8 avainta osittaisen sähkövirtauksen vähentämiseksi voimansiirtojen muuntimissa

Voimansiirtokoneiden jähdytysjärjestelmien kasvavat vaatimukset ja jähdyttäjien rooli

Voimaverkkojen nopean kehityksen ja siirtovolttiluvun kasvun myötä voimaverkot ja sähköasiakkaat vaativat yhä korkeampaa eristysluotettavuutta suurille voimansiirtokoneille. Koska osittaisen sähköpurkauksen testaus ei tuhoa eristystä mutta on hyvin herkkä, se kykenee tehokkaasti havaitsemaan sisäisiä vikoja siirtokoneen eristyksessä tai turvallisuuden uhkaavia vikoja, jotka saattavat syntyä kuljetuksen ja asennuksen aikana, paikan päällä tehty osittainen sähköpurkauksen testaus on laajalti otettu käyttöön. Se on luetteloitu pakolliseksi ottorivitestiin siirtokoneille, joiden jänniteluokka on 72,5 kV ja sitä suurempi.

1. Osittainen sähköpurkaus ja sen periaatteet

Osittainen sähköpurkaus, myös tunnettu elektrostaattisena ionisaationa, tarkoittaa elektrostaattisten varojen virtaamista. Tietyn sovellettavan jännitteen alla elektrostaattiset varat alkavat ionisoitua heikommin eristettyihin alueisiin, joissa sähkökenttä on vahva, ilman että aiheuttaa täydellistä eristysromahdusta. Tätä elektrostaattisten varojen virtaamista kutsutaan osittaiseksi sähköpurkaukseksi. Osittainen sähköpurkaus, joka tapahtuu kaasulla ympäröidyn johtimen lähellä, kutsutaan koronaksi.

Osittainen sähköpurkaus on sähköpurkaus, joka tapahtuu paikallisesti siirtokoneen sisäisen erityksen sisällä. Koska purkaus on paikallinen ja sillä on vähän energiaa, se ei suoraan aiheuta sisäisen erityksen täydellistä romahdusta.

Siirtokoneiden osittaisen sähköpurkauksen testauksessa Kiina alkuperäisesti määritteli vaatimukset vain 220 kV:n ja sitä suuremmalle jänniteluokalle. Myöhemmin uusi IEC-standardi määrsi, että osittaisen sähköpurkauksen mittaus pitäisi suorittaa, kun laitteen maksimitoimintajännite Um ≥ 126 kV. Kansallinen standardi määrittelee samalla tavalla, että siirtokoneille, joiden maksimitoimintajännite Um ≥ 72,5 kV ja nominialinen kapasiteetti P ≥ 10 000 kVA, osittaisen sähköpurkauksen mittaus pitäisi suorittaa, ellei toisin sovita.

Osittaisen sähköpurkauksen testausmenetelmä noudattaa GB1094.3-2003 -standardin määräyksiä, ja standardiraja on asetettu enintään 500 pC. Kuitenkin todellisissa sopimuksissa asiakkaat usein vaativat rajoja ≤300 pC tai ≤100 pC. Tällaiset tekniset sopimukset edellyttävät siirtokonevalmistajilta korkeampia tuotteiden teknisiä standardeja.

2. Osittaisen sähköpurkauksen vaarat

Osittaisen sähköpurkauksen vaarojen vakavuus liittyy sen syytymiseen, sijaintiin ja aloitus- ja lopetusjännitteiden tasoihin. Korkeammat aloitus- ja lopetusjännitteet tarkoittavat vähemmän vaaraa, ja päinvastoin. Purkauksen ominaispiirteiden kannalta solideristyskomponentteihin vaikuttavat purkaukset aiheuttavat suurimman vaaran siirtokoneille, vähentäen eristyskykyä tai jopa aiheuttaen vaurioita.

