Analisis dan Tindakan Pembetulan untuk Kegagalan Isolasi dalam Transformator Kuasa

Pengubah Tenaga Paling Lazim Digunakan: Pengubah Tenaga Berendam Minyak dan Pengubah Tenaga Resin Jenis Kering

Dua pengubah tenaga paling lazim digunakan hari ini adalah pengubah tenaga berendam minyak dan pengubah tenaga resin jenis kering. Sistem isolasi pengubah tenaga, yang terdiri daripada pelbagai bahan isolasi, merupakan asas penting untuk operasi yang betul. Umur perkhidmatan pengubah tenaga ditentukan secara utama oleh umur bahan-bahan isolasinya (minyak-kertas atau resin).

Dalam amalan, kebanyakan kegagalan pengubah tenaga disebabkan oleh kerusakan sistem isolasi. Statistik menunjukkan bahawa kegagalan berkaitan isolasi mengambil lebih 85% daripada semua kemalangan pengubah tenaga. Pengubah tenaga yang dirawat dengan baik dengan memberi perhatian kepada pengurusan isolasi boleh mencapai umur perkhidmatan yang sangat panjang. Oleh itu, melindungi operasi normal pengubah tenaga dan memperkukuhkan pemeliharaan yang munasabah bagi sistem isolasi dapat sebahagian besar memastikan umur pengubah tenaga yang lebih lama, dengan pemeliharaan pencegahan dan prediktif menjadi kunci untuk meningkatkan jangka hayat pengubah tenaga dan kebolehpercayaan bekalan elektrik.

1. Kegagalan Isolasi Kertas Padu

Dalam pengubah tenaga berendam minyak, bahan-bahan isolasi utama adalah minyak isolasi dan bahan-bahan isolasi padu termasuk kertas isolasi, papan tekan, dan blok kayu. Penuaan isolasi pengubah tenaga merujuk kepada pembongkaran bahan-bahan tersebut akibat faktor-faktor persekitaran, menyebabkan penurunan atau hilangnya kekuatan isolasi.

Isolasi kertas padu adalah salah satu komponen utama dalam sistem isolasi pengubah tenaga berendam minyak, termasuk kertas isolasi, papan, alas, gulungan, dan pita ikat. Komponen utamanya adalah selulosa dengan formula kimia (C6H10O5)n, di mana n mewakili tahap polimerisasi (DP). Kertas baru biasanya mempunyai DP sekitar 1300, yang menurun hingga kira-kira 250 apabila kekuatan mekanikal telah berkurang lebih dari separuhnya.

Apabila sangat tua dengan DP 150-200, bahan tersebut mencapai penghujung hayatnya. Seiring dengan penuaan kertas isolasi, DP dan kekuatan tarikannya berkurang secara bertansional sambil menghasilkan air, CO, CO2, dan furfural (aldehid furan). Hasil-hasil penuaan ini sebahagian besarnya merugikan peralatan elektrik, mengurangkan voltan pecah dan tahanan isi padu kertas isolasi sementara meningkatkan kerugian dielektrik dan mengurangkan kekuatan tarikan, mungkin juga mengakibatkan korosi komponen logam.

Isolasi padu menunjukkan ciri-ciri penuaan yang tidak dapat diperbaiki, dengan penurunan kekuatan mekanikal dan elektrikal yang tidak dapat dipulihkan. Sejak umur pengubah tenaga bergantung secara utama pada umur bahan isolasi, bahan isolasi padu pengubah tenaga berendam minyak mesti mempunyai sifat-sifat isolasi elektrik yang cemerlang dan ciri-ciri mekanikal, dengan penurunan prestasi yang perlahan sepanjang tahun-tahun operasi—menunjukkan ciri-ciri penuaan yang baik.

