Impact van langdurige onderdompeling op epoxygeïsoleerde laagspanningsstroomtransformatoren
1 Inleiding
Lage-spanningsstroomtransformatoren voor meting, met een doorlopende kern epoxyharsstructuur, worden wijdverspreid gebruikt in distributietransformatorgebieden en voor klein tot middelgroot industriële en commerciële elektriciteitsverbruik. Als bereikverlener voor elektriciteitsmeting is hun prestatie direct gerelateerd aan de veiligheid van het elektriciteitsverbruik en de nauwkeurigheid van handelsberekeningen van gebruikers. Het bestuderen van de impact van lange termijn onderdompeling op deze transformatoren is praktisch significant voor het bepalen van de kwaliteit van talrijke lage-spanningstransformatoren die door extreme regen en overstromingen zijn overstroomd.
Onderzoek naar vochtabsorptie van transformatoren is al lang aan de gang. Bestaande resultaten hebben lange termijn onderdompelcondities niet gedekt, en lange termijn onderdompeling verergert stroomtransformatoren meer dan vochtabsorptie. In de nationale standaard typeproef voor stroomtransformatoren is het beschermingsniveau voor binnenverbruiks-transformatoren IP20 en voor buitenverbruiks-transformatoren IP44; technische normen van de energie-industrie en netwerkbedrijven hebben dit niet gespecificeerd. Om te bepalen of ondergedompelde transformatoren nog kunnen worden gebruikt, voert dit artikel een gesimuleerde onderdompeltest uit, analyseert prestatieveranderingen na onderdompeling en biedt kwaliteitsbewakingsaanbevelingen om de waterdichtheid van transformatoren te verbeteren.
2 Theoretische Analyse van Transformatorenonderdompelkarakteristieken
De belangrijkste kenmerken van lage-spanningsstroomtransformatoren zijn isolatiekenmerken en meetkenmerken. De isolatiekenmerken omvatten voornamelijk isolatieweerstand en netspanning weerstandsvermogen, en de meetkenmerken worden weerspiegeld in de basisfout. De onderdompelkenmerken verwijzen naar de veranderingen in isolatieweerstand, netspanning weerstandsvermogen en basisfout van de transformatoren voor en na onderdompeling en drooglegging.
2.1 Isolatieweerstand
De isolatieweerstand R bestaat uit volumeweerstand Rv en oppervlakte-weerstand Rs, zoals getoond in formule (1). De volumeweerkundige resistentie ρv en oppervlakte-weerkundige resistentie ρs worden getoond in formules (2) en (3).
In de formule is EV de gelijkstroom elektrisch veldsterkte binnen het isolatiemateriaal; JV is de stationaire stroomdichtheid; ES is de gelijkstroom elektrisch veldsterkte; α is de lineaire stroomdichtheid.
Isolatieweerstand wordt sterk beïnvloed door vochtigheid. Aangezien de elektrische geleidbaarheid van water veel hoger is dan die van epoxyhars isolatiematerialen, en water een grote dielektrische constante heeft, wat de ionisatie-energie van ionen kan verlagen. Daarom, wanneer het isolatiemateriaal in water wordt ondergedompeld, neemt de oppervlakte-weerstand snel af, terwijl de volumeweerstand weinig verandert; wanneer het ondergedompelde materiaal wordt gedroogd, als de waterbestendigheid van het medium materiaal matig is of er defecten in de gegoten massa zitten, herstelt de oppervlakte-weerstand zich snel, maar de volumeweerstand neemt aanzienlijk af en kan niet effectief worden hersteld.
2.2 Netspanning Weerstandsvermogen
De testspanning voor netspanning weerstandsvermogen wordt toegepast tussen de secundaire aansluiting, de bodemplaat en de aarde. In een niet-uniform elektrisch veld kan de doorslaande veldsterkte van het medium ongeveer worden berekend met behulp van formule (4).
In de formule is EBD de doorslaande veldsterkte (piekwaarde) tussen de twee elektroden van het isolatiemateriaal; UBD is de dielectrica doorslagspanning (effectieve waarde); s is de doorslagafstand, en η is de elektrisch veld gebruikswaarde coëfficiënt.