3. Osittaisen sähköpurkauksen syyt

Osittaisen sähköpurkauksen syyt ovat usein riittämättömät suunnitteluharkinnat, mutta ne useimmiten johtuvat valmistusprosessista:

• Komponenttien terävät reunat ja kuuset, jotka vääristävät sähkökentän ja alentavat purkauksen aloitusjännitettä;

• Ulkopuoliset esineet ja pöly, jotka aiheuttavat sähkökentän keskittymisen, mikä johtaa koronapurkaukseen tai romahduspurkaukseen ulkopuolisessa sähkökentässä;

• Kosteus tai kaasupussit. Veden ja kaasun matalampaan dielektriseen vakioon verrattuna purkaus tapahtuu ensin sähkökentän vaikutuksesta;

• Pahvi metallirakenteiden huono kontakti, mikä muodostaa sähkökentän keskittymisen tai aiheuttaa sähköiskun.

4. Toimenpiteitä osittaisen sähköpurkauksen vähentämiseksi

4.1 Pölyn hallinta

Osittaisen sähköpurkauksen aiheuttavista tekijöistä ulkopuoliset esineet ja pöly ovat erittäin tärkeitä lähteitä. Testitulokset osoittavat, että sähkökentän vaikutuksessa metallipartikkelit, jotka ovat suurempia kuin 1,5 μm, voivat tuottaa purkauksen määrän, joka ylittää huomattavasti 500 pC. Sekä metallinen että epämetallinen pöly luovat keskittyneitä sähkökenttiä, mikä alentaa eristyspurkauksen aloitusjännitettä ja romahduspurkauksen jännitettä.

Siksi on tärkeää ylläpitää puhtea ympäristöä ja ytimen runkoa siirtokoneen valmistuksen aikana, ja tiukka pölynhallinta on välttämätöntä. Tiiviisti suljettuja pölytiedustelmoittavia työhuoneita on perustettava valmistuksen aikana esiintyvän pölyn vaikutuksen mukaan. Esimerkiksi langan suoristuksen, langan paperin käsittelyn, kiertokappaleiden valmistuksen, kiertokappaleiden kokoonpanon, ytimeen keräämisen, eristykomponenttien valmistuksen, ytimeen kokoonpanon ja ytimen viimeistelyn aikana ei saa sallia ulkopuolisia esineitä tai pölyä jäädä tai päästä sisään.

4.2 Eristykomponenttien keskitetty käsittely

Eristykomponentit ovat erityisen alttiita metallipölyn saastumiselle, koska kun metallipöly kiintyy eristykomponentteihin, se on erittäin vaikea poistaa täysin. Siksi eristytyöhuoneessa on tarpeellista keskitetty käsittely, jossa on omistettu mekaaninen käsittelyalue, joka on eristetty muista pölyn tuottavista alueista.

4.3 Tiukka kontrolli silikaatrullien kuusista

Siirtokoneen ydinlevyt muodostetaan pitkän ja ristiriippuisen leikkausprosessin avulla, mikä aiheuttaa eriasteisia kuusia. Nämä kuuset eivät ainoastaan aiheuta levystä levylle lyhytkircuitteja, muodostaen sisäisiä kiertokierroksia, jotka lisäävät tyhjiökulutusta, mutta myös tehokkaasti lisäävät ytimen paksuutta ja vähentävät todellista levymäärää. Ytimen kokoonpanon tai värähtelyn aikana kuuset voivat putoa ytimeen, aiheuttaen purkauksen. Jopa kuuset, jotka putoavat tankkiin, voivat kohdistua sähkökentän vaikutuksessa, aiheuttaen maajännittpurkauksen. Siksi ydinlevyjen kuusia on vähennettävä mahdollisimman paljon. 110 kV tuotteilla ydinlevyjen kuuset eivät saa ylittää 0,03 mm:ää; 220 kV tuotteilla ne eivät saa ylittää 0,02 mm:ää.