1.1 Sifat Bahan Serat Kertas

Bahan serat kertas isolasi adalah komponen isolasi yang paling penting dalam pengubah tenaga berendam minyak. Serat kertas adalah komponen tisu padu asas tumbuhan. Berbeza dengan konduktor logam yang mempunyai banyak elektron bebas, bahan-bahan isolasi hampir tidak mempunyai elektron bebas, dengan arus konduksi yang minimal kebanyakannya berasal dari konduksi ion. Selulosa terdiri daripada karbon, hidrogen, dan oksigen. Akibat kelompok hidroksil dalam struktur molekulnya, selulosa mempunyai potensi untuk membentuk air, memberikan sifat penyerapan kelembapan kepada serat kertas.

Selain itu, kelompok-kelompok hidroksil ini boleh dianggap sebagai pusat-pusat yang dikelilingi oleh pelbagai molekul polar (seperti asid dan air), diikat oleh ikatan hidrogen, membuat serat mudah terdedah kepada kerusakan. Serat kertas juga biasanya mengandungi sekitar 7% impurities, termasuk kelembapan. Disebabkan sifat koloid serat, kelembapan ini tidak dapat sepenuhnya dihilangkan, mempengaruhi prestasi serat kertas.

Serat polar mudah menyerap kelembapan (air adalah medium yang sangat polar). Apabila serat kertas menyerap air, interaksi antara kelompok-kelompok hidroksil melemah, menyebabkan kekuatan mekanikal menurun dengan cepat di bawah struktur serat yang tidak stabil. Oleh itu, komponen isolasi kertas biasanya menjalani rawatan pengeringan atau pengeringan vakum sebelum digunakan, diikuti dengan penyelaman dalam minyak atau vernis isolasi.

Tujuan penyelaman adalah untuk menjaga serat tetap lembap, memastikan kestabilan isolasi dan kimia yang lebih tinggi serta meningkatkan kekuatan mekanikal. Selain itu, penyegelan kertas dengan vernis mengurangi penyerapan kelembapan, mencegah oksidasi bahan, dan mengisi ruang kosong untuk mengurangi gelembung yang boleh mempengaruhi prestasi isolasi dan menyebabkan pelepasan separa dan kejatuhan elektrik. Walau bagaimanapun, beberapa orang percaya bahawa penyelaman vernis diikuti dengan rendaman minyak mungkin menyebabkan sebahagian vernis larut ke dalam minyak, mempengaruhi prestasi minyak, memerlukan perhatian teliti terhadap aplikasi cat tersebut.

Tentu saja, komposisi bahan serat yang berbeza dan tahap kualiti serat yang sama mempunyai kesan dan sifat yang berbeza. Sebagai contoh, kapas mempunyai kandungan serat tertinggi, rami mempunyai serat yang paling kuat, dan sesetengah papan tekan insulasi import dengan proses yang lebih baik menunjukkan prestasi yang jauh lebih baik berbanding beberapa papan kertas tempatan. Kebanyakan bahan isolasi pengubah tenaga menggunakan pelbagai bentuk kertas (seperti pita kertas, papan tekan, dan komponen kertas cetakan tekan) untuk isolasi.

Oleh itu, pemilihan bahan kertas isolasi berdasarkan serat yang berkualiti adalah penting semasa pembuatan dan pemeliharaan pengubah tenaga. Kertas serat menawarkan kelebihan khusus termasuk praktikal, kos rendah, pemprosesan yang mudah, pembentukan dan rawatan pada suhu sederhana, ringan, kekuatan sederhana, dan penyerapan bahan penyelaman (seperti vernis isolasi dan minyak pengubah tenaga) yang mudah.

1.2 Kekuatan Mekanikal Bahan Isolasi Kertas

Untuk pengubah tenaga berendam minyak yang memilih bahan isolasi kertas, faktor-faktor paling penting selain komposisi serat, ketumpatan, permeabiliti, dan keuniforman termasuk keperluan kekuatan mekanikal seperti kekuatan tarikan, kekuatan tusukan, kekuatan sobek, dan ketangguhan:

• Kekuatan Tarikan: Tekanan maksimum yang dapat ditanggung oleh serat kertas di bawah beban tarikan tanpa putus.

• Kekuatan Tusukan: Ukuran keupayaan serat kertas untuk menahan tekanan tanpa retak.

• Kekuatan Sobek: Daya yang diperlukan untuk merobek serat kertas mesti memenuhi piawaian yang berkaitan.

