Analisis ng Pagkakamali at Pag-iwas sa Surge Arrester: Mga Pangunahing Dahilan ng Pagkakamali ng 10 kV Distribution Arresters

1. Pagkakakilala

Sa pag-operate ng sistema ng kuryente, ang pangunahing kagamitan ay naranasan ang mga banta mula sa panloob at atmosperiko na overvoltage. Ang surge arresters, lalo na ang metal oxide arresters (MOAs) na may mahusay na nonlinear volt-ampere characteristics, ay mahalaga para sa proteksyon dahil sa kanilang magandang performance, malaking capacity para sa kuryente, at matibay na resistensya sa polusyon. Gayunpaman, ang mahabang panahon ng pagkaka-expose sa power frequency voltages, kasama ang kalidad ng mga komponente, proseso ng paggawa, at panlabas na kapaligiran, gumagawa ng MOAs na madaling maapektuhan ng abnormal na init o pagsabog, kaya kinakailangan ng siyentipikong pagkakakilala, paghuhusga, at pag-iwas.

Ang papel na ito ay tumutugon sa malawakang pagkasira ng 10 kV distribution MOA sa isang rehiyon. Ang analisis ay nagpapakita na ang mga sumabog na arrester ay nakonsentrado sa isang modelo ng isang manufacturer. Tatlong faulty-phase at dalawang normal-phase MOAs ng modelo na ito ay in-disassemble at in-test upang matukoy ang mga sanhi at countermeasures.

2. Buod ng Sakuna

Ang mga may sakit na surge arresters ay ipinamamahagi sa 10 kV distribution lines ng isang 35 kV substation. Ang mga pagkasira ay kadalasang nangyayari sa panahon ng thunderstorm, at ang mga tala ng abnormal/fault ng substation ay hindi tumutugon sa mga faulty-phase arresters. Ang limang sample na arrester ay walang wastong impormasyon tungkol sa pag-act ng proteksyon at tala ng fault. Ang lightning location systems ay nagpapakita na noong 2020, mayroong 516 lightning strikes sa loob ng 10-km radius na nakasentro sa substation na ito.

Pagkatapos ng on-site installation, ginawa ang handover tests (kasama ang insulation resistance testing, 1 mA DC reference voltage testing, at leakage current testing sa 0.75 times ang 1 mA DC reference voltage), lahat ng may qualified na resulta.

3. Analisis ng Sanhi ng Pagkasira

Tatlong faulty-phase arresters (No.1, No.2, No.3) ay in-disassemble; dalawang normal-phase arresters (No.4, No.5) ay dinala sa mga test at in-disassemble para sa paghahambing, upang matukoy ang mga sanhi ng malawakang pagkasira.

3.1 Hindi Kompleto ang Impormasyon sa Nameplate

Sa tatlong faulty-phase at dalawang normal-phase arresters: 4 may petsa ng paggawa ngunit walang serial numbers; 1 may serial number ngunit walang petsa; ang iba pang impormasyon ay relatibong kompleto.

Ang nameplates ay mahalaga para sa mga personnel ng operasyon at maintenance upang makakuha ng basic na impormasyon tungkol sa kagamitan. Ang nawawalang petsa ng paggawa/serial numbers ay nagpapahirap sa pag-compute ng buhay ng serbisyo at tracing ng kalidad, na nagpapahirap sa centralized defect management.

3.2 Ang Mga Varistors Ay Lahat Naging Piraso

Ang pag-disassemble ng No.1 faulty arrester ay nagpakita: 6 varistors sa pagitan ng dalawang electrode, may marks ng pag-sunog at puti na powder sa ilang surface; maliban sa relatibong flat na itaas/baba na surface, ang mga varistors ay irregular sa hugis, walang uniform na sukat o arrangement. Ang mga thickness ay kasama ang 18 mm, 20 mm, 23 mm, at 25 mm. Tatlong varistors ay may regular na outer arcs (presumably mula sa outer circles ng complete disc-shaped/annular varistors). Katulad na isyu ay umiiral sa ibang dalawang faulty-phase arresters.

Ang No. 5 intact surge arrester ay in-disassemble (walang pinsala sa proseso, resulta sa Fig. 4). Sa loob: 5 piraso ng varistor + 3 metal gaskets. Ang mga varistors ay may flat na itaas/baba na surface, irregular fragments naman sa iba, katulad ng iba: 3 piraso ~22mm thick, 1 sa 20mm, 1 sa 17mm. 3 piraso ay may regular na outer arcs (mula sa outer circles ng complete disc/ring-shaped varistors); 2 ay may regular na inner arcs (mula sa inner circles ng complete ring-shaped varistors).

Ang mga varistors ng standard metal-oxide surge arresters ay regular discs, rings, o cylinders. Ang kanilang dimensions ay direktang konektado sa voltage ratio (residual/reference voltage), potential gradient, current-carrying capacity, raw materials, at firing processes. Bago ang core assembly, bawat varistor ay dinala sa full tests (power-frequency, DC, high-current impulse, square-wave, etc.). Lamang ang mga napasang piraso ang ina-assemble.