4.4 Jäähdytettyjen johtojen kylmäpainetut päätepisteet

Kylmäpuristettujen päätepalojen käyttö johtojen liittämiseen on tehokas toimenpide osittaisen sähkövirtauksen määrän vähentämiseksi. Fosforipronssin tarkkaistuksessa syntyy paljon kirkkailua, joka levittyy helposti ytimen runkoon ja eristyskomponentteihin. Lisäksi tarkkaistuksen rajavyöhykkeen on eristettävä vedellä imuroituilla asbestilangalla, mikä tuo kosteutta eristykseen. Jos kosteus ei poisteta täydellisesti eristyksen peittelyn jälkeen, se lisää muuntajan osittaisen sähkövirran määrää.

4.5 Komponenttien reunusten pyöristäminen

Komponenttien reunusten pyöristäminen palvelee kahta tarkoitusta: 1) Sähkökentän jakautumisen parantaminen ja purkauksen alkamispotentiaalin lisääminen. Siksi metalliset rakenteelliset komponentit, kuten klemmit, vetolevyt, jalatarpat, tuulet, painelevyt, ulosjohtavat reunat, pistokeiden nostoseinät ja magneettieristyslevyt sisäisillä tankoilla, pitäisi kaikki pyöristää. 2) Välttää kitkan aiheuttama teräsfilingsien muodostuminen. Esimerkiksi klemmien nostareiden ja köyden tai koukun väliset kosketuspisteet vaativat pyöristystä.

4.6 Tuotteen ympäristö ja ytimen viimeistely lopetusvaiheessa

Ydin on viimeisteltävä ennen tankon asennusta sen jälkeen, kun se on kuivattu tyhjiössä. Suurempiin ja monimutkaisempiin tuotteisiin tarvitaan pidempään viimeistelyaika. Koska ydintä painetaan ja kiinnityskomponentteja kiristetään ilmakehän alttiina, kosteen imeytys ja pölytonttu voi tapahtua tässä vaiheessa. Siksi ytimen viimeistely on tehtävä pölynpoisissa oloissa. Jos viimeistelyaika (tai ilmakehän alttiinaolo) ylittää 8 tuntia, uudelleenkuivatus on tarpeen. 

Ytimen viimeistelyn jälkeen ylempi tankkoosa asennetaan, ja tuotetta tyhjätään ja täytetään öljyllä. Koska ydin eristys imee kosteutta viimeistelyvaiheessa, kosteen poisto on välttämätöntä, mikä saavutetaan tuotteen tyhjentämisellä. Tämä on tärkeä toimenpide korkeajännite-tuotteiden eristystehon varmistamiseksi. Tyhjiön taso määräytyy ytimen ja ympäristön kosteus- ja kostepitoisuusstandardien perusteella, kun taas tyhjiön kesto määräytyy uuniulospääsyn, ympäristön lämpötilan ja kosteen perusteella.

4.7 Tyhjiössä öljyn täyttäminen

Tyhjiössä öljyn täyttämisen tarkoitus on poistaa muuntajan eristysrakenteen kuolleita paikkoja tyhjiöllä, syöstyä ilma kokonaan pois ja täyttää transformeriöljyä tyhjiöolosuhteissa, jotta ydin upottuu täysin. Öljyn täytettyä muuntajien on odoteltava vähintään 72 tuntia ennen testejä, sillä eristysmateriaalin upottumisen taso riippuu eristysmateriaalin paksuudesta, öljyn lämpötilasta ja upottumisaikasta. Parempi upottuminen vähentää purkauksen mahdollisuutta, mikä tekee riittävän odotusaikan olennaiseksi.

4.8 Tankon ja komponenttien tiivistys

Tiivistysrakenteiden laatu vaikuttaa suoraan muuntajan leviämiseen. Jos leviämispisteitä on olemassa, kosteus tulee väistämättä maahdolliseen muuntajan sisälle, mikä saa muuntajaöljyn ja muut eristyskomponentit imeämään kosteutta – tämä on yksi tekijä, joka aiheuttaa osittaisen sähkövirran. Siksi on tärkeää taata asianmukainen tiivisyys.