• Kekuatan: Kekuatan kertas apabila dilipat atau papan press apabila dibengkokkan mesti memenuhi keperluan yang sepadan.

Prestasi isolasi pepejal boleh dinilai dengan mengambil sampel untuk mengukur tahap polimerisasi kertas atau papan press, atau dengan menggunakan cromatografi cecair performa tinggi untuk mengukur kandungan furfural dalam minyak. 

Ini membantu menganalisis sama ada cacat dalaman transformator melibatkan isolasi pepejal atau jika pemanasan suhu rendah menyebabkan penuaan tempatan isolasi lilitan, atau untuk menentukan tahap penuaan isolasi pepejal. Untuk bahan isolasi serat kertas semasa operasi dan penyelenggaraan, perhatian harus diberikan kepada pengawalan beban pengecam transformator, memastikan sirkulasi udara dan pendinginan yang baik dalam persekitaran operasi, mencegah peningkatan suhu transformator berlebihan dan kekurangan minyak dalam tangki. Langkah-langkah juga harus mencegah pencemaran dan penurunan kualitas minyak yang dapat mempercepat penuaan serat, merosotkan prestasi isolasi, jangka hayat, dan operasi selamat transformator.

1.3 Penurunan Bahan Serat Kertas

Ini terutamanya termasuk tiga aspek:

• Pelembutan Serat: Panas berlebihan menyebabkan pemisahan lembapan dari bahan serat mempercepat pelembutan serat. Kertas yang rapuh dan terkelupas boleh menyebabkan kegagalan isolasi dan kemalangan elektrik di bawah getaran mekanikal, tekanan elektrodinamik, dan impak gelombang operasi.

• Penurunan Kekuatan Mekanikal Bahan Serat: Kekuatan mekanikal bahan serat berkurang dengan masa pemanasan yang lebih lama. Apabila pemanasan transformator menyebabkan lembapan dikeluarkan dari bahan isolasi sekali lagi, nilai rintangan isolasi mungkin meningkat, tetapi kekuatan mekanikal akan berkurang secara signifikan, menjadikan kertas isolasi tidak dapat menahan daya mekanikal dari arus pendek atau beban impuls.

• Kontraksi Bahan Serat: Selepas pelembutan, bahan serat mengalami kontraksi, mengurangkan daya genggaman dan mungkin menyebabkan pergerakan bergeser. Ini boleh menyebabkan perpindahan lilitan transformator dan geseran di bawah getaran elektromagnetik atau tegangan impuls, merosakkan isolasi.

2. Kegagalan Isolasi Minyak Cecair

Transformator celup minyak ditemui oleh saintis Amerika Thompson pada tahun 1887 dan dipromosikan untuk aplikasi transformator kuasa oleh General Electric dan lain-lain pada tahun 1892. Isolasi cecair yang dimaksudkan di sini adalah isolasi minyak transformator.

2.1 Ciri-ciri Transformator Celup Minyak:

① Meningkatkan kekuatan isolasi elektrik secara signifikan, memendekkan jarak isolasi, dan mengurangi isi padu peralatan; ② Menggalakkan pemindahan dan penyebaran haba yang efektif, meningkatkan ketumpatan arus yang dibenarkan dalam konduktor, mengurangi berat peralatan. Habaa dari inti transformator yang beroperasi dipindahkan melalui sirkulasi panas minyak transformator ke bekas transformator dan radiator untuk disebar, meningkatkan pendinginan yang efektif; ③ Celupan minyak dan segelan mengurangi oksidasi komponen dan perakitan dalaman tertentu, memperpanjang jangka hidup.