2.3 Basisfout
De basisfouten van een stroomtransformator omvatten ratio-fout en fase-fout. Ongeacht de werkomstandigheden mag de basisfout niet de foutlimietwaarde overschrijden die in de norm is vastgesteld, voordat hij kan worden gebruikt.
3 Testvoorwaarden
3.1 Selectie van Testmonsters
Selecteer willekeurig de te testen epoxyhars geïsoleerde lage-spanningsstroomtransformatoren en voer twee groepen tests achtereenvolgens uit. De testgroepering en parameters van de testmonsters staan in Tabel 1.
3.2 Testapparatuur
De apparatuur en parameters die in de test worden gebruikt, staan in Tabel 2.
3.3 Onderdompeltest
Volgens de IPX8-regel in GB/T 4208 - 2017 "Graden van Bescherming door Behuizingen (IP Codes)" wordt de test uitgevoerd met schoon water. Voor behuizingen met een hoogte kleiner dan 850 mm moet het laagste punt 1000 mm onder het watersoppervlak liggen. Voordat de test begint, meet eerst de isolatieweerstand, netspanning weerstandsvermogen en basisfout van het testmonster, en voer vervolgens de onderdompeltest uit.
In de eerste groep tests werden 3 testmonsters van dezelfde fabrikant in de duiktestapparatuur geplaatst. Er werd kraanwater ingebracht, met een vloeistofhoogte van 1000 mm en een watertemperatuur van 15 °C. Na 5 dagen ondergedompeld te zijn geweest, werden ze eruit gehaald. De waterdruppels werden eraf geveegd met een droge doek, en ze werden 15 minuten laten staan. Na drooglegging werden tests uitgevoerd. Vervolgens werden tests elke dag gedurende 10 dagen uitgevoerd. Uiteindelijk werden ze 5 dagen op kamertemperatuur gelucht, en na luchtdrooglegging werden tests opnieuw uitgevoerd. Voor de tweede groep tests werd de monsterset vergroot. Testmonsters van 5 willekeurig geselecteerde fabrikanten werden direct 10 dagen in water ondergedompeld, vervolgens 5 dagen gelucht, en opnieuw getest na luchtdrooglegging.
3.4 Testgegevens
3.4.1 Isolatieweerstand
De isolatieweerstand werd gemeten met behulp van het 500V gelijkstroomspanningsbereik. De isolatieweerstandswaarden (gedeeltelijk) van de twee groepen tests staan in Tabel 3 en Tabel 4.
Het testmonster #3 had de grootste verandering in isolatieweerstand. Na 10 dagen ondergedompeld te zijn geweest, was de isolatieweerstand 43,3 MΩ. Na 5 dagen gelucht te zijn, was de isolatieweerstand 46,0 MΩ, en de verandering bedroeg -99%. Na de onderdompeltest en drooglegging herstelden de isolatieweerstanden van de overige 7 testmonsters allemaal naar de orde van grootte van de isolatieweerstand in de oorspronkelijke droge toestand.
3.4.2 Netspanning Weerstandsvermogen
Er waren in totaal 8 testmonsters in de twee groepen tests voor en na. Hiervan slaagden 7 voor de netspanning weerstandsvermogentest. Alleen het testmonster #3 had moeite met spanningsopbouw tijdens de test, en er kon een zeer duidelijk ontladingsgeluid worden gehoord. Na de test werden duidelijke water sporen gevonden in de verbinding tussen de bodemplaat en de epoxyhars van het testmonster #3. Er was een duidelijke opening aan de gietinterface van de bodemplaat hars van dit testmonster. De bodemplaat van het testmonster na de test staat in Figuur 1. In een vochtige omgeving met wateronderdompeling dringt externe vochtigheid via de opening het binnenste van het hoofdlichaam binnen en kan niet worden afgevoerd, wat leidt tot een vermindering van het isolatieniveau.
3.4.3 Basisfout
Fouttests werden uitgevoerd op 8 testmonsters, zowel voor als na onderdompeling. Met testmonster #3 als voorbeeld, staan de fouttestgegevens in Tabel 5.
