Güç Traforlarında yalıtım arızalarının Analizi ve Önleyici Önlemler

En Çok Kullanılan Güç Dönüştürücüler: Yağlı ve Kurutulmuş Reçine Dönüştürücüler

Günümüzde en yaygın kullanılan iki güç dönüştürücü yağlı dönüştürücüler ve kurutulmuş reçine dönüştürücülerdir. Bir güç dönüştürücünün yalıtım sistemi, çeşitli yalıtım malzemelerinden oluşur ve düzgün işleyişinin temelidir. Bir dönüştürücünün hizmet ömrü, genellikle yalıtım malzemelerinin (yağ-kağıt veya reçine) ömrüne bağlıdır.

Pratikte, çoğu dönüştürücü arızası yalıtım sisteminin zarar görmesinden kaynaklanır. İstatistikler, yalıtım ile ilgili arızaların tüm dönüştürücü kazalarının %85'ten fazlasını oluşturduğunu göstermektedir. Yalıtımı dikkatle yönetilen ve uygun şekilde bakımı yapılan dönüştürücüler, olağanüstü uzun hizmet ömürlere ulaşabilir. Bu nedenle, normal dönüştürücü işlemini korumak ve yalıtım sisteminin makul bakımını güçlendirmek, dönüştürücülerin hizmet ömürlerini büyük ölçüde artırabilir. Önleyici ve tahmini bakım, dönüştürücü ömrünü ve elektrik tedarik güvenilirliğini artırmada kilit rol oynar.

1. Katı Kağıt Yalıtım Arızaları

Yağlı dönüştürücülerde, ana yalıtım malzemeleri yalıtım yağı ve katı yalıtım malzemeleri olan yalıtım kağıdı, pres levhası ve ahşap parçalarıdır. Dönüştürücü yalıtım yaşlanması, bu malzemelerin çevresel faktörler nedeniyle ayrışmasına ve dolayısıyla yalıtım gücünün azalmasına veya kaybolmasına atıfta bulunur.

Katı kağıt yalıtımı, yağlı dönüştürücü yalıtım sistemlerinin birincil bileşenlerinden biridir ve yalıtım kağıdı, levhalar, yastıklar, rulolar ve bağlama bantlarını içerir. Ana bileşeni, polimerleşme derecesini (DP) temsil eden n ile formülü (C6H10O5)n olan selülozdir. Yeni kağıdın DP'si genellikle yaklaşık 1300'dür, mekanik dayanımın yarıdan fazla azaldığı noktada ise yaklaşık 250'ye düşer. 

Çok yaşlı hale geldiğinde, DP 150-200 olduğunda, malzeme ömrünün sonuna gelir. Yalıtım kağıdı yaşlandıkça, DP'si ve çekme dayanımı azalırken su, CO, CO2 ve furfural (furan aldehit) üretir. Bu yaşlanma yan ürünleri, çoğunlukla elektrik ekipmanlarına zararlıdır, yalıtım kağıdının çökme gerilimini ve hacimsel direnç değerini azaltırken dielektrik kaybı artar ve çekme dayanımı azalır, potansiyel olarak metal bileşenleri korozyona uğratabilir. 

Katı yalıtım, mekanik ve elektriksel dayanım azalması gibi geri dönüşü olmayan yaşlanma özelliklerini gösterir. Dönüştürücü ömrünün çoğunlukla yalıtım malzemesi ömrüne bağlı olması nedeniyle, yağlı dönüştürücülerin katı yalıtım malzemeleri, yıllar boyunca yavaş performans azalması göstererek iyi yaşlanma özelliklerine sahip olmalı, excellent elektriksel yalıtım özellikleri ve mekanik özelliklere sahip olmalıdır.

1.1 Kağıt Lif Malzemelerinin Özellikleri

Yalıtım kağıdı lif malzemesi, yağlı dönüştürücülerin en önemli yalıtım bileşenidir. Kağıt lif, bitkilerin temel katı dokusu bileşenidir. Metal iletkenlerin zengin özgür elektronları aksine, yalıtım malzemelerinde neredeyse hiç özgür elektron yoktur, minimal iletken akım genellikle iyonik iletkenlikten kaynaklanır. Selüloz, karbon, hidrojen ve oksijenden oluşur. Moleküler yapısındaki hidroksil grupları nedeniyle selüloz, su oluşturma potansiyeline sahiptir, bu da kağıt liflerine nem emme özelliğini verir. 

