Påverkan av långvarig insjunkning på epoxylimulerade lågspänningsströmförstärkare
1 Introduktion
Lågspänningsströmmätare med en genomhålig epoxidresinstrukturen används vidt och brett i distributionsområden för transformatorer samt för små till medelstora industriella och kommersiella elförbrukningsenheter. Som ett utvidgningsområde för elektricitetsmätning har deras prestanda direkt att göra med elförbrukningssäkerhet och noggrannheten i användarnas handelsberäkningar. Att studera effekten av långvarig insjunkning på dessa transformatorer är praktiskt betydelsefullt för att fastställa kvaliteten på många lågspänningstransformatorer som översvämmas av extrem regn och översvämningar.
Forskning om transformatorers fuktabsorption har pågått länge. Befintliga resultat täcker dock inte villkor för långvarig insjunkning, och långvarig insjunkning förvärrar strömmätare mer allvarligt än fuktabsorption. I nationella standardprov för strömmätare är skyddsnivån för inomhusmätare IP20 och för utomhusmätare IP44; tekniska standarder inom elindustrin och nätbolag har inte specificerat detta. För att avgöra om insjunkna transformatorer fortfarande kan användas genomförde denna artikel ett simulerat insjunkningsprov, analyserade prestandaförändringar efter insjunkning, och ger kvalitetskontrollförslag för att förbättra transformatorernas vattentäthet.
2 Teoretisk analys av transformatorns insjunkningskarakteristika
De huvudsakliga egenskaperna hos lågspänningsströmmätare är isoleringskarakteristik och mätningsegenskaper. Isoleringskarakteristiken inkluderar huvudsakligen isolationsmotstånd och spänningsfrekvenshållbarhet, och mätningsegenskaperna återspeglas i den grundläggande felet. Insjunkningskarakteristiken refererar till förändringarna i isolationsmotstånd, spänningsfrekvenshållbarhet och grundfel hos transformatorn före och efter insjunkning och torkning.
2.1 Isolationsmotstånd
Isolationsmotståndet R består av volymmotstånd Rv och ytavstånd Rs, enligt formel (1). Volymresistiviteten ρv och ytresistiviteten ρs visas i formlerna (2) och (3).
I formeln är EV den genvägsfria elektriska fältstyrkan inuti det isolerande materialet; JV är den stationära strömningsdensiteten; ES är den genvägsfria elektriska fältstyrkan; α är den linjära strömningsdensiteten.
Isolationsmotståndet påverkas starkt av fukt. Eftersom vattnets elektriska ledningsförmåga är mycket högre än den för epoxidresinisolering, och vatten har en stor dielektrisk konstant, vilket kan minska jonernas ionisationsenergi. Därför, när det isolerande materialet insjunker i vatten, sjunker ytresistiviteten snabbt, medan volymresistiviteten ändras litet; när det insjunkna materialet torkar, om mediummaterialets vattentäthet är generell eller det finns defekter inuti gjutningen, återhämtar sig ytresistiviteten snabbt, men volymresistiviteten minskar kraftigt och kan inte effektivt återställas.
2.2 Spänningsfrekvenshållbarhet
Provspänningen för spänningsfrekvenshållbarhet appliceras mellan sekundärterminalen, bottenplattan och mark. När man befinner sig i ett ojämnt elektriskt fält kan mediebrytningsfältstyrkan beräknas approximativt enligt formel (4).
I formeln är EBD brytningsfältstyrkan (toppvärde) mellan de två elektroderna i det isolerande materialet; UBD är dielektisk brytningsvoltag (effektiv värde); s är brytningsavståndet, och η är elektriskt fältutnyttjandekoefficienten.
2.3 Grundläggande fel
Grundläggande felen för en strömmätare inkluderar förhållandesfel och fasfel. Oavsett arbetsförhållanden får grundfelet inte överstiga felgränsen motsvarande noggrannhetsgraden som anges i standarden innan den kan användas.
3 Provningstillstånd
3.1 Urval av provobjekt
Slumpvis väljs epoxidresinisolerade lågspänningsströmmätare som ska testas, och två grupper av tester utförs successivt. Provgrouperingen och parametrarna för provobjekten visas i tabell 1.
3.2 Testutrustning
Utrustningen och parametrarna som används i testet visas i tabell 2.
3.3 Insjunkningsprov
Enligt IPX8-reglering i GB/T 4208-2017 "Skyddsnivåer som tillhandahålls av omfattningsenheter (IP-koder)" genomförs testet med rent vatten. För omfattningsenheter med en höjd under 850 mm skall lägsta punkten vara 1000 mm under vattenytan. Innan testet mäts först isolationsmotstånd, spänningsfrekvenshållbarhet och grundfel hos provobjektet, och sedan genomförs insjunkningsprovet.
I den första gruppen av tester placerades tre provobjekt från samma tillverkare i dyktestutrustningen. Kranvatten injicerades, med vätskenivån 1000 mm och vattemperaturen 15 °C. Efter fem dagars insjunkning togs de ut. Vattendropparna på dem torkades bort med en torr trasa, och de stod stilla i 15 minuter. Efter torkning genomfördes tester. Sedan genomfördes tester en gång per dag i 10 dagar. Slutligen torkade de i rumstemperatur i 5 dagar, och tester genomfördes igen efter lufttorkning. För den andra gruppen av tester ökades provstorleken. Provobjekt från fem slumpvis valda tillverkare insjönks direkt i vatten i 10 dagar, torkade sedan i 5 dagar, och testades igen efter lufttorkning.
