8 Mesures Clau per Reduir la Descàrrega Parcial en Transformadors Elèctrics

Requisits creixents per als sistemes de refredament dels transformadors i la funció dels refrigeradors

Amb el ràpid desenvolupament de les xarxes elèctriques i l'augment de la tensió de transmissió, les xarxes elèctriques i els usuaris d'electricitat estan demanant una fiabilitat cada cop més alta en l'aislament dels grans transformadors. Com que la prova de descàrrega parcial no és destructiva per a l'aislament i és molt sensible, detecta eficientment defectes inherents a l'aislament dels transformadors o defectes que poden ser perillosos generats durant el transport i la instal·lació, la prova de descàrrega parcial in situ ha trobat una aplicació generalitzada. S'ha inclòs com a element de prova obligatori per a la puesta en marcha de transformadors amb tensions nominals de 72,5 kV i superiors.

1. Descàrrega parcial i els seus principis

La descàrrega parcial, també coneguda com ionització electroestàtica, es refereix al flux de càrregues electroestàtiques. Sota una certa tensió aplicada, les càrregues electroestàtiques primer experimenten ionització en posicions amb aïllament més feble en àrees de camp elèctric més fort, sense causar un trencament complet de l'aislament. Aquest fenomen de flux de càrregues electroestàtiques s'anomena descàrrega parcial. La descàrrega parcial que ocorre proper a conductors envoltats per gas s'anomena corona.

La descàrrega parcial és una descàrrega elèctrica que ocorre en posicions localitzades dins de l'aislament intern dels transformadors. Com que la descàrrega és localitzada i té baixa energia, no provoca directament un trencament complet de l'aislament intern.

Per a la prova de descàrrega parcial de transformadors, inicialment la Xina va implementar requisits només per a transformadors amb tensions nominals de 220kV i superiors. Més tard, la nova norma IEC va establir que la mesura de descàrrega parcial s'hauria de realitzar quan la màxima tensió de funcionament de l'equip Um ≥ 126kV. La norma nacional també especifica que, per a transformadors amb màxima tensió de funcionament Um ≥ 72,5kV i capacitat nominal P ≥ 10.000kVA, s'ha de realitzar la mesura de descàrrega parcial, llevat que s'acordi el contrari.

El mètode de prova de descàrrega parcial segueix les disposicions de la GB1094.3-2003, amb el límit estàndard establert a no més de 500pC. No obstant això, en els contracts reals, els clients sovint requereixen límits de ≤300pC o ≤100pC. Aquests acords tècnics requereixen que els fabricants de transformadors mantinguin uns estàndards tècnics més alts del producte.

2. Perills de la descàrrega parcial

La gravetat dels perills de la descàrrega parcial està relacionada amb les seves causes, la seva ubicació i els nivells de tensió d'inici i extinció. Tensions d'inici i extinció més altes signifiquen menys perill, i viceversa. En termes de característiques de descàrrega, les descàrregues que afecten l'aislament sòlid representen el major perill per als transformadors, reduint la força de l'aislament o fins i tot causant danys.

3. Causes de la descàrrega parcial

Els factors que causen la descàrrega parcial inclouen consideracions de disseny inadequades, però més sovint provenen del procés de fabricació:

• Arestes i escames en components que distorsionen el camp elèctric i disminueixen la tensió d'inici de descàrrega;

• Objectes estranys i pols que causen concentració de camp elèctric, provocant descàrrega de corona o descàrrega de trencament sota camps elèctrics externs;

• Humitat o bombolles de gas. Degut a la constant dielèctrica més baixa de l'aigua i el gas, la descàrrega ocorre primer sota l'influència del camp elèctric;

• Contacte deficient de components estructurals metàl·lics suspesos formant concentració de camp o provocant descàrrega d'escintla.

4. Mesures per reduir la descàrrega parcial

4.1 Control de pols

Entre els factors que causen la descàrrega parcial, els objectes estranys i el pols són desencadenants extremadament importants. Els resultats de les proves mostren que les partícules metàl·liques més grans de 1,5μm poden produir quantitats de descàrrega que superen amb creixent 500pC sota l'influència del camp elèctric. Tant el pols metàl·lic com el no metàl·lic creen camps elèctrics concentrats, disminuint la tensió d'inici de descàrrega i la tensió de trencament de l'aislament.

Per tant, mantenir un entorn net i un cos central durant la fabricació dels transformadors és crucial, i s'ha de implementar un control estrictiu de pols. Es haurien d'establir tallers sense pols segons el grau en què els productes podrien veure's afectats pel pols durant la fabricació. Per exemple, durant l'endreçat de fils, l'enrotllament de paper de fil, la fabricació d'enrotllaments, la montatge d'enrotllaments, la pila de nuclis, la fabricació de components d'aislament, la montatge de nuclis i l'acabat de nuclis, no s'ha de permetre que hi hagi cap objecte estrany ni pols que romangui o entre.