2.2 Sifat-sifat Minyak Transformator

Minyak transformator yang beroperasi mesti mempunyai sifat insulasi dan hantaran haba yang stabil dan cemerlang. Sifat-sifat utama termasuk kekuatan isolasi (tan δ), viskositi, titik tuang, dan nilai asid. Minyak insulasi yang disuling dari petroleum adalah campuran pelbagai hidrokarbon, resin, asid, dan zat-zat lain yang tidak sepenuhnya stabil. Di bawah suhu, medan elektrik, dan kesan cahaya, minyak berterusan mengalami oksidasi. Dalam keadaan normal, proses oksidasi ini berlaku perlahan; dengan penyelenggaraan yang betul, minyak boleh mengekalkan kualiti yang diperlukan tanpa penuaan selama 20 tahun. Namun, logam, zat-zat asing, dan gas yang bercampur dengan minyak mempercepatkan oksidasi, menurunkan kualiti minyak, menggelapkan warna, mengeruhkan transparansi, dan meningkatkan kandungan lembapan, nilai asid, dan kandungan abu, seterusnya merosotkan sifat-sifat minyak.

2.3 Sebab-sebab Penurunan Minyak Transformator

Penurunan minyak transformator boleh dibahagikan kepada tahap pencemaran dan penurunan berdasarkan tahap keparahan.

Pencemaran merujuk kepada lembapan dan zat-zat asing yang bercampur dengan minyak—ini bukan produk oksidasi. Minyak yang tercemar mengalami penurunan prestasi isolasi, penurunan kekuatan medan elektrik pemutus, dan peningkatan sudut kerugian dielektrik.

Penurunan disebabkan oleh oksidasi minyak. Oksidasi ini tidak merujuk hanya kepada oksidasi hidrokarbon dalam minyak murni, tetapi melibatkan zat-zat asing dalam minyak yang mempercepatkan proses oksidasi, terutamanya partikel logam tembaga, besi, dan aluminium.

Oksigen berasal dari udara di dalam transformator. Walaupun dalam transformator yang sepenuhnya disegel, kira-kira 0.25% oksigen masih wujud. Oksigen mempunyai kelarutan yang tinggi, sehingga menduduki peranan yang tinggi di kalangan gas-gas yang terlarut dalam minyak.

Semasa oksidasi minyak transformator, lembapan bertindak sebagai katalis dan haba sebagai pemacu menyebabkan minyak transformator menghasilkan lumpur. Ini mempengaruhi prestasi utamanya melalui: partikel endapan besar di bawah pengaruh medan elektrik; endapan zat-zat asing berkonsentrasi di kawasan medan elektrik yang paling kuat, membentuk "jambatan" konduksi di seluruh isolasi transformator; endapan yang tidak merata membentuk jalur-jalur yang panjang yang mungkin bersejajar dengan garis medan elektrik, menghalang penyebaran haba, mempercepatkan penuaan bahan isolasi, dan menyebabkan penurunan rintangan isolasi dan tahap isolasi.

2.4 Proses Penurunan Minyak Transformator

Semasa penurunan minyak, hasil utama termasuk peroksida, asid, alkohol, keton, dan lumpur.

Tahap awal penurunan: Minyak menghasilkan peroksida yang bertindak balas dengan bahan serat insulasi untuk membentuk selulosa teroksidasi, mengurangkan kekuatan mekanikal serat insulasi, menyebabkan pelembutan dan penyusutan isolasi. Asid yang dihasilkan adalah asid lemak yang lengket. Walaupun kurang korosif daripada asid mineral, kadar pertumbuhan dan kesannya terhadap bahan insulasi organik adalah signifikan.

Peringkat kemusnahan akhir: Pembentukan lumpur berlaku apabila asid mengikis kuprum, besi, vernis isolasi, dan bahan-bahan lain, bertindak balas untuk membentuk lumpur - suatu bahan polimer konduktif yang viskos seperti asfalt. Ia larut secara sederhana dalam minyak dan terbentuk dengan cepat di bawah pengaruh medan elektrik, menempel pada bahan-bahan isolasi atau tepi tangki transformator, mendeposit pada paip minyak dan sirip penukar haba, meningkatkan suhu operasi transformator dan mengurangkan kekuatan dielektrik.

Proses oksidasi minyak terdiri daripada dua keadaan reaksi utama: pertama, nilai asid yang terlalu tinggi dalam transformator, menjadikan minyak bersifat asid; kedua, oksida yang terlarut dalam minyak berubah menjadi senyawa yang tidak larut dalam minyak, merosotkan kualiti minyak transformator secara perlahan-lahan.

