Gerilim Dalgası Koruyucu Başarısızlık Analizi ve Önleme: 10 kV Dağıtım Koruyucularının Arızalarının Ana Nedenleri
1. Giriş
Elektrik sistemleri işletilirken, ana ekipmanlar iç ve atmosferik aşırı voltajlardan tehdit altına girer. Fırtına arresterleri, özellikle mükemmel doğrusal olmayan volt-ampere karakteristiğine sahip metal oksit arresterleri (MOA'lar), iyi performansları, yüksek akım taşıma kapasiteleri ve güçlü kirlilik direnci nedeniyle koruma için kritik öneme sahiptir. Ancak, güç frekanslı voltajlara uzun süreli maruz kalma, parçaların kalitesi, üretim süreçleri ve dış çevre koşulları, MOA'ların anormal ısınmaya veya patlamaya meyillendirir, bu da bilimsel tanı, değerlendirme ve önleme gerektirir.
Bu makale, bir bölgedeki büyük ölçekli 10 kV dağıtım MOA hatalarını ele alır. Analiz, patlamış arresterlerin belirli bir üreticinin modeline odaklandığını göstermektedir. Bu modelden üç hatalı faz ve iki normal faz MOA'sı ayrıştırılarak ve test edilerek nedenler ve önlemler belirlenmiştir.
2. Hata Genel Bakışı
Hatalı fırtına arresterleri, 35 kV bir alt trafiğe bağlı 10 kV dağıtım hatlarında dağılmıştır. Fırtına sezonunda hatalar sık görülür ve alt trafikteki anormal/hata kayıtları hatalı faz arresterlerine karşılık gelmez. Örnek alınan beş arrester, hassas koruma eylemi ve hata kaydı bilgilerine sahip değildir. Yıldırım konumlandırma sistemleri, 2020 yılında bu alt trafik merkezli 10 km yarıçap içinde 516 yıldırım çarpması olduğunu göstermektedir.
Yerinde kurulumdan sonra devretme testleri yapıldı (ayrıca yalıtım direnci testi, 1 mA DC referans gerilimi testi ve 1 mA DC referans geriliminin 0.75 katındaki sızıntı akımı testi dahil), tüm sonuçlar geçerli oldu.
3. Hata Nedeni Analizi
Üç hatalı faz arresteri (No.1, No.2, No.3) ayrıştırıldı; iki normal faz arresteri (No.4, No.5) karşılaştırma amacıyla test edildi ve ayrıştırıldı, büyük ölçekli hata nedenlerini belirlemek için.
3.1 Eksik Plaka Bilgisi
Üç hatalı faz ve iki normal faz arresteri arasında: dördünde üretim tarihi var ancak seri numarası yok; birinde seri numarası var ancak tarih yok; diğer bilgiler göreceli olarak tamamlıdır.
Plakalar, işletim ve bakım personelinin temel ekipman bilgilerini elde etmesi için kritiktir. Eksik üretim tarihleri/seri numaraları, kullanım ömrü hesaplamasını ve kalite izlemesini engeller, toplu hata yönetiminin zorlaşmasına neden olur.
3.2 Varistörler Hepsi Parçadır
No.1 hatalı arresterin ayrıştırılması, iki elektrot arasında 6 varistör olduğunu gösterdi, bazı yüzeylerde yanma izleri ve beyaz toz bulunuyordu; düz üst/alt yüzeyler dışında, varistörler şekilleri düzensiz, boyutları ve düzenleri homojen değildi. Kalınlıkları 18 mm, 20 mm, 23 mm ve 25 mm idi. Üç varistörün düzenli dış yayları vardı (muhtemelen tam disk şeklinde/ halka şeklinde varistörlerin dış çemberlerinden). Diğer iki hatalı faz arresterinde de benzer sorunlar mevcuttu.
No. 5 sağlam fırtına arresteri ayrıştırıldı (süreç sırasında hasar olmadı, sonuçlar Şekil 4'te). İçinde: 5 varistör parçası + 3 metal şive. Varistörlerin düz üst/alt yüzeyleri, başka türlü düzensiz parçalar, diğerlerine benzer: 3 parça ~22mm kalınlıkta, 1 tane 20mm, 1 tane 17mm. 3 parçada düzenli dış yaylar (tam disk/halka şeklinde varistörlerin dış çemberlerinden); 2 parçada düzenli iç yaylar (tam halka şeklinde varistörlerin iç çemberlerinden).
Standart metal oksit fırtına arresterlerinin varistörleri, düzenli disklere, halkalara veya silindirlere sahiptir. Boyutları, gerilim oranı (kalıntı/referans gerilimi), potansiyel gradyan, akım taşıma kapasitesi, hammaddeler ve ateşleme süreçleriyle sıkı bir şekilde bağlantılıdır. Çekirdek montajından önce her varistör tam testler geçer (güç frekansı, DC, yüksek akım darbesi, kare dalga vb.). Sadece geçen parçalar monte edilir.
Ayrıştırma, bu arresterlerin gelenekselleşmiş olmayan varistörler kullandığını gösteriyor: aynı model üniteler arasında varistör/metal şive sayıları tutarsız; şekilleri düzensiz, kalınlıkları değişken, dış yayları eşit değil. Bu nedenle, çekirdekler, standart 10 kV olanlardan değil, farklı özelliklere/sağlam parametrelere sahip gelenekselleşmiş varistörlerin parçalarından yapıştırılmıştır. Hatalı ile normal fazların karşılaştırması, bunun fabrika hatası olduğunu, hata sonucu olmadığını onaylar.
