 Rintangan Isolasi

Gambar 2 adalah histogram taburan data rintangan isolasi transformator arus dalam kumpulan ujian yang berbeza. Kebanyakan transformator yang diuji menunjukkan perubahan rintangan isolasi yang konsisten selepas penyelaman dan pengeringan: penurunan yang signifikan semasa penyelaman, kemudian naik kembali ke magnitud kering awal setelah pengeringan. Hanya sampel ujian #3 yang mempunyai kadar perubahan rintangan isolasi -99% selepas pengeringan, mendekati nilai kritis yang layak 30 MΩ.

Untuk sampel Kumpulan Ujian 2, perubahan rintangan isolasi bervariasi selepas penyelaman. #01, #03, #04, #05 turun ke nilai kritis; #02 hampir tidak berubah. Selepas pengeringan selama 5 hari, kebanyakan kembali ke tahap rintangan asal, menunjukkan #02 mempunyai kualitas pencetakan isolasi yang luar biasa tanpa penetrasi air selepas penyelaman jangka panjang.

Suhu (boleh diabaikan di sini) dan kelembapan mempengaruhi rintangan isolasi. Perubahan kelembapan sangat besar sebelum dan selepas ujian. Biasanya, rintangan permukaan menurun sementara rintangan isi padu tetap. Tetapi jika bahan isolasi mempunyai tahan air yang rendah atau cacat pencetakan, media isolasi utama menyerap air. Walaupun selepas pengeringan, air di dalamnya sukar menguap. Rintangan permukaan pulih, tetapi rintangan isi padu menurun secara drastis dan tidak dapat dipulihkan, mengurangkan rintangan isolasi keseluruhan.

4.2 Voltan Tahan Frekuensi Kuasa

Transformator arus rendah yang terisolasi dengan resin epoxy mempunyai margin isolasi yang besar. Biasanya, kelembapan permukaan tidak menyebabkan pelepasan permukaan, dan mereka lulus ujian voltan tahan frekuensi kuasa selepas penyelaman dan pengeringan.

Namun, pori-pori kecil dalam medium isolasi membolehkan molekul air masuk selepas penyelaman, membentuk pori-pori mikro yang terisi air dan mengubah dielektrik pepejal menjadi komposit pepejal-cairan. Air dalam pori-pori mikro polarisasi dan deformasi di bawah medan elektrik, berubah dari bentuk sfera ke elips, menghubungkan saluran dan mengurangkan kekuatan medan putus. Lebih banyak air dan saluran yang lebih padat dengan penyelaman yang lebih lama meningkatkan risiko putus. Jurang-jurang dalam pencetakan juga membolehkan air masuk. Faktor-faktor ini menyebabkan bunyi pelepasan semasa ujian tahan voltan, seperti yang dilihat pada sampel ujian #3.

4.3 Ralat Asas

Ralat transformator bergantung hanya pada sifat magnetik inti dan parameter gulungan. Sebelum dan selepas penyelaman, sifat eksitasi inti dan rintangan gulungan tetap tidak berubah, dan data ujian menunjukkan variasi ralat asas yang minimal.

Ujian penyelaman juga mengungkap:

• 75% (6 daripada 8) cincin mur terminal sekunder berkarat.

• 50% (4 sampel) menunjukkan pemudaran warna resin (asalnya Merah Coklat No. 3, mencerah secara signifikan).

5 Cadangan Pengawasan Kualiti

Untuk mengelakkan kegagalan isolasi yang serius selepas penyelaman di tengah cuaca ekstrem yang sering, cadangan termasuk:

• Kuatkan pengawasan pembuatan: Gunakan komposit epoxy tahan air tinggi; terapkan standard proses pencetakan yang ketat untuk mencegah jurang permukaan/gelembung udara dalaman.

• Tambah ujian penyelaman untuk transformator di kawasan hujan/rendah semasa pemeriksaan prestasi penuh dan sampel.

• Bangunkan kemampuan ujian non-perusakan (X-ray) untuk menganalisis perubahan medium dalaman selepas penyelaman, mendorong pembekal untuk meningkatkan proses.

• Masukkan keperluan ujian penyelaman ke dalam piawaian teknikal, terutamanya untuk transformator khas gunaan.

• Bekerjasama dengan pembuat utama untuk mengembangkan transformator pengukuran tahan air tinggi.

6 Kesimpulan

Kajian ini menangani penilaian kualiti transformator arus rendah yang terisolasi dengan resin epoxy selepas penyelaman hujan lebat. Temuan utama:

• Selepas penyelaman, rintangan isolasi biasanya menurun tajam tetapi kebanyakan pulih setelah pengeringan. Sampel dengan rintangan isolasi < 100 M&Omega; harus dipensum.

• Penyelaman hampir tidak mempengaruhi ralat asas.

• Transformator yang terendam memerlukan ujian semula; hanya unit yang layak yang boleh terus digunakan.

• Ujian penyelaman membantu mendeteksi cacat pencetakan.

Hasil ini membimbing syarikat kuasa dan pembuat dalam menilai/menggunakan semula transformator yang telah lama terendam.