Påvirkning av langvarig neddyking på epoksyisolerte lavspenningstransformatorer
1 Innledning
Lavspændingsstrømtransformatorer for måling, med en gennemgående kerne-epoksyresin-struktur, bruges bredt i distributionsområder og for små til middelstore industrielle og kommercielle elektricitetsforbrug. Som en rekkeudvidelse for elektrisk energimåling har deres ydeevne direkte betydning for sikkerheden ved elektricitetsforbrug og nøjagtigheden af handelsberegninger. At studere effekten af langvarig dypning på disse transformatorer er praktisk betydningsfuldt for at fastslå kvaliteten af mange lavspændings-transformatorer, der er oversvømmet af ekstreme regn og flodoversvømmelser.
Forskning i transformatorers fugtabsorption har været pågående i lang tid. Eksisterende resultater har ikke dækket vilkår for langvarig dypning, og langvarig dypning forringes strømtransformatorer mere alvorligt end fugtabsorption. I national standard typeprøve for strømtransformatorer er beskyttelsesniveauet for indendørs transformatorer IP20, og for udendørs er det IP44; tekniske standarder for energisektoren og nettoselskaber har ikke specificeret dette. For at fastslå, om de dypede transformatorer stadig kan bruges, udfører denne artikel en simuleret dypningsprøve, analyserer ydeevnen efter dypning, og stiller anbefalinger for kvalitetsovervågning for at forbedre transformatorernes vandtæthed.
2 Teoretisk analyse af transformatorers dypningskarakteristika
De hovedsagelige karakteristika for lavspændingsstrømtransformatorer er isoleringskarakteristika og målingskarakteristika. Isoleringskarakteristikkerne inkluderer hovedsagelig isoleringsmodstand og netfrekvensens overlevningsspænding, og målingskarakteristikkerne afspejles i den grundlæggende fejl. Dypningskarakteristikker refererer til ændringer i isoleringsmodstand, netfrekvensens overlevningsspænding og grundlæggende fejl før og efter dypning og tørring.
2.1 Isoleringsmodstand
Isoleringsmodstanden R består af volumenmodstand Rv og overflademodstand Rs, som vist i formel (1). Volumenresistiviteten ρv og overfladeresistiviteten ρs er vist i formler (2) og (3).
I formlen er EV DC-elektrisk feltstyrke inde i isoleringsmaterialet; JV er stedsevarende strømtæthed; ES er DC-elektrisk feltstyrke; α er lineær strømtæthed.
Isoleringsmodstand påvirkes meget af fuktighed. Da vands elektriske ledningsevne er meget højere end epoksyresin-isoleringsmaterialer, og vand har en stor dielektrisk konstant, kan det reducere ioniseringsenergien for ioner. Derfor, når isoleringsmaterialet er dypet i vand, falder overflademodstanden hurtigt, mens volumenmodstanden ændrer sig lidt; når det dypede materiale er tørt, hvis mediummaterialets vandtæthed er generel eller der findes defekter indeni gysset legeme, genopstår overflademodstanden hurtigt, men volumenmodstanden falder betydeligt og kan ikke effektivt genopstilles.
2.2 Netfrekvensens overlevningsspænding
Prøvespændingen for netfrekvensens overlevningsspænding anvendes mellem sekundærterminalen, bundpladen og jorden. Når i et uhomogent elektrisk felt, kan nedbrydningfeltstyrken for mediumet omtrent beregnes ved formel (4).
I formlen er EBD nedbrydningfeltstyrken (topværdi) mellem to elektroder af isoleringsmaterialet; UBD er dielektrisk nedbrydningsspænding (effektiv værdi); s er nedbrydningafstand, og η er feltets udnyttelsesfaktor.
2.3 Grundlæggende fejl
Grundlæggende fejl for en strømtransformator inkluderer forholdfejl og fasfejl. Uanset arbejdsvilkår må grundlæggende fejl ikke overstige fejlgrensen, der svarer til nøyaktighedsgraden, der er angivet i standarden, før den kan bruges.
3 Prøvevilkår
3.1 Udvalg af prøveeksempler
Vælg tilfældigt epoksyresinisolerede lavspændingsstrømtransformatorer, der skal prøves, og udfør to grupper af prøver successivt. Prøvegrupperingen og parametrene for prøveeksemplerne vises i tabel 1.
3.2 Prøveudstyr
Udstyret og parametrene, der anvendes i prøven, vises i tabel 2.
3.3 Dypningsprøve
Ifølge IPX8-reglen i GB/T 4208 - 2017 "Beskyttelsesgrader leveret af beholder (IP-koder)" udføres prøven med rent vand. For beholder med en højde under 850 mm skal den laveste punkt være 1000 mm under vandspejlet. Før prøven, måles først isoleringsmodstand, netfrekvensens overlevningsspænding og grundlæggende fejl for prøveeksemplet, og derefter udføres dypningsprøven.
I den første gruppe prøver blev 3 prøveeksempler fra samme producent placeret i dykkeprøveudstyr. Vand blev pumpe ind, med væskeligningshøjden på 1000 mm og vandtemperatur på 15 °C. Efter at være blevet dypet i vand i 5 dage, blev de taget ud. Vanddropperne på dem blev tørret af med et tørt klæde, og de blev ladet stå i 15 minutter. Efter tørring blev prøver udført. Derefter blev prøver foretaget hver dag i 10 dage. Til sidst blev de luftet ved rumtemperatur i 5 dage, og prøver blev udført igen efter lufttørring. For den anden gruppe prøver blev eksemplarstorrelsen øget. Prøveeksempler fra 5 tilfældigt valgte producenter blev direkte dypet i vand i 10 dage, derefter luftet i 5 dage, og prøvet igen efter lufttørring.