4 Testanalyse
Lage-spanningsstroomtransformatoren bestaan voornamelijk uit isolatiematerialen, ijzerkernen en windingen. Ze gebruiken een gietproces: epoxyhars, silicium micropoeder, verstevigingsmiddelen, versnellers en hardners worden in gespecificeerde verhoudingen gemengd, gelijkmatig gestuurd, en onder bepaalde omstandigheden in gieten ingevoerd voor verharding.
4.1 Isolatieweerstand
Figuur 2 is een histogram van de isolatieweerstandgegevensverdeling van stroomtransformatoren in verschillende testgroepen. De meeste geteste transformatoren tonen consistente isolatieweerstandveranderingen na onderdompeling en drooglegging: een aanzienlijke initiële daling tijdens de onderdompeling, gevolgd door een terugkeer naar de oorspronkelijke droge toestand orde van grootte na drooglegging. Alleen testmonster #3 heeft een -99% isolatieweerstandveranderingspercentage na drooglegging, bijna het gekwalificeerde kritieke niveau van 30 MΩ.
Voor de testgroep 2 monsters variëren de isolatieweerstandveranderingen na onderdompeling. #01, #03, #04, #05 dalen naar het kritieke niveau; #02 blijft bijna onveranderd. Na 5-dagen drooglegging keren ze grotendeels terug naar het oorspronkelijke weerstandsniveau, wat aantoont dat #02 uitstekende isolatie gietkwaliteit heeft, zonder waterpenetratie na lange onderdompeling.
Temperatuur (hier verwaarloosbaar) en vochtigheid beïnvloeden de isolatieweerstand. Vochtigheidsveranderingen zijn aanzienlijk voor en na de test. Normaal gesproken daalt de oppervlakte-weerstand terwijl de volumeweerstand stabiel blijft. Maar als het isolatiemateriaal een lage waterbestendigheid heeft of gietdefecten, absorbeert het primaire isolatiemedium water. Zelfs na drooglegging verdampen interne watermoleculen nauwelijks. De oppervlakte-weerstand herstelt zich, maar de volumeweerstand daalt aanzienlijk en kan niet effectief worden hersteld, waardoor de totale isolatieweerstand afneemt.
4.2 Netspanning Weerstandsvermogen
Epoxyhars geïsoleerde lage-spanningsstroomtransformatoren hebben een grote isolatiemarge. Normaal gesproken veroorzaken oppervlaktevochtigheid geen oppervlakte-ontlading, en slagen ze voor de netspanning weerstandsvermogentest na onderdompeling en drooglegging.
Echter, kleine poriën in het isolatiemedium laten watermoleculen na onderdompeling binnendringen, wat watergevulde microporiën vormt en het vaste dielectricum in een vaste-vloeibare samengestelde verandert. Water in microporiën polariseert en verdraait onder het elektrisch veld, verandert van sferisch naar ellipsvormig, verbindt kanalen en vermindert de doorslaande veldsterkte. Meer water en dichtere kanalen met langere onderdompeling verhogen het doorslagsrisico. Luchtgaten in de gieting laten ook water binnen. Deze factoren veroorzaken ontladingsgeluiden tijdens de weerstandsvermogentest, zoals gezien in testmonster #3.
4.3 Basisfout
De fout van een transformator hangt alleen af van de magnetische eigenschappen van de kern en de windingparameters. Voor en na onderdompeling blijven de opwekkarakteristieken van de kern en de windingimpedantie onveranderd, en tonen de testgegevens minimale basisfoutvariaties.
Onderdompeltests hebben ook aangetoond:
5 Kwaliteitsbewakingsaanbevelingen
Om ernstige isolatiefouten na onderdompeling te voorkomen in tijden van frequente extreme weersomstandigheden, zijn de volgende aanbevelingen:
6 Conclusies
Dit onderzoek richt zich op de kwaliteitsbeoordeling van epoxy-geïsoleerde lage-spanningsstroomtransformatoren na zware regenonderdompeling. Belangrijkste bevindingen:
Deze resultaten helpen energiebedrijven en fabrikanten bij het beoordelen en hergebruiken van lang ondergedompelde transformatoren.