Ayrıca, bu hidroksil grupları, asit ve su gibi çeşitli kutuplu moleküllerle (hidrojen bağları ile bağlı) çevrelenmiş merkezler olarak düşünülebilir, bu da liflere hasarı kolaylaştırır. Kağıt lifleri ayrıca genellikle yaklaşık %7 impürite içerir, bunlar arasında nem de vardır. Liflerin kolloidal doğası nedeniyle bu nem tamamen kaldırılamaz, bu da kağıt lif performansını etkiler.

Kutuplu lifler kolayca nem emer (su güçlü bir kutuplu ortamdır). Kağıt lifleri su emdiği zaman, hidroksil grupları arasındaki etkileşim zayıflar, bu da stabil olmayan lif yapı koşullarında mekanik dayanımın hızlı bir şekilde azalmasına neden olur. Bu nedenle, kağıt yalıtım bileşenleri genellikle kullanıma girmeden önce kurutma veya vakum kurutma işleminden geçirilip yağ veya yalıtım boya ile impregnasyon uygulanır.

Impregnasyonun amacı, lifleri nemli tutmak, daha yüksek yalıtım ve kimyasal istikrar yanı sıra geliştirilmiş mekanik dayanım sağlamak için uygulanır. Ayrıca, boya ile kaplama, nem emmesini azaltır, malzemenin oksidasyonunu önler ve boşlukları doldurarak yalıtım performansını etkileyebilecek ve kısmi salınımlara ve elektriksel çöküşe neden olabilecek kabarcıkları minimuma indirir. Ancak, bazıları, boya ile impregnasyonu yağ ile沉浸于油中可能会导致一些油漆逐渐溶解到油中，影响油的性能，因此在使用这种油漆时需要特别注意。 请注意，最后一句似乎没有完全翻译成土耳其语。以下是完整的翻译：

Ancak, bazıları, boya ile impregnasyonu yağ ile izolasyon sonrası, boyaın yavaş yavaş yağda çözülebileceğini ve bu durumun yağı etkileyebileceğini düşünüyor, bu nedenle bu tür boya uygulamalarına dikkatli yaklaşılması gerekmektedir.

Tabii, farklı lif malzeme kompozisyonları ve aynı kompozisyondaki liflerin değişen kalite seviyeleri, farklı etkiler ve özelliklere sahip olabilir. Örneğin, pamuk en yüksek lif içeriğine sahiptir, kenaf en güçlü liflere sahiptir ve bazı ithal izolasyon pressboard'larda, yerel pressboard'lara kıyasla çok daha iyi işlenme özelliği olduğu görülmektedir. Çoğu dönüştürücü yalıtım malzemeleri, izolasyon için çeşitli kağıt formlarını (örneğin, kağıt bant, pressboard ve basınç altında şekillendirilmiş kağıt parçaları) kullanmaktadır.

Bu nedenle, dönüştürücü üretim ve bakım sırasında kaliteli lif tabanlı izolasyon kağıdı malzemelerini seçmek önemlidir. Lif kağıtları, pratikliği, düşük maliyeti, kolay işlenmesi, ılık sıcaklıklarda basit şekillendirme ve işlem, hafifliği, ılık dayanım ve impregnasyon malzemeleri (örneğin, izolasyon boya ve dönüştürücü yağı) kolay emilimi gibi özel avantajlar sunar.

1.2 Kağıt Yalıtım Malzemelerinin Mekanik Dayanımı

Yağlı dönüştürücüler için kağıt yalıtım malzemeleri seçilirken, lif kompozisyonu, yoğunluk, geçirgenlik ve homojenlik dışında, çekme dayanımı, delme dayanımı, yırtılma dayanımı ve sertlik gibi mekanik dayanım gereklilikleri de en önemli faktörler arasındadır:

• Çekme Dayanımı: Kağıt liflerinin kopmadan çekme yükü altında dayanabildiği maksimum gerilmedir.

• Delme Dayanımı: Kağıt liflerinin çatlama olmadan dayanabildiği basınç ölçüsüdür.

• Yırtılma Dayanımı: Kağıt liflerinin yırtılması için gereken kuvvet, ilgili standartlara uymalıdır.