3.4 Prøvedata
3.4.1 Isoleringsmodstand
Isoleringsmodstanden blev målt ved hjælp af 500V DC-spændingsområde. Isoleringsmodstands-værdier (delvis) for de to grupper prøver vises i tabel 3 og tabel 4.
Prøveeksemplet #3 havde den største ændring i isoleringsmodstand. Efter at være blevet dypet i vand i 10 dage, var isoleringsmodstanden 43,3 MΩ. Efter at være blevet luftet i 5 dage, var isoleringsmodstanden 46,0 MΩ, og ændringsprocenten nåede -99%. Efter dypningsprøven og tørring opnåede de resterende 7 prøveeksemplers isoleringsmodstand alle den oprindelige tørre tilstandes størrelsesorden.
3.4.2 Netfrekvensens overlevningsspænding
Der var i alt 8 prøveeksempler i de to grupper af prøver før og efter. Af dem passede 7 netfrekvensens overlevningsspændingstest. Kun prøveeksemplet #3 havde vanskeligheder med spændingsforhøjelse under testen, og en meget tydelig udsliplyd kunne høres. Efter prøven blev der fundet tydelige vandspor inde i forbindelsen mellem bundpladen og epoksyresinen for prøveeksemplet #3. Der var en tydelig kløft ved giessningsgrænsen for bundpladen på dette prøveeksempel. Bundpladen af prøveeksemplet efter prøven vises i figur 1. I en fugtig miljø med vanddypning, trænger ekstern fugt ind i hovedlegemet gennem kløften og kan ikke udledes, hvilket resulterer i en reduktion i isolationsniveauet.
3.4.3 Grundlæggende fejl
Fejlprøver blev udført på 8 prøveeksempler både før og efter dypning. Med prøveeksemplet #3 som eksempel, vises fejlprøvedataene i tabel 5.
4 Prøveanalyse
Lavspændingsstrømtransformatorer består hovedsageligt af isoleringsmaterialer, jernkerner og vindinger. De anvender en giessningsproces: epoksyresin, silicium mikropulver, tørfastighedsforbedrere, forhastere og hardner blander i angivne forhold, røres jævnt, og injiceret i former under bestemte forhold for solidificering.
4.1 Isoleringsmodstand
Figur 2 er et histogram over isoleringsmodstandsdatafordeling for strømtransformatorer i forskellige prøvegrupper. De fleste prøvede transformatorer viser konsekvente ændringer i isoleringsmodstand efter dypning og tørring: en betydelig initial nedgang under dypning, derefter en stigning tilbage til den oprindelige tørre tilstands størrelsesorden efter tørring. Kun prøveeksemplet #3 har en -99% isoleringsmodstandsændringsrate efter tørring, nær den kvalificerede kritiske værdi på 30 MΩ.
For prøvegruppe 2 eksempler, variere isoleringsmodstandsændringer efter dypning. #01, #03, #04, #05 falder til kritisk værdi; #02 forbliver næsten uændret. Efter 5-dages tørring, returnerer de mest til det oprindelige modstands-niveau, hvilket viser, at #02 har fremragende isoleringsgiessningskvalitet uden vandindtrængen efter langvarig dypning.
Temperatur (forlisbar her) og fugtighed påvirker isoleringsmodstand. Fugtighed ændrer sig meget før og efter prøve. Normalt falder overflademodstand, mens volumenmodstand forbliver. Men hvis isoleringsmaterialet har lav vandtæthed eller giessningsdefekter, absorberer hovedisolationsmedium vand. Selv efter tørring, svinder intern vand knap nok. Overflademodstand genvinner, men volumenmodstand falder dramatisk og kan ikke effektivt genvinnen, hvilket reducerer den samlede isoleringsmodstand.
4.2 Netfrekvensens overlevningsspænding
Epoksyresinisolerede lavspændingsstrømtransformatorer har en stor isolationsmargin. Normalt forårsager overfladefugt ikke overfladedislip, og de passer netfrekvensens overlevningsspændingstest efter dypning og tørring.
Dog, små porer i isolationsmediumet lader vandmolekyler ind efter dypning, danner vandfyldte mikroporer og omdanner solid dielektrikum til et fast-væskelig komposit. Vand i mikroporer polariserer og deformeres under elektrisk felt, ændrer fra sfæriske til ellipsoidiske, forbinder kanaler og reducerer nedbrydningfeltstyrken. Mere vand og tættere kanaler med længere dypning øger nedbrydningsrisiko. Luftkløfter i giessning lader også vand ind. Disse faktorer forårsager disliplyde under overlevningsspænding, som set i prøveeksemplet #3.
4.3 Grundlæggende fejl
En transformators fejl afhænger kun af kernen magnetiske egenskaber og vindingsparametre. Før og efter dypning, kernen opmuntredegenskaber og vindingsimpedance forbliver uændret, og prøvedata viser minimal grundlæggende fejlvariation.
Dypningsprøver har også afsløret:
5 Kvalitetsovervågningsanbefalinger
For at undgå alvorlig isoleringsfejl efter dypning midt i hyppige ekstrem vejrsforhold, inkluderer anbefalinger:
6 Konklusioner
Denne undersøgelse adresserer kvalitetsvurdering af epoksyisolerede lavspændingsstrømtransformatorer efter tungregn dypning. Hovedfund:
Disse resultater vejleder energiselskaber og producenter i at vurdere/gengenbruge lange dypede transformatorer.