2.5 Analisis Penilaian dan Pemeliharaan Minyak Transformator

① Kemusnahan Minyak Isolasi: Sifat fizikal dan kimia berubah, merosotkan prestasi elektrik. Ujian nilai asid minyak, tegangan permukaan antara, endapan lumpur, dan nilai asid yang larut dalam air boleh menentukan sama ada jenis cacat ini wujud. Rawatan regenerasi minyak mungkin dapat menghapuskan produk-produk kemusnahan, walaupun proses tersebut mungkin juga menghilangkan antioksidan semula jadi.

② Kontaminasi Air pada Minyak Isolasi: Air adalah zat yang sangat polar yang mudah ion dan terurai di bawah medan elektrik, meningkatkan arus konduksi dalam minyak isolasi. Walaupun kelembapan yang sedikit sahaja secara signifikan meningkatkan kerugian dielektrik dalam minyak isolasi. Ujian kandungan kelembapan minyak boleh mengenal pasti jenis cacat ini. Penapisan minyak di bawah tekanan vakum biasanya menghilangkan kelembapan.

③ Kontaminasi Mikroba pada Minyak Isolasi: Semasa pemasangan atau pengangkutan inti transformator utama, serangga pada komponen isolasi atau sisa keringat manusia mungkin membawa bakteria, mengkontaminasi minyak isolasi; atau minyak itu sendiri mungkin telah terinfeksi dengan mikroorganisma. Transformator utama biasanya beroperasi dalam lingkungan 40-80°C, sangat sesuai untuk pertumbuhan dan pembiakan mikroba. Kerana mineral dan protein dalam mikroorganisma dan ekskresinya mempunyai sifat isolasi yang jauh lebih rendah daripada minyak isolasi, ia meningkatkan kerugian dielektrik minyak. Cacat ini sukar ditangani dengan rawatan sirkulasi di tempat, kerana sebahagian mikroorganisma sentiasa kekal pada isolasi pepejal. Selepas rawatan, isolasi transformator mungkin pulih secara sementara, tetapi lingkungan operasi memudahkan pertumbuhan semula mikroba, menyebabkan isolasi merosot dari tahun ke tahun.

④ Varnis Isolasi Resin Alkilat dengan Zat Polar yang Larut dalam Minyak: Di bawah pengaruh medan elektrik, zat-zat polar mengalami relaksasi dipol, menghabiskan tenaga semasa proses polarisasi AC, meningkatkan kerugian dielektrik minyak. Walaupun varnis isolasi menjalani penyembuhan sebelum keluar dari kilang, rawatan yang tidak lengkap mungkin masih wujud. Setelah beroperasi selama beberapa masa, varnis yang tidak sepenuhnya dirawat secara perlahan-lahan larut dalam minyak, secara beransur-ansur merosotkan prestasi isolasi. Masa berlaku cacat ini berkaitan dengan ketelitian rawatan varnis; satu atau dua rawatan penyerapan boleh mencapai kesan tertentu.

⑤ Minyak Hanya Tercemar dengan Air dan Impurities: Kontaminasi ini tidak mengubah sifat asas minyak. Kelembapan boleh dihapus melalui pengeringan; impurities boleh dibersihkan melalui penapisan; udara dalam minyak boleh dihilangkan melalui penyedotan vakum.

⑥ Pencampuran Dua atau Lebih Sumber Minyak Isolasi: Sifat minyak harus memenuhi spesifikasi yang relevan; kepadatan minyak, suhu beku, viskositas, dan titik nyala harus serupa; dan kestabilan minyak campuran harus memenuhi keperluan. Untuk minyak campuran yang telah merosot, kaedah regenerasi kimia diperlukan untuk memisahkan produk-produk kemusnahan dan memulihkan sifat-sifatnya.

3. Insulasi dan Ciri-ciri Transformator Resin Jenis Kering

Transformator jenis kering (merujuk di sini kepada transformator yang diisolasi dengan resin epoksi) digunakan secara utama di lokasi dengan keperluan keselamatan api yang tinggi, seperti bangunan bertingkat, lapangan terbang, dan depot minyak.