• Dayanıklılık: Kağıdın katlanma veya pressboard'ın bükülme dayanımı, karşılık gelen gereksinimleri karşılamalıdır.

Katı yalıtım performansı, kağıt veya pressboard'un polimerleşmesinin derecesini örnekleme yoluyla ölçerek veya yağdaki furfural içeriğini yüksek performanslı sıvı kromatografisi ile ölçerek değerlendirilebilir. 

Bu, iç donanım hatasının katı yalıtımı içerip içermediğini, düşük sıcaklıkta aşırı ısınmanın bobin yalıtımının yerel yaşlanmasına neden olup olmadığını belirlemeye ya da katı yalıtımın yaşlanma derecesini belirlemeye yardımcı olur. İşletim ve bakım sırasında kağıt lifi yalıtım malzemelerine dikkat edilmeli, transformatörün nominal yükünün kontrol edilmesi, işletim ortamındaki iyi hava devri ve ısı veriminin sağlanması, transformatörün aşırı ısınmasını ve tanktaki yağ eksikliğini önlemek için önlemler alınmalıdır. Ayrıca, yağların kirlenmesi ve bozulması, liflerin yaşlanmasını hızlandırarak transformatör yalıtım performansını, ömrünü ve güvenli çalışmasını etkileyebilir.

1.3 Kağıt Lif Malzemelerinin Bozulması

Bu, çoğunlukla üç aspekti içerir:

• Lif Kırılganlığı: Aşırı ısı, lif malzemelerinden nemin ayrılmasıyla birlikte lif kırılganlığını hızlandırır. Kırılgan, soyulan kağıt, mekanik titreşim, elektrodinamik gerilme ve işletme dalga etkileri altında yalıtım başarısızlığını ve elektrik kazalarına yol açabilir.

• Lif Malzemelerinin Mekanik Gücünün Azalması: Lif malzemelerinin mekanik gücü, uzun süreli ısıtma ile azalır. Transformatörün ısınmasından dolayı yalıtım malzemelerinden nemin tekrar dışarı atılması, yalıtım direnci değerlerinin artmasına neden olabilir, ancak mekanik güç önemli ölçüde azalır, bu da yalıtım kağıdının kısa devre akımları veya darbe yüklerinden kaynaklanan mekanik kuvvetlere dayanamamasına neden olur.

• Lif Malzemelerinin Daralması: Kırılganlaşmanın ardından, lif malzemeleri daralır, kavrama gücünü azaltır ve potansiyel olarak hareketlenmeye neden olur. Bu, manyetik titreşim veya darbe gerilimi altında transformatör bobinlerinin yer değiştirmesine ve sürtünmeye neden olabilir, bu da yalıtımı hasarlı hale getirebilir.

2. Sıvı Yağ Yalıtım Hataları

Yağ dolu transformatör, Amerikan bilim adamı Thompson tarafından 1887'de icat edildi ve 1892'de General Electric ve diğerleri tarafından güç transformatörü uygulamaları için tanıtıldı. Burada bahsedilen sıvı yalıtım, transformatör yağ yalıtımıdır.

2.1 Yağ Dolu Transformatörlerin Özellikleri:

① Elektriksel yalıtım gücünü önemli ölçüde artırır, yalıtım mesafesini kısaltır ve ekipman hacmini azaltır; ② Etkili ısı aktarımını ve dağılımını büyük ölçüde artırır, iletkenlerde izin verilen akım yoğunluğunu artırır, ekipman ağırlığını azaltır. İşleyen transformatör çekirdeğinden geçen ısı, transformatör yağındaki termal döngü ile transformatör kabına ve radyatöre iletilerek dağılır, bu da etkili soğutmayı artırır; ③ Yağ dolgu ve kaplama, bazı iç bileşenlerin ve montajların oksidasyonunu azaltarak ömrünü uzatır.

