Uzun Süreli Dalgalanmanın Epoksi İzole Düşük Gerilim Akım Dönüştürücüleri Üzerindeki Etkisi
1 Giriş
Ölçüm için düşük gerilimli akım transformatörleri, çekirdek tipi epoksi reçine yapısı ile dağıtım transformatör alanlarında ve küçük-orta ölçekli endüstriyel ve ticari elektrik tüketimi için yaygın olarak kullanılır. Elektrik enerjisi ölçümünün bir aralığı genişletici olarak, performansları elektrik tüketim güvenliği ve kullanıcıların ticari hesaplamalarının doğruluğuyla doğrudan ilişkilidir. Uzun süreli dalgalanmanın bu transformatörlere etkisini incelemek, aşırı yağmur ve sel felaketlerinden dolayı sular altında kalan birçok düşük gerilimli transformatörün kalitesini belirleme açısından pratik bir öneme sahiptir.
Transformatör nem alımını araştırmalar uzun zamandır devam etmektedir. Mevcut sonuçlar, uzun süreli dalgalanma koşullarını kapsayamamıştır ve uzun süreli dalgalanma, nem alımdan daha ciddi şekilde akım transformatörlerini bozar. Ulusal standart tip testinde, sadece iç mekan transformatörlerinin koruma seviyesi IP20 ve dış mekan transformatörlerinin ise IP44'tür; enerji sektörü ve şebeke şirketlerinin teknik standartları bunu belirtmemiştir. Dalgalanan transformatörlerin hala kullanılabilir olup olmadığına karar vermek için bu makale, simüle edilmiş dalga testi gerçekleştirir, dalga sonrası performans değişikliklerini analiz eder ve transformatörlerin su geçirmezliğini artırmak için kalite denetimi önerileri sunar.
2 Transformatör Dalgalanma Özelliklerinin Teorik Analizi
Düşük gerilimli akım transformatörlerinin ana özellikleri, yalıtım özellikleri ve ölçüm özellikleridir. Yalıtım özellikleri, genellikle yalıtım direnci ve güç frekans dayanımı içerir ve ölçüm özellikleri temel hatanın yansımasıdır. Dalgalanma özellikleri, transformatörün dalga öncesi ve sonraki (kurutulduktan sonra) yalıtım direnci, güç frekans dayanımı ve temel hatasındaki değişimleri ifade eder.
2.1 Yalıtım Direnci
Yalıtım direnci R, hacim direnci Rv ve yüzey direnci Rs ile oluşur, formül (1)'de gösterildiği gibi. Hacim direnç ρv ve yüzey direnç ρs formüller (2) ve (3) ile gösterilmiştir.
Formülde, EV yalıtım malzemesi içindeki DC elektrik alan gücünü, JV durağan akım yoğunluğunu, ES DC elektrik alan gücünü, α ise lineer akım yoğunluğunu ifade eder.
Yalıtım direnci, nemden büyük ölçüde etkilenebilir. Suyun elektrik iletkenliği, epoksi reçine yalıtım malzemelerinden çok daha yüksek olduğu için ve suyun büyük dielektrik sabiti, iyonların ionlaşma enerjisini azaltabileceği için, yalıtım malzemesi suya dalındığında, yüzey direnci hızlıca düşer, ancak hacim direnci çok az değişir; dalınan malzeme kurutulduğunda, eğer ortam malzemesinin su geçirmezliği orta düzeyde veya dökme gövdede içten defektler varsa, yüzey direnci hızlıca toparlanır, ancak hacim direnci önemli ölçüde düşer ve etkili bir şekilde toparlanamaz.
2.2 Güç Frekans Dayanımı
Güç frekans dayanımı test voltajı, ikincil uç, alt plaka ve yer arasında uygulanır. Düzgün olmayan bir elektrik alanında, ortamın parlama alan gücü yaklaşık olarak formül (4) ile hesaplanabilir.
Formülde, EBD yalıtım malzemesinin iki elektrot arasındaki parlama alan gücünü (tepe değeri), UBD dielektrik parlama voltajını (etkin değer) ve s parlama mesafesini, η ise elektrik alan kullanım katsayısını ifade eder.
