۸ اقدام کلیدی برای کاهش رها شدن جزئی در ترانسفورماتورهای قدرت
نیازهای رو به رشد سیستمهای خنکسازی ترانسفورماتورهای قدرت و عملکرد خنککنندهها
با توسعه سریع شبکههای برق و افزایش ولتاژ انتقال، شبکههای برق و مصرفکنندگان برق نیازهای بالاتری برای قابلیت اطمینان عایقبندی ترانسفورماتورهای بزرگ دارند. چون آزمون تخلیه جزئی برای عایقبندی غیرمخرب است و حساسیت بالایی دارد، قادر است به طور مؤثری نقصهای ذاتی در عایقبندی ترانسفورماتور یا نقصهای تهدیدکننده ایمنی که در حین حمل و نصب ایجاد شدهاند را تشخیص دهد. آزمون تخلیه جزئی محلی به طور گستردهای کاربرد یافته است و به عنوان یک آزمون الزامی پیش از راهاندازی برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ ۷۲.۵ کیلوولت و بالاتر فهرست شده است.
۱. تخلیه جزئی و اصول آن
تخلیه جزئی، که همچنین به عنوان یونیزاسیون الکترواستاتیکی شناخته میشود، به جریان بارهای الکترواستاتیکی اشاره دارد. تحت یک ولتاژ اعمالی مشخص، بارهای الکترواستاتیکی ابتدا در موقعیتهایی با عایقبندی ضعیفتر در مناطقی با میدان الکتریکی قویتر یونیزه میشوند بدون اینکه باعث شکست کامل عایقبندی شوند. این پدیده جریان بارهای الکترواستاتیکی را تخلیه جزئی مینامند. تخلیه جزئی که در نزدیکی هادیهای محاط شده با گاز رخ میدهد، به عنوان کرونا شناخته میشود.
تخلیه جزئی یک تخلیه الکتریکی است که در موقعیتهای محلی داخل عایقبندی داخلی ترانسفورماتورها رخ میدهد. چون تخلیه محلی است و انرژی کمی دارد، مستقیماً باعث شکست کامل عایقبندی داخلی نمیشود.
برای آزمون تخلیه جزئی ترانسفورماتورها، ابتدا در چین فقط برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت و بالاتر الزامات اجرا شد. بعداً، استاندارد IEC جدید تعیین کرد که اندازهگیری تخلیه جزئی باید زمانی انجام شود که ولتاژ حداکثر عملیاتی دستگاه Um ≥ ۱۲۶ کیلوولت باشد. استاندارد ملی نیز مشخص میکند که برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ حداکثر عملیاتی Um ≥ ۷۲.۵ کیلوولت و ظرفیت اسمی P ≥ ۱۰,۰۰۰ کیلووات-آمپر، اندازهگیری تخلیه جزئی باید انجام شود مگر اینکه به صورت دیگری توافق شود.
روش آزمون تخلیه جزئی طبق مقررات GB1094.3-2003 دنبال میشود، با حد استاندارد تنظیم شده به گونهای که بیش از ۵۰۰ پیکوکولوم نباشد. اما در قراردادهای واقعی، مشتریان غالباً حدود ≤۳۰۰ پیکوکولوم یا ≤۱۰۰ پیکوکولوم را میطلبد. چنین توافقات فنی نیازمند است که تولیدکنندگان ترانسفورماتور به استانداردهای فنی بالاتری از محصولات خود توجه کنند.
۲. خطرات تخلیه جزئی
شدت خطرات تخلیه جزئی با دلایل آن، مکان آن و سطوح ولتاژ شروع و خاتمه مرتبط است. ولتاژ شروع و خاتمه بالاتر به معنای خطر کمتر و بالعکس است. از نظر ویژگیهای تخلیه، تخلیههایی که عایقبندی جامد را تحت تأثیر قرار میدهند، بیشترین خطر را برای ترانسفورماتورها دارند و قدرت عایقبندی را کاهش میدهند یا حتی آن را خراب میکنند.