2.2 Transformatör Yağının Özellikleri

İşleyen transformatör yağı, stabil, mükemmel yalıtım ve termal iletkenlik özelliklerine sahip olmalıdır. Anahtar özellikleri yalıtım gücü (tan δ), vizkozite, damlama noktası ve asit değeri içerir. Petrolten rafine edilen yalıtım yağı, çeşitli hidrokarbonlar, rezinler, asitler ve diğer kirletici maddelerin karışımıdır, bu özellikleri tamamen istikrarlı değildir. Sıcaklık, elektrik alan ve foto etkileri altında, yağ sürekli okside olur. Normal koşullar altında, bu oksidasyon süreci yavaş ilerler; uygun bakımıyla, yağ 20 yıl boyunca gereken kaliteyi koruyarak yaşlanmadan korunabilir. Ancak, yağa karışan metaller, kirletici maddeler ve gazlar oksidasyonu hızlandırır, yağ kalitesini düşürür, rengini koyulaştırır, şeffaflığını bulandırır ve nem, asit ve küller içeriklerini artırarak yağ özelliklerini kötüleştirir.

2.3 Transformatör Yağının Bozulma Nedenleri

Transformatör yağının bozulması, şiddetine göre kirletme ve bozulma aşamalarına ayrılabilir.

Kirletme, yağa karışan nem ve kirletici maddeleri ifade eder—bu, oksidasyon ürünlerinden değildir. Kirletilmiş yağ, yalıtım performansında azalmaya, çökme elektrik alanı gücünde azalmaya ve dielektrik kayıp açısında artışa neden olur.

Bozulma, yağın oksidasyonundan kaynaklanır. Bu oksidasyon, sadece saf yağdaki hidrokarbon oksidasyonunu değil, aynı zamanda yağdaki kirletici maddelerin oksidasyon sürecini hızlandırmayı içerir, özellikle bakır, demir ve alüminyum metal parçacıkları.

Oksijen, transformatör içindeki havadan gelir. Tamamen kapalı transformatörlerde bile yaklaşık %0,25 oksijen varlığını sürdürür. Oksijen, yüksek çözünürlüğü nedeniyle yağda çözünmüş gazların yüksek bir oranını oluşturur.

Transformatör yağının oksidasyonu sırasında, nem katalizör ve ısı hızlandırıcı rolü görerek, transformatör yağından çamur oluşmasına neden olur. Bu, genellikle şu şekilde etkiler: elektrik alan etkisi altında büyük çökeltiler; en güçlü elektrik alan bölgelerinde yoğunlaşan kirletici madde çökeltileri, transformatör yalıtımının üzerinden iletken "köprü" oluşturur; eşit olmayan çökeltiler, elektrik alan çizgilerine paralel uzun şeritler oluşturarak, ısı dağılımını engeller, yalıtım malzemesinin yaşlanmasını hızlandırır, yalıtım direncini azaltır ve yalıtım düzeylerini düşürür.

2.4 Transformatör Yağının Bozulma Süreci

Yağın bozulma sürecinde, ana yan ürünleri peroksitler, asitler, alkol, ketonlar ve çamur içerir.

Erken bozulma aşamasında: Yağ, peroksit üretir ve bu peroksitler, yalıtım lif malzemeleriyle reaksiyona girerek oksitlemiş selüloz oluşturur, bu da yalıtım liflerinin mekanik gücünü azaltır, kırılganlık ve yalıtım daralmasına neden olur. Üretilen asitler, viskoz yağ asitleridir. Mineral asitlere kıyasla daha az tuzlamadır, ancak organik yalıtım malzemeleri üzerinde büyüme hızları ve etkileri önemli ölçüdedir.

Son aşamalı bozulma: Asitler bakır, demir, yalıtım boya ve diğer malzemeleri koruyarak, asfalt benzeri polimerik iletken bir madde olan çamur oluşmasına neden olur. Bu çamur, yağda orta düzeyde çözünür ve elektrik alan etkisi altında hızlıca oluşur, yalıtım malzemelerine veya transformatör tank kenarlarına yapışır, yağ borularına ve radyatör parmaklıklara birikir, transformatör çalışma sıcaklığını artırır ve dielektrik gücünü azaltır.

Yağ oksidasyon süreci iki ana reaksiyon koşulu içerir: İlk olarak, transformatörde aşırı yüksek asit değeri, yağı asitli hale getirir; ikinci olarak, yağda çözünen oksitler, yağda çözünmeyen bileşiklere dönüşerek, transformatör yağ kalitesini kademeli olarak kötüleştirir.