3.1 Jenis Insulasi Resin

Transformator yang diisolasi dengan resin epoksi boleh diklasifikasikan kepada tiga jenis berdasarkan ciri-ciri proses pembuatan: pencetakan vakum jenis campuran resin epoksi-kuarza, pencetakan tekanan diferensial vakum jenis penguat serat kaca bebas alkali, dan jenis impregnasi pembalutan serat kaca bebas alkali.

① Insulasi Pencetakan Vakum Campuran Resin Epoksi-Kuarza: Transformator-transformator ini menggunakan pasir kuarza sebagai pengisi untuk resin epoksi. Koil yang dibalut dan dirawat dengan varnis isolasi diletakkan dalam cetakan dan dicetak dengan campuran resin epoksi dan pasir kuarza di bawah vakum. Disebabkan cabaran proses pencetakan untuk memenuhi keperluan kualiti - seperti gelembung sisa, ketidakseragaman campuran secara tempatan, dan potensi retak stres termal secara tempatan - transformator-transformator yang diisolasi ini tidak sesuai untuk persekitaran lembap, panas, dan kawasan dengan variasi beban yang signifikan.

② Insulasi Pencetakan Tekanan Diferensial Vakum Jenis Penguat Serat Kaca Bebas Alkali: Ini menggunakan serat kaca pendek bebas alkali atau mat kaca sebagai insulasi luar antara lapisan lilitan. Ketebalan pembalutan insulasi luar paling biasanya adalah insulasi tipis 1-3mm. Setelah dicampur dengan bahan pencetakan resin epoksi dalam nisbah yang sesuai, gelembung udara dihilangkan di bawah vakum tinggi sebelum pencetakan. Kerana ketebalan pembalutan insulasi yang tipis, impregnasi yang buruk mudah membentuk titik-titik peluruhan separa. Oleh itu, campuran bahan pencetakan harus lengkap, degasing vakum harus menyeluruh, dan viskositas rendah serta kelajuan pencetakan harus dikawal untuk memastikan impregnasi berkualiti tinggi bagi paket koil semasa pencetakan.

③ Insulasi Impregnasi Pembalutan Serat Kaca Bebas Alkali: Transformator-transformator ini menyelesaikan rawatan insulasi lapisan dan impregnasi koil secara serentak semasa lilitan. Mereka tidak memerlukan cetakan pembentukan lilitan yang diperlukan dalam dua proses impregnasi sebelumnya, tetapi memerlukan resin viskositas rendah yang tidak harus mengekalkan gelembung mikro semasa lilitan dan impregnasi.

3.2 Ciri-ciri Insulasi dan Pemeliharaan Transformator Resin

Tahap insulasi transformator resin tidak berbeza secara signifikan daripada transformator celupan minyak; perbezaan utama terletak pada peningkatan suhu dan pengukuran peluruhan separa.

① Ciri-ciri Peningkatan Suhu: Penjana berasaskan resin mempunyai tahap peningkatan suhu purata yang lebih tinggi berbanding penjana berasaskan minyak, yang memerlukan bahan insulasi dengan grad keterusan haba yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, peningkatan suhu purata tidak mencerminkan suhu titik terpanas dalam lilitan. Apabila grad keterusan haba bahan insulasi dipilih hanya berdasarkan peningkatan suhu purata, atau dipilih dengan tidak tepat, atau penjana berasaskan resin beroperasi di bawah keadaan beban berlebihan jangka panjang, maka usia perkhidmatan penjana akan terjejas.

Kerana peningkatan suhu penjana yang diukur sering tidak mencerminkan suhu titik terpanas, apabila mungkin, termometer inframerah harus memeriksa titik terpanas penjana berasaskan resin di bawah operasi beban maksimum. Arah dan sudut kipas pendingin harus disesuaikan untuk mengawal peningkatan suhu tempatan dan memastikan operasi penjana yang selamat.

