Surge Arrester Failure Analysis and Prevention: 10 kV Dağıtım Səyərçiklərinin İşsizliyinin Asan Səbəbləri

1. Giriş

Elektrik sistemlerinin işlemi sırasında, ana ekipmanlar iç ve atmosferik aşırı gerilimlerden tehdit altına girer. Sürge arresterler, özellikle iyi doğrusal olmayan volt-amper karakteristiğe sahip metal oksit arresterleri (MOA'lar), yüksek performansları, büyük akım taşıma kapasiteleri ve güçlü kirlilik direnci nedeniyle koruma için kritik öneme sahiptir. Ancak, güç frekansı gerilimlerine uzun süreli maruz kalma, bileşen kalitesi, üretim süreçleri ve dış ortam gibi faktörler MOA'ların anormal ısınmasına veya patlamasına yol açabilir. Bu durum, bilimsel tanı, değerlendirme ve önlem almayı gerektirir.

Bu makale, bir bölgedeki geniş ölçekli 10 kV dağıtım MOA hatalarını ele alır. Analiz, patlamış arresterlerin belirli bir üreticinin modeline yoğunlaştığını göstermektedir. Bu modelden üç hatalı faz ve iki normal faz MOA'sı ayrıştırılıp test edilerek nedenler ve önlemler belirlenmiştir.

2. Hata Genel Bakışı

Hatalı sürge arresterler, 35 kV transformatör istasyonunun 10 kV dağıtım hatlarında dağılmıştır. Fırtına sezonunda arızalar sık görülür ve transformatör istasyonunun anormal/hata kayıtları hatalı faz arresterlerle uyuşmaz. Örneklenen beş arresterin hassas koruma eylemi ve hata kaydı bilgileri yoktur. Yıldırım konumlandırma sistemleri, 2020 yılında bu transformatör istasyonunu merkez alan 10 km yarıçap içinde 516 yıldırım çarpması olduğunu göstermektedir.

Yerinde kurulumdan sonra devredilecek olan arresterler üzerinde teslimat testleri (ayrıca yalıtım direnci testi, 1 mA DC referans gerilimi testi ve 1 mA DC referans geriliminin 0.75 katındaki sızıntı akımı testi) yapılmış ve tüm sonuçlar geçerli çıkmıştır.

3. Hata Nedeni Analizi

Üç hatalı faz arresteri (No.1, No.2, No.3) ayrıştırılmıştır; iki normal faz arresteri (No.4, No.5) test ve ayrıştırma için karşılaştırma amacıyla kullanılmış, büyük ölçekli hata nedenlerini belirlemek için.

3.1 Eksik Plaka Bilgisi

Üç hatalı faz ve iki normal faz arresteri arasında: 4'ünde üretim tarihi var ancak seri numarası yok; 1'inde seri numarası var ancak tarih yok; diğer bilgiler göreceli olarak tamamlıdır.

Plakalar, işletme ve bakım personelinin temel ekipman bilgilerini elde etmesi için kritiktir. Eksik üretim tarihleri/seri numaraları, hizmet ömrünün hesaplanmasını ve kalite izlemesini engeller, toplu hata yönetiminin zorlaşmasına neden olur.

3.2 Varistorların Hepsi Parçalardır

No.1 hatalı arresterin ayrıştırılması sonucunda ortaya çıkan bulgular: İki elektrot arasında 6 varistor, bazı yüzeylerde yanma izleri ve beyaz toz bulunmaktadır; düz üst/alt yüzeyler dışında, varistorlar şekilsizdir, aynı boyutta veya düzenli sıralanmış değildir. Kalınlıkları 18 mm, 20 mm, 23 mm ve 25 mm'dir. Üç varistorda düzenli dış yaylar vardır (muhtemelen tam diskin veya halka şeklindeki varistorların dış çemberlerinden). Diğer iki hatalı faz arresterinde de benzer sorunlar mevcuttur.

No. 5 sağlam surge arresteri ayrıştırıldı (süreçte hasar görmedi, sonuçlar Şekil 4'te). İçerisinde: 5 varistor parçası + 3 metal şasi. Varistorların düz üst/alt yüzeyleri, diğer kısımları ise şekilsizdir, diğerlerine benzer: 3 parça ~22mm kalınlıkta, 1 parça 20mm, 1 parça 17mm. 3 parçada düzenli dış yaylar (tam disk/halka şeklindeki varistorların dış çemberlerinden); 2 parçada düzenli iç yaylar (tam halka şeklindeki varistorların iç çemberlerinden).

Standart metal oksit surge arresterlerin varistorları, düzenli disk, halka veya silindir şeklindedir. Boyutları, gerilim oranı (kalıntı/referans gerilimi), potansiyel gradyan, akım taşıma kapasitesi, ham malzemeler ve ateşleme süreçleriyle sıkı bir şekilde bağlantılıdır. Çekirdek montajından önce her varistor tam testlerden geçirilir (güç frekansı, DC, yüksek akım darbesi, kare dalga vb.). Sadece geçen parçalar monte edilir.

Ayrıştırma, bu arresterlerin geleneksel olmayan varistorları kullandığını göstermektedir: aynı model ünitelerde varistor/metal şasi sayıları tutarsız; şekiller, kalınlıklar ve dış yaylar düzensizdir. Bu nedenle, çekirdekler farklı özelliklere ve elektriksel parametrelere sahip geleneksel varistor parçalarından (10 kV standartı değil) oluşturulmuştur. Hatalı ve normal faza arasındaki karşılaştırma, bunun fabrika hatası olduğunu, hata nedeni olmadığını onaylamaktadır.