2.5 Transformatör Yağ Analizi, Değerlendirmesi ve Bakımı

① Yalıtım Yağının Bozulması: Hem fiziksel hem de kimyasal özellikleri değişir, elektrik performansını düşürür. Yağ asit değerinin, arayüz geriliminin, çamur çökelmesinin ve su eriyen asit değerinin test edilmesi, bu tür bir kusurun varlığını belirleyebilir. Yağ yeniden üretim işlemi, bozulma ürünlerini ortadan kaldırabilir, ancak bu süreç doğal antioksidanları da kaldırmayı içerebilir.

② Yalıtım Yağında Su Kirliliği: Su, güçlü bir kutuplu maddedir ve elektrik alanlarında kolayca iyonlaşır ve ayrışır, yalıtım yağındaki iletim akımını artırır. Hatta küçük miktarlardaki nem bile yalıtım yağındaki dielektrik kaybı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Yağ nem içerik testi, bu tür bir kusuru belirleyebilir. Basınç vakum yağ filtreleme genellikle nemi ortadan kaldırır.

③ Yalıtım Yağında Mikrobiyal Kirlilik: Ana transformatör kurulumu veya çekirdek kaldırma sırasında, yalıtım parçalarında böcekler veya insan ter artıkları bakteri taşıyabilir, böylece yalıtım yağını kirletir; ya da yağ zaten mikroorganizmalarla enfekte olabilir. Ana transformatörler genellikle 40-80°C sıcaklık aralığında çalışır, bu da mikroorganizmaların büyümesi ve çoğalması için oldukça uygun bir ortamdır. Mikroorganizmalar ve atıklarındaki mineraller ve proteinlerin yalıtım özellikleri, yalıtım yağından çok daha düşük olduğundan, yağ dielektrik kaybını artırır. Bu kusur, mevcut dolaşım tedavisiyle zor ele alınabilir, çünkü bazı mikroorganizmalar her zaman katı yalıtım üzerinde kalır. Tedavi sonrasında, transformatör yalıtımı geçici olarak iyileşebilir, ancak çalışma ortamı mikroorganizmaların yeniden büyümesini sağlar, bu da yılda yıla yalıtım performansını düşürür.

④ Polaryal Madde İçeren Alkyd Rezinsel Yalıtım Boyasının Yağda Çözülmesi: Elektrik alan etkisi altında, polaryal maddeler dipol gevşeme polarizasyonunu geçirir, AC polarizasyon süreçleri sırasında enerji tüketir, yağ dielektrik kaybını artırır. İmalattan önce yalıtım boya tamamlanmış olmasına rağmen, eksik tedavi kalabilir. Bir süre işletildikten sonra, tam olarak tedavi edilmemiş boya yavaş yavaş yağda çözünür, izleyen dönemde yalıtım performansını azaltır. Bu kusurun oluşma zamanı, boyanın tedavi edilme derecesine bağlıdır; bir veya iki adsorpsiyon tedavisi belirli bir etkinlik sağlayabilir.

⑤ Sadece Su ve Kirletici Maddelerle Kirlenmiş Yağ: Bu kirlilik, yağın temel özelliklerini değiştirmez. Nem kurutma yoluyla, kirletici maddeler süzgeçleme yoluyla, yağdaki hava vakum pompalama yoluyla ortadan kaldırılabilir.

⑥ İki veya Daha Fazla Farklı Kaynaktan Gelen Yalıtım Yağlarının Karıştırılması: Yağ özellikleri ilgili spesifikasyonlara uymalıdır; yağ yoğunluğu, donma sıcaklığı, vizkozite ve yanma noktası benzer olmalı ve karıştırılmış yağın istikrarlı olması gerekir. Bozulmuş karıştırılmış yağ için, kimyasal yeniden üretim yöntemleri gereklidir, bozulma ürünlerini ayırıp özelliklerini geri yüklemek için.

3. Kurutma Tipi Rezinsel Transformatör Yalıtımı ve Özellikleri

Kuru transformatörler (burada epoksi rezinsel yalıtım transformatörlerinden bahsedilmektedir) yüksek yangın güvenliği gerekliliği olan yerlerde, örneğin yüksek binalarda, havalimanlarında ve petrol depolarında kullanılır.