② Ciri-ciri Pelepasan Separuh: Magnitud pelepasan separuh dalam penjana berasaskan resin berkaitan dengan pengedaran medan elektrik, keseragaman campuran resin, dan adakah gelembung sisa atau retakan resin wujud. Magnitud pelepasan separuh mempengaruhi prestasi, kualiti, dan usia perkhidmatan penjana berasaskan resin. Oleh itu, pengukuran dan penerimaan tahap pelepasan separuh bertindak sebagai penilaian menyeluruh proses pembuatan dan kualiti. Pengukuran pelepasan separuh harus dilakukan semasa penyerahan penjana berasaskan resin dan selepas pembaikan besar, dengan perubahan dalam pelepasan separuh digunakan untuk menilai kualiti dan kestabilan prestasi.

Seiring dengan semakin meluasnya penggunaan penjana tipe kering, semasa memilih penjana, struktur proses pembuatan, reka bentuk insulasi, dan konfigurasi insulasi harus difahami sepenuhnya. Produk dari pengeluar dengan proses pengeluaran yang lengkap, sistem jaminan kualiti yang ketat, pengurusan pengeluaran yang teliti, dan prestasi teknikal yang boleh dipercayai harus dipilih untuk memastikan kualiti produk penjana dan usia panas, dengan demikian meningkatkan operasi yang selamat dan kebolehpercayaan bekalan kuasa.

4. Faktor Utama yang Mempengaruhi Kegagalan Insulasi Penjana

Faktor utama yang mempengaruhi prestasi insulasi penjana termasuk: suhu, kelembapan, kaedah perlindungan minyak, dan kesan overvoltage.

4.1 Kesan Suhu

Penjana kuasa menggunakan insulasi minyak-kertas dengan hubungan keseimbangan yang berbeza antara kandungan air dalam minyak dan kertas pada suhu yang berbeza. Secara umumnya, apabila suhu meningkat, air dalam kertas berpindah ke minyak; sebaliknya, kertas menyerap air dari minyak. Oleh itu, pada suhu yang lebih tinggi, kandungan mikro-air dalam minyak insulasi penjana adalah lebih besar; sebaliknya, kandungan mikro-air adalah lebih kecil.

Suhu yang berbeza menyebabkan darjah pembukaan cincin selulosa, pemutusan rantai, dan penghasilan gas yang berbeza. Pada suhu tertentu, kadar penghasilan CO dan CO2 tetap, bermaksud kandungan CO dan CO2 dalam minyak meningkat secara linear dengan masa. Seiring dengan peningkatan suhu, kadangkala kadar penghasilan CO dan CO2 meningkat secara eksponensial. Oleh itu, kandungan CO dan CO2 dalam minyak berkaitan langsung dengan penuaan termal kertas insulasi dan boleh menjadi salah satu kriteria untuk menilai anormalitas dalam lapisan kertas penjana tertutup.

Usia penjana bergantung pada tahap penuaan insulasi, yang seterusnya bergantung pada suhu operasi. Sebagai contoh, penjana berasaskan minyak pada beban nominal mempunyai peningkatan suhu lilitan purata 65°C dan peningkatan suhu titik terpanas 78°C. Dengan suhu persekitaran purata 20°C, suhu titik terpanas mencapai 98°C, membolehkan operasi selama 20-30 tahun. Jika penjana beroperasi dengan beban berlebihan dan suhu meningkat, usia perkhidmatan akan berkurang dengan sendirinya.

Komisi Elektroteknikal Antarabangsa (IEC) menyatakan bahawa bagi penjana insulasi Kelas A yang beroperasi antara 80-140°C, setiap peningkatan suhu 6°C, kadar pengurangan usia efektif insulasi penjana berlipat ganda—dikenali sebagai peraturan 6°C, menunjukkan hadan termal yang lebih ketat berbanding peraturan 8°C yang diterima sebelumnya.

4.2 Kesan Kelembapan

Kehadiran air mempercepatkan penguraian selulosa. Oleh itu, penghasilan CO dan CO2 berkaitan dengan kandungan air bahan selulosa. Pada kelembapan yang tetap, kandungan air yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak CO2; sebaliknya, kandungan air yang lebih rendah menghasilkan lebih banyak CO.