۳. دلایل تخلیه جزئی
دلایل تخلیه جزئی شامل در نظر گرفتن ناکافی در طراحی هستند، اما بیشتر از فرآیند تولید ناشی میشوند:
لبههای تیز و دندانههای قطعات که میدان الکتریکی را تحریک میکنند و ولتاژ شروع تخلیه را کاهش میدهند؛
اجسام خارجی و غبار که باعث تمرکز میدان الکتریکی میشوند و تحت میدانهای الکتریکی خارجی منجر به تخلیه کرونا یا تخلیه شکست میشوند؛
رطوبت یا حبابهای گاز. به دلیل ثابت دی الکتریک پایین آب و گاز، تخلیه ابتدا تحت تأثیر میدان الکتریکی رخ میدهد؛
تماس ضعیف قطعات ساختاری فلزی معلق که باعث تمرکز میدان یا ایجاد تخلیه اسپارک میشوند.
۴. اقدامات برای کاهش تخلیه جزئی
۴.۱ کنترل غبار
در میان عوامل تخلیه جزئی، اجسام خارجی و غبار محرکهای بسیار مهمی هستند. نتایج آزمون نشان میدهد که ذرات فلزی بزرگتر از ۱.۵ میکرون میتوانند تحت تأثیر میدان الکتریکی تخلیههایی بسیار بیشتر از ۵۰۰ پیکوکولوم ایجاد کنند. هم غبار فلزی و غیرفلزی میدانهای الکتریکی را تمرکز میکنند و ولتاژ شروع تخلیه و ولتاژ شکست عایقبندی را کاهش میدهند.
بنابراین، حفظ محیط پاک و بدنه ترانسفورماتور در طول تولید بسیار مهم است و کنترل غبار دقیق لازم است. باید کارگاههای ضدغبار بر اساس میزان تأثیرپذیری محصولات از غبار در طول تولید ایجاد شود. به عنوان مثال، در طول راستکردن سیم، پوشش دادن سیم با کاغذ، ساخت bobin، ترکیب bobin، تراش کرن، ساخت قطعات عایقبندی، ترکیب کرن و تمامیکاری کرن، هیچ اجسام خارجی یا غباری نباید باقی بماند یا وارد شود.
۴.۲ پردازش متمرکز قطعات عایقبندی
قطعات عایقبندی به خصوص در معرض آلودگی غبار فلزی هستند، زیرا یک بار که غبار فلزی به قطعات عایقبندی متصل میشود، بسیار دشوار است که به طور کامل آن را حذف کنیم. بنابراین، پردازش متمرکز در کارگاه عایقبندی ضروری است، با یک منطقه پردازش مکانیکی جدا از سایر مناطق تولید غبار.
۴.۳ کنترل دقیق دندانههای ورقهای سیلیسیم
لاگرهای ترانسفورماتور از طریق فرآیندهای برش طولی و عرضی شکل میگیرند که حتماً دندانههایی با درجات مختلف ایجاد میکنند. این دندانهها نه تنها باعث کوتاهشدن بین لاگرها میشوند، جریانهای دورهای داخلی را ایجاد میکنند که زیانهای بدون بار را افزایش میدهند، بلکه ضخامت لاگر را مؤثر افزایش میدهند و تعداد لاگرهای واقعی را کاهش میدهند. مهمتر از آن، در طول ترکیب لاگر یا عملیات تحت لرزش، دندانهها ممکن است بر روی بدنه لاگر افتاده و تخلیه ایجاد کنند. حتی دندانههایی که به کف ظرف میافتند ممکن است تحت تأثیر میدان الکتریکی همخط شده و تخلیه پتانسیل زمین ایجاد کنند. بنابراین، باید تلاش شود که دندانههای لاگر تا حد ممکن کاهش یابند. برای محصولات ۱۱۰ کیلوولت، دندانههای لاگر نباید بیش از ۰.۰۳ میلیمتر باشند؛ برای محصولات ۲۲۰ کیلوولت، نباید بیش از ۰.۰۲ میلیمتر باشند.