3.1 Rezin Yalıtım Tipleri

Epoksi rezinsel yalıtım transformatörleri, üretim süreci özellikleri itibariyle üç tip olarak sınıflandırılabilir: epoksi-kum karışımı vakum döküm tipi, epoksi-sodyumsuz cam lifi güçlendirilmiş vakum diferansiyel basınç döküm tipi ve sodyumsuz cam lif sarılı emdirme tipi.

① Epoksi-Kum Karışımı Vakum Döküm Yalıtımı: Bu transformatörler, epoksi rezinde doldurucu olarak kum kullanır. Yalıtım boyası ile sarılı ve işlenmiş bobinler, döküm kalıplarına yerleştirilir ve epoksi rezin ve kum karışımı ile vakum döküm yapılır. Döküm sürecinin kalite gerekliliklerini karşılamadığı durumlarda - örneğin, arta kalan baloncuklar, karışımın yerel eşitsizliği, potansiyel yerel termal gerilme çatlakları - bu yalıtım transformatörleri, nemli, sıcak ortamlar ve önemli yük değişimlerine sahip alanlar için uygun değildir.

② Epoksi Sodyumsuz Cam Lif Güçlendirilmiş Vakum Diferansiyel Basınç Döküm Yalıtımı: Bu, kısaltılmış sodyumsuz cam lifler veya cam bez gibi dış tabaka yalıtım malzemesi, sarılmalar arasındaki yalıtım için kullanılır. En dıştaki yalıtım sarılma kalınlığı genellikle 1-3mm ince bir yalıtım kalınlığıdır. Epoksi rezin döküm malzemesi ile uygun oranda karıştırdıktan sonra, yüksek vakum altında baloncukları çıkarıldıktan sonra döküm yapılır. Sarılma yalıtım kalınlığı ince olduğu için, zayıf emdirme, kısmi devre açma noktalarının oluşmasına neden olabilir. Bu nedenle, döküm malzemesi karışımı tam olmalıdır, vakum gaz çıkarma işlemi kapsamlı olmalıdır ve düşük vizkozite ve döküm hızı, döküm sırasında bobin paketlerinin yüksek kaliteli emdirilmesini sağlamak için kontrol edilmelidir.

③ Sodyumsuz Cam Lif Sarılı Emdirme Yalıtımı: Bu transformatörler, sarılırken tabaka yalıtımı işlemini ve bobin emdirim işlemini aynı anda tamamlar. Önceden belirtilen iki emdirme işlemi için gerekli olan sarılma kalıplarına ihtiyaç duymaz, ancak bobinleme ve emdirme sırasında mikro baloncuk bırakmayan düşük vizkozite rezaire ihtiyaç duyar.

3.2 Rezin Transformatörlerin Yalıtım Özellikleri ve Bakımı

Rezin transformatörlerin yalıtım seviyesi, yağ dolu transformatörlerden çok farklı değildir; temel farklar, sıcaklık yükselişi ve kısmi devre açma ölçümlerindedir.

① Sıcaklık Yükselme Özellikleri: Rezinsiz transformatörlere kıyasla, rezingi transformatörlerin ortalama sıcaklık yükseltme seviyeleri daha yüksektir ve bu nedenle daha yüksek ısıya dayanıklı yalıtım malzemeleri gerektirir. Ancak, ortalama sıcaklık yükseltme, sarımlardaki en sıcak nokta sıcaklığını yansıtmaz. yalıtım malzemesinin ısıya dayanıklılık sınıfı sadece ortalama sıcaklık yükseltmesine dayanarak veya yanlış seçilerek veya rezingi transformatörler uzun süreli aşırı yük altında çalıştırıldığında, transformatörün ömrü etkilenecektir.

Ölçülen transformatör sıcaklık yükseltmesi genellikle en sıcak nokta sıcaklığını yansıtmadığı için, mümkün olduğunda, maksimum yük altında çalışan rezingi transformatörlerin en sıcak noktalarını kızılötesi termometre ile kontrol etmek gerekir. Soğutma fanlarının yönü ve açısı, yerel sıcaklık yükseltmesini kontrol etmek ve güvenli bir transformatör çalışmasını sağlamak için uygun şekilde ayarlanmalıdır.