4.2 Processament centralitzat de components d'aislament

Els components d'aislament són particularment vulnerables a la contaminació per pols metàl·lic, ja que, una vegada que el pols metàl·lic s'hi adhereix, és extremadament difícil d'eliminar completament. Per tant, és necessari el processament centralitzat en un taller d'aislament, amb una zona de processament mecànic dedicada aïllada d'altres zones que produeixen pols.

4.3 Control estrictiu de les escames de fulls de silici

Les laminacions del nucli del transformador es formen mitjançant processos de tall longitudinal i transversal, que inevitablement creen escames en diferents graus. Aquestes escames no només causen circuits curts entre laminacions, formant corrents cícliques interns que augmenten les pèrdues en buit, sinó que també efectivament augmenten l'espessor del nucli mentre reduïxen el nombre real de laminacions. Més important encara, durant la montatge del nucli o en funcionament sota vibració, les escames poden caure sobre el cos del nucli, causant descàrregues. Fins i tot les escames que cauen al fons del dipòsit poden alinejar-se sota l'influència del camp elèctric, causant descàrregues de potencial de terra. Per tant, les escames de les laminacions del nucli s'han de minimitzar en la mesura del possible. Per als productes de 110kV, les escames de les laminacions del nucli no haurien de superar els 0,03mm; per als de 220kV, no haurien de superar els 0,02mm.

4.4 Terminales prensades a fred per a cables de derivació

L'ús de terminals premsats a fred per a cables conductors és una mesura eficaç per reduir les quantitats de descàrregues parcials. La soldadura de bronze fosforós produeix moltes partícules d'espatllament que es dispersen fàcilment sobre el cos del nucli i els components aïllants. A més, l'àrea de la frontera de la soldadura requereix ser aïllada amb corda d'amiant emmollada, introduint humitat a l'aillament. Si l'humitat no s'elimina completament després de l'enrotllament de l'aillament, augmentarà la quantitat de descàrrega parcial del transformador.

4.5 Arrodoniment d'arestes de components

L'arrodoniment de les arestes dels components serveix dos objectius: 1) Millorar la distribució del camp elèctric i augmentar el voltatge d'inici de descàrrega. Per tant, els components estructurals metàl·lics del nucli com presilles, plaques de tracció, peus, suports, plaques de pressió, arestes de sortida, parets de tubulatures de borns i plaques d'escudament magnètic a les parets interiors del dipòsit haurien de passar pel procés d'arrodoniment d'arestes. 2) Prevenir la fricció que produeix limadures de ferro. Per exemple, les parts de contacte entre els forats de elevació de les presilles i les cordes o ganivets necessiten arrodoniment.

4.6 Entorn del producte i acabat del nucli durant l'ensamblat final

Després de la dessecació al vaçu del nucli, cal realitzar l'acabat del nucli abans de la instal·lació del dipòsit. Els productes més grans amb estructures més complexes requereixen temps d'acabat més llargs. Com que la compressió del nucli i el tancament de fixadors es realitzen amb el nucli exposat a l'aire, podria produir-se absorció d'humitat i contaminació per pols en aquest període. Per tant, l'acabat del nucli ha de realitzar-se en una àrea sense pols. Si el temps d'acabat (o el temps d'exposició a l'aire) supera les 8 hores, és necessari un tractament de re-dessecació.

Després de l'acabat del nucli, s'instal·la la secció superior del dipòsit seguida de la creació de vaçu i l'ompliment d'oli. Com que l'aillament del nucli absorbeix humitat durant la fase d'acabat, és necessari un tractament de deshumidificació, aconseguit mitjançant la creació de vaçu del producte. Aquesta és una mesura important per assegurar la resistència a l'aillament de productes d'alta tensió. El nivell de vaçu es determina en base a la humitat del nucli i els estàndards de contingut d'humitat ambiental, mentre que la durada del vaçu es determina en base al temps de sortida del forn, la temperatura i la humitat ambiental.

4.7 Ompliment d'oli al vaçu

El propòsit de l'ompliment d'oli al vaçu és eliminar punts morts a l'estructura d'aillament del transformador mitjançant la creació de vaçu, expulsant completament l'aire, i omplint amb oli de transformador en condicions de vaçu per assegurar la total impregnació del nucli. Després de l'ompliment d'oli, els transformadors han de estar com a mínim 72 hores abans de realitzar proves, ja que el grau d'impregnació del material d'aillament depèn de l'espessor del material d'aillament, la temperatura de l'oli i el temps d'immersió. Una millor impregnació redueix la possibilitat de descàrregues, fent essencial un temps d'està suficient.

4.8 Estanqueïtat del dipòsit i components

La qualitat de les estructures d'estanqueïtat afecta directament la filtració del transformador. Si hi ha punts de filtració, l'humitat entrarà inevitablement a l'interior del transformador, causant que l'oli del transformador i altres components aïllants absorbin humitat, això és un factor que causa descàrregues parcials. Per tant, s'ha de garantir un rendiment d'estanqueïtat raonable.