Ang pag-disassemble ay nagpakita na ang mga arrester na ito ay gumagamit ng hindi conventional na varistors: inconsistent counts ng varistors/metal gaskets sa mga same-model units; irregular shapes, varying thicknesses, at uneven outer arcs. Kaya, ang cores ay hinugis mula sa mga piraso ng conventional varistors (different specs/electrical params), hindi 10 kV standard ones. Ang paghahambing ng faulty vs. normal phases ay nagpapatunay na ito ay factory defect, hindi fault-induced.

Ang mga ganitong varistors ay may masamang electrical performance. Ang hindi pantay na contact areas ay nagpapahina ng overvoltage resistance, current-carrying capacity, at stability—madali na nagdudulot ng breakdowns sa panahon ng line surges.

3.3 Mahina ang Sealing ng Composite Jacket

Ang pag-disassemble ng No. 3 faulty arrester: ang isa sa mga dulo ng composite jacket ay sealed nang mabuti sa electrode (Fig. 5); ang kabilang dulo naman ay walang cast sealing. Lamang ang kaunting sealant ang nasa gap ng electrode-arc-shield—hindi sapat para sa proteksyon, nagdudulot ng gaps at severe electrode rust (Fig. 6).

Ang mahinang sealing na ito ay nagmumula sa inadequate casting sa produksyon, hindi dahil sa fault.

Ang composite jacket ay walang cast sealing sa isang side ng arc-isolating cylinder, at ang threaded surface ng electrode block ay severely rusted. Ito ay nagpapakita na kahit may sealant, ang moisture ay maaaring lumusob sa arc-isolating cylinder sa pamamagitan ng thread gaps. Sa panahon ng operasyon, ang moisture na nakalagay sa varistor core assembly surface ay nagpapataas ng leakage current at resistive components, nagdudulot ng severe heat. Ang mahabang panahon ng operasyon ay nagdudulot ng pagtaas ng temperatura sa loob ng arc-isolating cylinder, posibleng melting at bursting ng cylinder wall, gradual deterioration ng operational quality ng surge arrester.

Kapag in-inspeksyon ang No. 4 surge arrester, natuklasan ang hindi pantay na thickness ng composite jacket sa isang dulo ng electrode. Isang micrometer ay nagsukat ng pinakamalapot na bahagi sa 4.985 mm at ang pinakamaliit na bahagi ay lamang 0.275 mm, tulad ng ipinapakita sa Figure 7. Ang figure din ay nagpapakita na ang center electrode column perforation ng jacket ay hindi standard circle, nagpapakita ng mahinang sealing dito.

Ang composite jacket ay pangunahing gawa sa silicone rubber. Ang hindi pantay na thickness nito ay nagmumula sa mahinang process control at eccentricity sa vulcanization stage ng produksyon. Para sa conventional 10 kV surge arresters, ang composite jacket ay may uniform na thickness ng 3–5 mm. Ang sobrang maliit na silicone rubber ay may mahinang aging resistance at madaling mag-crack. Hindi lamang ito nagpapapasok ng moisture at nagpapadikit sa surface ng insulating cylinder, nagdudulot ng moisture-induced faults, pero maaari rin itong mapahina ang external insulation performance ng kagamitan, naging isang key factor na nagbabawas sa kalidad ng produkto.

3.4 Qualified sa Conventional Tests, Unqualified sa Special Tests

Ang DC voltage-related tests ay ginawa sa No. 5 normal surge arrester, na may resulta na ipinapakita sa Table 1.

Upang patunayan ang over-current withstanding capability, isang high-current impulse test ay ginawa sa No. 4 normal surge arrester. Kahit na ang test impulse current ay maraming mas mababa sa standard-specified value, ang arrester ay pa rin naranasan ang breakdown at shattering, nagresulta sa failed test. Ang detalyadong data ay ipinapakita sa Table 2.

4. Mga Rekomendasyon

Kapag nag-bid at procurement ng surge arresters (lalo na para sa distribution networks), clearly define ang supplier qualifications at technical specs. Piliin ang mga supplier na may mature na proseso at magandang performance; iwasan ang sobrang mura na bids.

Sa panahon ng acceptance ng delivered distribution network arresters, ang construction at operation units ay dapat sundin ang standards tulad ng “Five-Pass”. Gumanap ng item-by-item checks, i-retain ang factory test reports upang tiyakin ang qualification rates.

Gamitin ang provincial material inspection centers’ test platforms. Gumanap ng sampling tests (AC/DC, high-current impulse, sealing) para sa 10 kV arresters upang mapigilan ang mga unqualified products mula sa grid connection.

Pagkatapos ng installation, bago ang commissioning, sundin nang maigsi ang GB 50150—2016 para sa on-site tests. Ilathala ang standardized reports, i-archive bilang kinakailangan. Tiyakin ang full-process data management (production → transport → acceptance → handover test → commissioning). Post-commissioning, palakasin ang patrols/records. Sa panahon ng rainy seasons, gamitin ang infrared imaging. Para sa abnormal heating, i-power off at palitan agad upang maiwasan ang paglaki ng fault.