② Kısmi Deşarj Özellikleri: Rezingi transformatörlerdeki kısmi deşarj miktarı, elektrik alan dağılımı, rezin karışımının homojenliği ve arta kalan hava kabarcıkları veya rezin çatlakları varlığının yanı sıra ilgilenir. Kısmi deşarj miktarı, rezingi transformatörlerin performansı, kalitesi ve ömrünü etkiler. Bu nedenle, kısmi deşarj seviyelerinin ölçülmesi ve kabul edilmesi, üretim süreci ve kalitenin kapsamlı bir değerlendirmesidir. Kısmi deşarj ölçümleri, rezingi transformatörlerin teslim alındığı zaman ve büyük onarım sonrası gerçekleştirilmelidir, kısmi deşarj değişiklikleri kalite ve performans istikrarını değerlendirmek için kullanılabilir.

Kuru tip transformatörler giderek yaygınlaşırken, transformatör seçimi sırasında, üretim süreci yapısı, yalıtım tasarımı ve yalıtım yapılandırması ayrıntılı olarak anlaşılmalıdır. Tam üretim süreçleri, sıkı kalite güvence sistemleri, titiz üretim yönetimi ve güvenilir teknik performansa sahip üreticilerin ürünleri, transformatör ürün kalitesini ve termal ömrünü sağlamak için seçilerek güvenli işletim ve güç sağlamanın güvenilirliğini artırılmalıdır.

4. Transformatör Yalıtım Arızalarını Etkileyen Ana Faktörler

Transformatör yalıtım performansını etkileyen ana faktörler şunlardır: sıcaklık, nem, yağ koruma yöntemleri ve aşırı gerilim etkileri.

4.1 Sıcaklık Etkileri

Güç transformatörleri, yağ-kâğıt yalıtım kullanır ve yağdaki nem içeriği ile kağıttaki nem içeriği arasındaki denge ilişkisi farklı sıcaklıklarda değişir. Genellikle, sıcaklık arttıkça, kağıttaki nem yağa geçer; aksi halde, kağıt yağından nem emer. Bu nedenle, daha yüksek sıcaklıklarda, transformatör yalıtım yağındaki mikro-nem içeriği daha fazladır; aksi halde, mikro-nem içeriği daha azdır.

Farklı sıcaklıklar, selüloz halkasının açılmasına, zincirin kırılmasına ve eşlik eden gaz üretimine çeşitli derecelerde neden olur. Belirli bir sıcaklıkta, CO ve CO2 üretim hızları sabit kalır, yani yağdaki CO ve CO2 içeriği zamanla doğrusal olarak artar. Sıcaklık sürekli arttığında, CO ve CO2 üretim hızları genellikle üstel olarak artar. Bu nedenle, yağdaki CO ve CO2 içeriği, yalıtım kağıdın termal yaşlanmasına doğrudan ilişkilidir ve kapalı tip transformatörlerin kağıt tabakalarındaki anormallikleri belirlemek için bir kriter olarak kullanılabilir.

Transformatör ömrü, yalıtımın yaşlanma derecesine bağlıdır, ki bu da işlemci sıcaklığına bağlıdır. Örneğin, nominal yükte çalışan yağ dolu bir transformatörün, sarımların ortalama sıcaklık yükseltmesi 65°C ve en sıcak nokta sıcaklık yükseltmesi 78°C'dir. Ortalama çevre sıcaklığı 20°C olduğunda, en sıcak nokta sıcaklığı 98°C'ye ulaşır ve 20-30 yıllık işlem imkanı sunar. Eğer transformatör, sıcaklık artışıyla birlikte aşırı yük altında çalışıyorsa, ömür buna göre kısalır.

Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), A sınıfı yalıtım transformatörlerinde 80-140°C arasında çalışırken, her 6°C'lik sıcaklık artışıyla birlikte, transformatör yalıtım etkin ömrünün azalma hızının ikiye katlandığını belirtir—bu, 6°C kuralı olarak bilinir ve önceki 8°C kuralından daha sıkı termal sınırlamalar gösterir.

4.2 Nem Etkileri

Nem varlığı, selülozun bozulmasını hızlandırır. Bu nedenle, CO ve CO2 üretimleri, selüloz malzemesindeki nem içeriğiyle ilgilidir. Sabit nem koşullarında, daha yüksek nem içeriği daha fazla CO2 üretir; aksi halde, daha düşük nem içeriği daha fazla CO üretir.