۴.۴ ترمینالهای سرد فشرده برای سیمهای پیشرو
استفاده از ترمینالهای فشرده سرد برای سیمهای پیشرو روش موثری برای کاهش مقدار دیسکرتهای جزئی است. لحیم کردن با برنز فسفری تعداد زیادی ذرات پاشانده شده تولید میکند که به راحتی به بدنه و قطعات عایق پخش میشوند. علاوه بر این، ناحیه مرزی لحیم کردن نیازمند جدا کردن با طناب آسمست که در آب خیس شده است، که رطوبت را به عایق میافزاید. اگر رطوبت پس از پیچیدن عایق به طور کامل حذف نشود، مقدار دیسکرتهای جزئی ترانسفورماتور افزایش مییابد.
۴.۵ گرد کردن لبههای قطعات
گرد کردن لبههای قطعات دو هدف دارد: ۱) بهبود توزیع میدان الکتریکی و افزایش ولتاژ شروع دیسکرت. بنابراین، قطعات ساختاری فلزی در بدنه مانند ضامنها، صفحات کشش، پایهها، براکتها، صفحات فشار، لبههای خروجی، دیوارههای بالشتک بوشینگ و صفحات مغناطیسی روی دیوارههای داخلی ظرف باید همه گرد شوند. ۲) جلوگیری از ایجاد خاک اهن. به عنوان مثال، نقاط تماس بین سوراخهای بلند کردن ضامن و طناب یا حلقه نیازمند گرد کردن هستند.
۴.۶ محیط محصول و تکمیل بدنه در مرحله مونتاژ نهایی
پس از خشک کردن خلأی بدنه، باید قبل از نصب ظرف، تکمیل بدنه انجام شود. محصولات بزرگتر با ساختار پیچیده نیاز به زمان تکمیل بیشتری دارند. چون فشار دادن بدنه و تنظیم پیچها در حالتی که بدنه در هوای آزاد است انجام میشود، جذب رطوبت و آلودگی غبار ممکن است در این دوره رخ دهد. بنابراین، تکمیل بدنه باید در منطقهای بدون غبار انجام شود. اگر زمان تکمیل (یا زمان تماس با هوا) بیش از ۸ ساعت باشد، نیاز به تجدید خشک کردن وجود دارد.
پس از تکمیل بدنه، بخش بالایی ظرف نصب میشود و سپس خلاء سازی و پر کردن با روغن انجام میشود. چون عایق بدنه در طول مرحله تکمیل رطوبت جذب میکند، نیاز به درمان ضد رطوبتی است که از طریق خلاء سازی محصول انجام میشود. این یکی از اقدامات مهم برای تضمین قدرت عایق محصولات فشار بالا است. سطح خلاء بر اساس رطوبت بدنه و محیط و معیارهای محتوای رطوبت تعیین میشود، در حالی که مدت زمان خلاء سازی بر اساس زمان خروج از فر، دما و رطوبت محیط تعیین میشود.
۴.۷ پر کردن با روغن در خلاء
هدف از پر کردن با روغن در خلاء این است که با استفاده از خلاء سازی، نقاط مرده در ساختار عایق ترانسفورماتور را حذف کرده، هوا را به طور کامل بیرون بکشید و سپس تحت شرایط خلاء با روغن ترانسفورماتور پر کنید تا تضمین شود که تشریح کامل بدنه انجام شده است. پس از پر کردن با روغن، ترانسفورماتور باید حداقل ۷۲ ساعت بایستد قبل از تست، زیرا درجه تشریح ماده عایق بستگی به ضخامت ماده عایق، دمای روغن و مدت زمان غوطه وری دارد. تشریح بهتر احتمال دیسکرت را کاهش میدهد، بنابراین زمان بایستی کافی ضروری است.
۴.۸ ختم کردن ظرف و قطعات
کیفیت ساختارهای ختم کردن مستقیماً بر رسوخ ترانسفورماتور تأثیر میگذارد. اگر نقاط رسوخ وجود داشته باشند، رطوبت حتماً به داخل ترانسفورماتور خواهد رفت و موجب جذب رطوبت توسط روغن ترانسفورماتور و سایر قطعات عایق خواهد شد—این یکی از عوامل ایجاد دیسکرتهای جزئی است. بنابراین، عملکرد ختم کردن مناسب باید تضمین شود.