3.4 Testdata
3.4.1 Isolationsmotstånd
Isolationsmotståndet mättes med 500V DC-spänningsspannet. Isolationsmotståndsvaloren (delvis) för de två grupperna av tester visas i tabell 3 och tabell 4.
Provobjekt #3 hade den största förändringstakten av isolationsmotstånd. Efter 10 dagars insjunkning var isolationsmotståndet 43,3 MΩ. Efter 5 dagars lufttorkning var isolationsmotståndet 46,0 MΩ, och förändringstakten nådde -99%. Efter insjunkningsprovet och torkning återhämtade sig isolationsmotståndet för de återstående sju provobjekten till ordningen av isolationsmotståndet i den ursprungliga torra tillståndet.
3.4.2 Spänningsfrekvenshållbarhet
Det fanns totalt 8 provobjekt i de två grupperna av tester före och efter. Av dessa passerade 7 spänningsfrekvenshållbarhetstestet. Endast provobjekt #3 hade svårigheter med spänningsökning under testet, och ett mycket uppenbart utsläppsljud kunde höras. Efter testet hittades uppenbara vattenmärken inuti anslutningen mellan bottenplattan och epoxidresinen för provobjekt #3. Det fanns ett uppenbart gap vid gjutningsgränsen för bottenplattans resina för detta provobjekt. Bottenplattan av provobjektet efter testet visas i figur 1. I ett fuktigt miljö med vatteninsjunkning intränger extern fukt inuti huvudkroppen genom gapet och kan inte avledas, vilket leder till en minskning av isolationsnivån.
3.4.3 Grundläggande fel
Feltester genomfördes på 8 provobjekt både före och efter insjunkning. Med provobjekt #3 som exempel visas feltestdata i tabell 5.
4 Testanalys
Lågspänningsströmmätare består huvudsakligen av isolerande material, järnkärnor och vindningar. De använder en gnuttningsprocess: epoxidresin, silikongrunder, uthårdningsmedel och katalysatorer blandas i angivna proportioner, röras jämnt och injiceras under vissa förhållanden i former för solidifiering.
4.1 Isolationsmotstånd
Figur 2 är ett histogram över datafördelningen av isolationsmotstånd för strömmätare i olika testgrupper. De flesta testade transformatorerna visar konsekventa förändringar av isolationsmotstånd efter insjunkning och torkning: en betydande initial nedgång under insjunkning, sedan en återgång till den ursprungliga torra tillståndets storleksordning efter torkning. Endast provobjekt #3 har en -99% förändringstakt av isolationsmotstånd efter torkning, nära den 30 MΩ godkända gränsen.
För provgrupp 2 varierar isolationsmotståndsändringarna efter insjunkning. #01, #03, #04, #05 sjunker till gränsen; #02 förblir nästan oförändrat. Efter 5-dagars torkning återgår de mest till den ursprungliga resistansen, vilket visar att #02 har utmärkt isolerande gnuttkvalitet utan vatteninträngning efter långvarig insjunkning.
Temperatur (försumbar här) och fuktighet påverkar isolationsmotstånd. Fuktighetsförändringar är stora före och efter test. Normalt sett sjunker ytresistiviteten medan volymresistiviteten stannar. Men om det isolerande materialet har låg vattentäthet eller gnuttningsdefekter absorberar det huvudsakliga isolerande mediet vatten. Även efter torkning evaporerar det interna vattnet knappt. Ytresistiviteten återhämtar sig, men volymresistiviteten sjunker drastiskt och kan inte effektivt återställas, vilket sänker det totala isolationsmotståndet.
4.2 Spänningsfrekvenshållbarhet
Epoxidresinisolerade lågspänningsströmmätare har en stor isolationsmarginal. Normalt sett orsakar ytmöjlighet inte ytdischarge, och de passerar spänningsfrekvenshållbarhetstestet efter insjunkning och torkning.
Men små porer i isoleringsmedium låter vattenmolekyler intränga efter insjunkning, bildar vattenfyllda mikroporer och förvandlar det fasta dielektriska till ett fast-vätskekomposit. Vatten i mikroporerna polariserar och deformeras under elektriska fält, ändrar sig från sfärisk till ellipsoid, kopplar kanaler och minskar brytningsfältstyrkan. Mer vatten och tätrare kanaler med längre insjunkning ökar risken för brytning. Luftgap i gnutting låter också vatten intränga. Dessa faktorer orsakar utsläppsljud under hållbarhet, som ses i provobjekt #3.
4.3 Grundläggande fel
Ett transformers fel beror endast på kärnens magnetiska egenskaper och vindningsparametrar. Före och efter insjunkning förblir kärnens uppmuntringsegenskaper och vindningsimpedans oförändrade, och testdata visar minimal variation av grundläggande fel.
Insjunkningstester avslöjade också:
5 Förslag för kvalitetskontroll
För att undvika allvarlig isoleringsmisslyckande efter insjunkning vid frekventa extrema väderförhållanden inkluderar förslagen:
6 Slutsatser
Denna studie behandlar kvalitetsbedömning av epoxidisolerade lågspänningsströmmätare efter tung regninsjunkning. Viktiga resultat:
Dessa resultat guider elbolag och tillverkare i bedömning och återanvändning av långt insjunkna transformatorer.