Yalıtım yağındaki iz miktarındaki nem, yalıtım özelliklerini etkileyen önemli bir faktördür. Yalıtım yağındaki iz miktarındaki nem, yalıtım ortamının elektriksel ve fiziko-kimyasal özelliklerini büyük ölçüde zararlatır. Nem, yalıtım yağındaki parlatıcı gerilim voltajını azaltabilir, dielektrik kayıp faktörünü (tan δ) artırabilir, yalıtım yağının yaşlanmasını hızlandırabilir ve yalıtım performansını kötüleyebilir. Tesislerin nem maruziyeti, güç tesislerinin operasyonel güvenilirliğini ve ömrünü azaltmakla kalmaz, ayrıca ekipman hasarına ve hatta kişisel güvenliğe zarar verebilir.

4.3 Yağ Koruma Yöntemi Etkileri

Transformatör yağındaki oksijen, yalıtımın ayrışma reaksiyonlarını hızlandırır ve oksijen içeriği, yağ koruma yöntemleriyle ilişkilidir. Ayrıca, farklı koruma yöntemleri, yağdaki CO ve CO2'nin çözünme ve difüzyon koşullarını değiştirir. Örneğin, CO'nun düşük çözünürlüğü, açık tip transformatörlerde kolayca yağ yüzeyi boşluğuna difüze olmasını sağlar, genellikle CO hacim kesirini 300×10-6'dan fazla sınırlar. Kapalı tip transformatörlerde, yağ yüzeyi havadan izole olduğu için, CO ve CO2 kolayca buharlaşmaz, bu nedenle daha yüksek içerik seviyeleri oluşur.

4.4 Aşırı Gerilim Etkileri

① Geçici Aşırı Gerilim Etkileri: Normal olarak çalışan üç fazlı transformatörler, faz arası gerilimin %58'inde faz-zem gerilimi oluşturur. Ancak, tek faz hatası sırasında, zemin bağlantılı sistemlerde ana yalıtım gerilimi %30'a, zemin bağlantısız sistemlerde ise %73'e kadar artar, bu durum yalıtımı hasarlayabilir.

② Yıldırım Aşırı Gerilim Etkileri: Yıldırım aşırı gerilimleri, dik dalgacık önlerine sahiptir ve bu, longitudinal yalıtım (tur-tur, tabaka-tabaka, disk-disk) boyunca çok düzensiz gerilim dağılımına neden olur, bu da yalıtım üzerinde deşarj izleri bırakabilir ve katı yalıtımı hasarlayabilir.

③ Anahtarlamalı Gerilim Sürçme Etkileri: Anahtarlamalı gerilim sürçmelerinin dalgacıkları nispeten yavaş gelişir, bu da neredeyse doğrusal bir gerilim dağılımı sonucunu verir. Bu anahtarlamalı gerilim dalgalarının bir sarımdan diğerine geçişinde, gerilim iki sarım arasındaki tur oranına yaklaşık orantılıdır ve bu durum, ana yalıtım veya faz arası yalıtımın bozulmasına ve hasar görmesine kolaylık sağlar.

4.5 Kısa Devre Elektrodinamik Etkileri

Güç transformatörlerinde dışa doğru kısa devre sırasında ortaya çıkan elektrodinamik kuvvetler, sarımları deformasyona uğratabilir ve bağlantıları yerinden oynatabilir, bu da orijinal yalıtım mesafelerini değiştirir, yalıtımı ısıtma, yaşlanmayı hızlandırma veya hasara yol açarak yayılma, ark ve kısa devre hatalarını tetikleyebilir.

5.Sonuç

Sonuç olarak, güç transformatörünün yalıtım performansını anlamak ve makul işletme ve bakım uygulamalarını hayata geçirmek, transformatörün güvenliği, ömrü ve elektrik tedarik güvenilirliğine doğrudan etki eder. Güç sistemlerinde kritik olan ana ekipman olan güç transformatörlerinin, işletme, bakım personeli ve yöneticilerinin, transformatör yalıtım yapısını, malzeme özelliklerini, üretim kalitesini, bakım yöntemlerini ve bilimsel tanı teknolojilerini anlaması ve ustalığı gereklidir. Sadece optimize edilmiş ve makul bir işletme yönetim sayesinde, güç transformatörünün verimliliği, ömrü ve elektrik tedarik güvenilirliği garanti edilebilir.