Böyle varistorların elektriksel performansı düşük olmaktadır. Düzgün olmayan temas alanları, aşırı gerilime dayanıklılığı, akım taşıma kapasitesini ve istikrarlığını azaltır - bu, hat darbeleri sırasında kolayca çökme nedeni olur.

3.3 Kompozit Ceketin Kötü Sigortası

No. 3 hatalı arresterin ayrıştırılması: kompozit ceketin bir ucunda elektroda ile iyi sigortalama yapılmıştır (Şekil 5); diğer ucunda dökme sigortası yoktur. Sadece biraz miktarda sigorta maddesi, elektroda-ark-koruması aralığına doldurulmuştur - koruma açısından etkili değildir, boşluklar ve ciddi elektroda paslanmasına neden olur (Şekil 6).

Bu kötü sigorta, üretimde yetersiz döküm nedeniyledir, hata değildir.

Kompozit ceketin ark-koruması silindirinin bir tarafında dökme sigorta yoktur ve elektroda bloğunun dişli yüzeyi ciddi derecede paslanmış durumdadır. Bu, sigorta maddesi olsa bile, nemin dişli boşluklardan ark-koruması silindirine sızdığına işaret etmektedir. İşlem sırasında, nem varistor çekirdeği montaj yüzeyine yapışarak sızıntı akımını ve direnç bileşenini artırır, bu da ciddi ısınmaya neden olur. Uzun vadeli işlem, ark-koruması silindirinin iç kısmında sıcaklık artışına, muhtemelen silindir duvarının erimesine ve patlamasına, surge arrester'in işlem kalitesinin yavaş yavaş kötüleşmesine yol açar.

No. 4 surge arresterin incelenmesi sırasında, bir elektroda ucunda kompozit ceketin kalınlığının düzensiz olduğu tespit edildi. Mikrometre ile ölçüm sonucunda en kalın bölümü 4.985 mm, en ince bölümü ise sadece 0.275 mm olarak ölçüldü, Şekil 7'de gösterildiği gibidir. Şekilde ayrıca, ceketin elektroda sütunu deliklerinin standart bir çember olmadığını, buradaki sigortanın kötü olduğunu göstermektedir.

Kompozit ceket, çoğunlukla silikon lastikten yapılmıştır. Düzensiz kalınlığı, üretim sürecinde sülfürleme aşamasında kötü proses kontrolü ve eksantrikliğinden kaynaklanır. Geleneksel 10 kV surge arresterlerde, kompozit ceketin kalınlığı 3-5 mm arasında homojendir. Çok ince silikon lastik, yaşlanmaya karşı dayanıklılıkta zayıf olup, çatlak oluşmasına eğilimlidir. Bu, nemin yalıtım silindir yüzeyine sızmasına ve nemli hatalara neden olmasına, ayrıca ekipmanın dış yalıtım performansını etkileyerek ürün kalitesini kısıtlayan önemli bir faktördür.

3.4 Geleneksel Testlerde Geçer, Özel Testlerde Geçmez

No. 5 normal surge arresteri üzerinde DC gerilimine ilişkin testler yapılmış, sonuçlar Tablo 1'de gösterilmiştir.

Over-current dayanıklılığını doğrulamak için No. 4 normal surge arresteri üzerinde yüksek akım darbe testi gerçekleştirilmiştir. Test darbe akımı, standart belirtilen değerden çok daha düşük olduğunda bile, arrester hala çöküş ve parçalanma yaşadı, bu da başarısız test sonuçlandı. Ayrıntılı veriler Tablo 2'de sunulmuştur.

4. Öneriler

Sürge arresterlerin ihale ve satın alınması sırasında (özellikle dağıtım ağları için), tedarikçi yeteneklerini ve teknik özelliklerini net bir şekilde belirtin. Olgun süreçlere ve iyi performansa sahip tedarikçileri seçin; aşırı düşük fiyatlı tekliflere kaçının.

Dağıtım ağları arresterlerinin teslim alındığı sırada, inşaat ve işletme birimleri "Beş Geç" gibi standartlara uygun olarak öğe bazında kontroller gerçekleştirmelidir, fabrika test raporlarını saklamalı ve geçerlilik oranlarını sağlamalıdır.

İl düzeyinde malzeme inceleme merkezlerinin test platformlarını kullanın. 10 kV arresterler için örnek testler (AC/DC, yüksek akım darbe, sigorta) gerçekleştirin, uygun olmayan ürünlerin ağ bağlantısını engelleyin.

Kurulumdan sonra, devreye alınmadan önce, GB 50150-2016'ya göre yerinde testler gerçekleştirin. Standartlaştırılmış raporlar oluşturun, gereken şekilde arşivleyin. Tam süreç veri yönetimi sağlayın (üretim → taşım → kabul → teslim alma testi → devreye alma). Devreye alınmasından sonra, devriye gezi ve kayıtları artırın. Yağmur mevsimlerinde kızılötesi görüntüleme kullanın. Anormal ısınma durumunda, hemen enerjiyi kesip değiştirin, hata genişlemesini önlemek için.