Air jejak dalam minyak insulasi adalah faktor penting yang mempengaruhi ciri-ciri insulasi. Air jejak dalam minyak insulasi sangat merugikan sifat-sifat elektrik dan fiziko-kimia medium insulasi. Air dapat mengurangkan voltan lepasan percikan dalam minyak insulasi, meningkatkan faktor hilang dielektrik (tan δ), mempercepatkan penuaan minyak insulasi, dan memburukkan prestasi insulasi. Paparan alat-alat kepada kelembapan tidak hanya mengurangkan kebolehpercayaan operasi dan usia perkhidmatan alat-alat kuasa, tetapi juga boleh menyebabkan kerosakan alat-alat dan bahkan membahayakan keselamatan peribadi.

4.3 Kesan Kaedah Perlindungan Minyak

Oksigen dalam minyak penjana mempercepatkan reaksi penguraian insulasi, dengan kandungan oksigen berkaitan dengan kaedah perlindungan minyak. Selain itu, kaedah perlindungan yang berbeza menyebabkan keadaan pelarutan dan difusi CO dan CO2 dalam minyak yang berbeza. Sebagai contoh, CO mempunyai kelarutan rendah, membolehkannya mudah berdifusi ke ruang permukaan minyak dalam penjana jenis terbuka, biasanya menghadkan pecahan isipadu CO tidak melebihi 300×10-6. Dalam penjana tertutup, kerana permukaan minyak dipisahkan daripada udara, CO dan CO2 tidak mudah menguap, menghasilkan tahap kandungan yang lebih tinggi.

4.4 Kesan Overvoltage

① Kesan Overvoltage Sementara: Penjana tiga fasa yang beroperasi normal menghasilkan voltan fasa-ke-tanah pada 58% voltan fasa-ke-fasa. Walau bagaimanapun, semasa gangguan fasa tunggal, voltan insulasi utama meningkat sebanyak 30% dalam sistem tanah netral dan 73% dalam sistem netral tidak bertanah, yang boleh merosakkan insulasi.

② Kesan Overvoltage Petir: Overvoltage petir mempunyai hujung gelombang yang curam yang menyebabkan pengedaran voltan yang sangat tidak sekata di sepanjang insulasi longitudinal (putaran-ke-putaran, lapisan-ke-lapisan, disk-ke-disk), yang mungkin meninggalkan jejak pelepasan pada insulasi dan merosakkan insulasi pepejal.

③ Kesan Tegangan Lebih Semasa Peralihan: Tegangan lebih semasa peralihan mempunyai hujung gelombang yang relatif beransur-ansur, menyebabkan pengedaran tegangan hampir linear. Apabila gelombang tegangan lebih semasa peralihan berpindah dari satu lilitan ke lilitan lain, tegangan adalah kira-kira berkadar dengan nisbah putaran antara kedua-dua lilitan tersebut, mudah mengakibatkan penurunan dan kerosakan kepada isolasi utama atau isolasi fasa-ke-fasa.

4.5 Kesan Elektrodinamik Semasa Korting

Daya elektrodinamik semasa korting keluar mungkin merubah bentuk lilitan transformator dan menggeser jalur, mengubah jarak isolasi asal, menyebabkan pemanasan isolasi, mempercepatkan proses pemuaian atau kerosakan yang mengakibatkan pelepasan, busur api, dan kesilapan korting.

5. Kesimpulan

Kesimpulannya, memahami prestasi isolasi transformator kuasa dan melaksanakan operasi dan penyelenggaraan yang munasabah secara langsung memberi kesan kepada keselamatan, tempoh hidup, dan kebolehpercayaan bekalan elektrik transformator. Sebagai peralatan utama yang penting dalam sistem kuasa, kakitangan operasi, penyelenggaraan, dan pengurus transformator kuasa mesti memahami dan menguasai struktur isolasi transformator, sifat bahan, kualiti proses, kaedah penyelenggaraan, dan teknologi diagnosis saintifik. Hanya melalui pengurusan operasi yang dioptimumkan dan munasabah sahaja kecekapan, tempoh hidup, dan kebolehpercayaan bekalan elektrik transformator dapat dijamin.