2.3 Temel Hata
Bir akım transformatörünün temel hataları, oran hatası ve faz hatasıdır. Çalışma koşullarından bağımsız olarak, temel hata, standartta belirtilen doğruluk seviyesine karşılık gelen hata sınır değerini aşmamalıdır.
3 Test Koşulları
3.1 Test Örneklerinin Seçimi
Test edilecek epoksi reçine yalıtımlı düşük gerilimli akım transformatörlerinden rastgele seçilir ve ardışık olarak iki grup test gerçekleştirilir. Test örneklerinin gruplanması ve parametreleri Tablo 1'de gösterilmiştir.
3.2 Test Ekipmanı
Testte kullanılan ekipman ve parametreler Tablo 2'de gösterilmiştir.
3.3 Dalga Testi
GB/T 4208 - 2017 "Kabul Kapsamları Tarafından Sağlanan Koruma Dereceleri (IP Kodları)" standardında belirtilen IPX8 düzenlemesine göre, test temiz su ile gerçekleştirilir. Yüksekliği 850 mm'den düşük olan kabuller için, en düşük nokta su yüzeyinin 1000 mm altına gelmelidir. Test öncesinde, önce test örneğinin yalıtım direnci, güç frekans dayanımı ve temel hatası ölçülür, ardından dalga testi gerçekleştirilir.
İlk test grubunda, aynı üreticiden alınan 3 test örneği dalga test ekipmanına yerleştirildi. İçine musluğu suyu dolduruldu, sıvı seviyesi 1000 mm ve su sıcaklığı 15 °C idi. 5 gün boyunca suya dalındıktan sonra çıkarıldı. Üzerindeki su damlaları kuru bezle silindi ve 15 dakika bekletildi. Kurutulduktan sonra testler gerçekleştirildi. Sonrasında, 10 gün boyunca her gün bir test yapıldı. Son olarak, oda sıcaklığında 5 gün havalandı ve tekrar havalandıktan sonra testler yapıldı. İkinci test grubunda, örnek sayısı artırıldı. Rasgele seçilen 5 üreticiden alınan test örnekleri doğrudan 10 gün boyunca suya daldırıldı, ardından 5 gün havalandı ve tekrar havalandıktan sonra test edildi.
3.4 Test Verileri
3.4.1 Yalıtım Direnci
Yalıtım direnci, 500V DC voltaj aralığı kullanılarak ölçüldü. İki test grubunun (kısmi) yalıtım direnci değerleri Tablo 3 ve Tablo 4'te gösterilmiştir.
#3 test örneğinin yalıtım direnci değişme oranı en büyüktü. 10 gün boyunca suya daldırıldıktan sonra, yalıtım direnci 43.3 MΩ oldu. 5 gün boyunca havalandıktan sonra, yalıtım direnci 46.0 MΩ oldu ve değişme oranı % - 99'a ulaştı. Dalga testinden sonra ve kurutulduktan sonra, kalan 7 test örneğinin tümü, ilk kuru durumunun yalıtım direnci büyüklüğüne geri döndü.
3.4.2 Güç Frekans Dayanımı
İki test grubunda toplam 8 test örneği vardı. Bunlardan 7'si güç frekans dayanımı testini geçti. Sadece #3 test örneği, test sırasında voltaj yükseltmesi zorluk yaşayıp, çok açık bir salma sesi duyuldu. Testin ardından, #3 test örneğinin alt plaka ile epoksi reçine arasındaki bağlantı noktasında açık su izleri tespit edildi. Bu test örneğinin alt plaka reçinesinin döküm arayüzüne açık bir boşluk vardı. Test sonrası test örneğinin alt plakası Şekil 1'de gösterilmiştir. Su dalgalanmasıyla nemli bir ortamda, dıştan giren nem, boşluk üzerinden gövdenin içine girerek dışarı atılamaz ve bu da yalıtım seviyesini düşürür.
3.4.3 Temel Hata
Dalga öncesi ve sonrası 8 test örneği üzerinde hata testleri yapıldı. Örneğin, #3 test örneği için hata test verileri Tablo 5'te gösterilmiştir.