Böyle varistörler, elektriksel performansları düşük. Eşit olmayan temas alanları, aşırı gerilim direncini, akım taşıma kapasitesini ve istikrarlığını kötüleştirir—hat üzerindeki darbeler esnasında kolayca çöküşe neden olur.
3.3 Kompozit Cüzdanın Kötü Sigortalanması
No. 3 hatalı arresterin ayrıştırılması: kompozit cüzdanın bir ucu, elektrotla iyi sigortalıdır (Şekil 5); diğer ucu ise dökme sigortalama eksiktir. Sadece az miktarda sigorta malzemesi, elektrot-yay-kalkan boşluğunu doldurmaktadır—koruma açısından etkili değildir, boşluklar ve ciddi elektrot paslanmasını tetikler (Şekil 6).
Bu kötü sigortalanma, üretimde yetersiz döküm nedeniyledir, hata sonucu değildir.
Kompozit cüzdanın bir tarafında, yay izole silindirinde dökme sigortalama yoktur ve elektrot bloğunun dişli yüzeyi ciddi derecede paslanmış durumdadır. Bu, sigorta malzemesi olmasına rağmen, nemin dişli boşlukları üzerinden yay izole silindiri içine sızabileceğini gösterir. İşletim sırasında, varistör çekirdek montaj yüzeyine yapışan nem, sızıntı akımını ve direnç bileşenini artırır, ciddi ısınmaya neden olur. Uzun süreli işlem, yay izole silindirinin iç sıcaklıklarının artmasına, duvarın erimesine ve patlamasına, yavaş yavaş fırtına arresterinin işleyiş kalitesinin bozulmasına neden olabilir.
No. 4 fırtına arresteri incelendiğinde, bir elektrot ucundaki kompozit cüzdanın kalınlığı eşit değildi. Mikrometre ile ölçülen en kalın bölüm 4.985 mm, en ince bölüm ise sadece 0.275 mm idi, Şekil 7'de gösterildiği gibi. Şekilde ayrıca, cüzdanın merkezi elektrot sütunu deliği standart bir daire olmadığından, buradaki sigortalamanın kötü olduğu gösterilmektedir.
Kompozit cüzdan çoğunlukla silikon lastikten yapılmıştır. Düzgün olmayan kalınlığı, üretim sürecinde vulkanizasyon aşamasında kötü proses kontrolünden ve merkez sapmasından kaynaklanır. Geleneksel 10 kV fırtına arresterlerinde, kompozit cüzdan 3–5 mm arası düzgün kalınlıktadır. Çok ince silikon lastik, yaşlanmaya karşı dayanıklılığı düşük ve çatlama eğilimindedir. Nem sızmasına ve yalıtım silindirinin yüzeyine yapışmasına neden olur, nemle ilgili hatalara neden olur, ayrıca ekipmanın dış yalıtım performansını da zararlı etkileyebilir, ürün kalitesini kısıtlayan önemli bir faktör haline gelir.
3.4 Geleneksel Testlerde Geçer, Özel Testlerde Geçemez
No. 5 normal fırtına arresteri üzerinde DC gerilim ile ilgili testler yapıldı, sonuçlar Tablo 1'de gösterilmiştir.
No. 4 normal fırtına arresteri üzerinde aşırı akım dayanıklılığını doğrulamak için yüksek akım darbe testi yapıldı. Test darbe akımı, standart belirtilen değerden çok daha düşük olduğunda bile, arrester hala çöküş ve kırılma yaşadı, bu da başarısız test sonuçlandı. Ayrıntılı veriler Tablo 2'de sunulmuştur.
4. Öneriler
Fırtına arresterleri ihale ve satın alma sırasında (özellikle dağıtım ağları için), tedarikçi yeteneklerini ve teknik özelliklerini açıkça belirtin. Olgun süreçlere ve iyi performansa sahip tedarikçileri seçin; aşırı düşük fiyatlı tekliflere kaçının.
Dağıtım ağları arresterlerinin teslim alındığı zaman, inşaat ve işletme birimleri, "Beş Geç" gibi standartlara uygun olarak madde bazında kontroller yapmalı, fabrika test raporlarını saklamalı, geçerlilik oranlarını sağlaymalıdır.
İl ve eyalet materyal denetim merkezlerinin test platformlarından faydalanın. 10 kV arresterler için örnek testler (AC/DC, yüksek akım darbesi, sigortalama) yaparak, nitelikli olmayan ürünlerin ağ bağlantısını engelleyin.
Kurulumdan sonra, faaliyete geçirilmeden önce, GB 50150—2016'ya göre yerinde testler yapın. Standartlaştırılmış raporlar çıkarın, gerekli şekilde arşivleyin. Tam süreç veri yönetimini sağlayın (üretim → taşıma → kabul → devretme testi → faaliyete geçirme). Faaliyete geçirildikten sonra, devriye gezerliklerini ve kayıtlarını artırın. Yağmur mevsimlerinde, kızılötesi görüntüleme kullanın. Anormal ısınmalar için, hemen güç kesip değiştirin, hata genişlemesini önlemek için.