4 Test Analizi
Düşük gerilimli akım transformatörleri, genellikle yalıtım malzemeleri, demir çekirdekleri ve sarımlardan oluşur. Döküm işlemi kullanılarak üretilir: epoksi reçine, silikon mikro tozu, sertleştirme maddeleri, hızlandırıcılar ve katılaştırıcılar belirli oranlarda karıştırılır, homojen olarak karıştırılır ve belirli koşullar altında kalıp içine dökülür ve katılaşır.
4.1 Yalıtım Direnci
Şekil 2, farklı test gruplarındaki akım transformatörlerinin yalıtım direnci verilerinin dağılım histogramıdır. Çoğu test edilen transformatör, dalga ve kurutma sonrası tutarlı bir yalıtım direnci değişimi gösterir: dalga sırasında başlangıçta önemli bir düşüş, ardından kurutma sonrası orijinal kuru durumunun büyüklüğüne geri dönüş. Sadece #3 test örneği, kurutma sonrası % - 99'luk bir yalıtım direnci değişime sahip olup, 30 M&Ω'ye yakın nitelikli kritik değere yakındır.
Test Grubu 2 örnekleri için, dalga sonrası yalıtım direnci değişimi değişkendir. #01, #03, #04, #05 kritik değere düşer; #02 neredeyse hiç değişmez. 5 günlük kurutma sonrası, çoğunlukla orijinal direnç seviyesine döner, #02'nin mükemmel bir yalıtım döküm kalitesine sahip olduğunu ve uzun süreli dalga sonrası su sızıntısı olmadığını gösterir.
Sıcaklık (burada ihmal edilebilir) ve nem, yalıtım direncini etkiler. Nem, test öncesi ve sonrası büyük ölçüde değişir. Genellikle, yüzey direnci düşerken, hacim direnci neredeyse değişmez. Ancak, yalıtım malzemesi düşük su geçirmezliğine sahip veya döküm defektleri varsa, ana yalıtım ortamı suyu emer. Kurutulduktan sonra bile, içteki su kolayca buharlaşmaz. Yüzey direnci toparlanırken, hacim direnci önemli ölçüde düşer ve etkili bir şekilde toparlanamaz, bu da genel yalıtım direncini düşürür.
4.2 Güç Frekans Dayanımı
Epoksi reçine yalıtımlı düşük gerilimli akım transformatörleri, büyük bir yalıtım marjına sahiptir. Normalde, yüzey nemlenmesi yüzey salmasını tetiklemez ve dalga ve kurutma sonrası güç frekans dayanımı testini geçerler.
Ancak, dalga sonrası, yalıtım ortamındaki minik porler, su moleküllerinin içeri girmesine izin verir, bu da su dolu mikroporlar oluşturur ve katı dielektrik katı-sıvı bir bileşik haline getirir. Mikroporlardaki su, elektrik alanında kutupsallaşır ve deformasyon geçirir, küresel şekilden elips şekline dönüştürerek kanalları birbirine bağlar ve parlama alan gücünü azaltır. Daha fazla su, daha yoğun kanallar ve daha uzun dalga, parlama riskini artırır. Dökümdeki hava boşlukları da su sızıntısına neden olur. Bu faktörler, test örneği #3'te görüldüğü gibi, dayanım sırasında salma seslerine neden olur.
4.3 Temel Hata
Bir transformatörün hatası, sadece çekirdeğin manyetik özellikleri ve sarım parametrelerine bağlıdır. Dalga öncesi ve sonrası, çekirdeğin uyarılma özellikleri ve sarım impedansı değişmez ve test verileri, temel hatadaki minimal değişiklikleri gösterir.
Dalga testleri ayrıca şunları ortaya koymuştur:
5 Kalite Denetimi Önerileri
Sıklıkla aşırı hava durumu şartları altında, dalga sonrası ciddi bir yalıtım hatasını önlemek için öneriler şunlardır:
6 Sonuçlar
Bu çalışma, ağır yağmur dalgalanmasından sonra epoksi yalıtımlı düşük gerilimli akım transformatörlerinin kalite değerlendirmesine odaklanmaktadır. Önemli bulgular şunlardır:
Bu sonuçlar, elektrik şirketleri ve üreticilerin uzun süre dalgalanan transformatörlerin değerlendirilmesi ve yeniden kullanımı konusunda rehberlik sağlar.
