8 ključnih mjera za smanjenje djelomičnog iskapanja u električnim transformatorima

Rastuće zahtjeve za hlađenjem transformatora i funkcija hladnjaka

S brzim razvojem električnih mreža i povećanjem napona prijenosa, električne mreže i korisnici struje sve više traže povećanu pouzdanost izolacije za velike transformatore. Budući da ispitivanje djelomičnog iskora ne ometa izolaciju, ali je vrlo osjetljivo, učinkovito otkriva urođene defekte u izolaciji transformatora ili opasne defekte nastale tijekom prijevoza i montaže, na-mjesto ispitivanje djelomičnog iskora doživljava široku primjenu. To se nalazi na popisu obavezni test za komisije transformatora s naponom od 72,5 kV i više.

1. Djelomični iskor i njegovi principi

Djelomični iskor, također poznat kao elektrostatska jonizacija, odnosi se na protok elektrostatičkih nabojki. Pod određenim primjenjenim naponom, elektrostatske nabojke prvo podliježu jonizaciji na mjestima s slabijom izolacijom u područjima s jačim električnim poljem, bez dovodnje do potpune slabe izolacije. Ovaj fenomen protoka elektrostatičkih nabojki naziva se djelomični iskor. Djelomični iskor koji se događa blizu vodilaca okruženih plinom naziva se korona.

Djelomični iskor je električni iskor koji se događa na lokaliziranim mjestima unutar interne izolacije transformatora. Budući da je iskor lokaliziran i ima nisku energiju, ne uzrokuje direktno potpunu slabo izolaciju internog sustava.

Za ispitivanje djelomičnog iskora transformatora, Kina je inicijalno implementirala zahtjeve samo za transformatore s naponom od 220 kV i više. Kasnije, novi IEC standard propisao je da se mjerenje djelomičnog iskora treba provesti kada je maksimalni radni napon Um ≥ 126 kV. Nacionalni standard također propisuje da se za transformatore s maksimalnim radnim naponom Um ≥ 72,5 kV i nominalnom snage P ≥ 10.000 kVA, treba provesti mjerenje djelomičnog iskora, osim ako se drugačije ne dogovori.

Metoda ispitivanja djelomičnog iskora slijedi propise u GB1094.3-2003, s standardnim ograničenjem postavljenim na ne premašujući 500 pC. Međutim, u stvarnim ugovorima, klijenti često zahtijevaju ograničenja od ≤300 pC ili ≤100 pC. Takvi tehnički sporazumi zahtijevaju od proizvođača transformatora održavanje viših tehničkih standarda proizvoda.

2. Opasnosti djelomičnog iskora

Težina opasnosti djelomičnog iskora vezana je uz njegove uzroke, lokaciju i razine napona nastanka i ugasi. Viši naponi nastanka i ugasi znače manju opasnost, a obrnuto. U pogledu karakteristika iskora, iskori koji utječu na čvrstu izolaciju predstavljaju najveću opasnost za transformatore, smanjujući čvrstu izolaciju ili čak uzrokujuši oštećenje.

3. Uzroci djelomičnog iskora

Faktori koji uzrokuju djelomični iskor uključuju nedostatak dizajnerskih promatraja, ali najčešće potječu iz proizvodnog procesa:

• Oštre rubove i ostre ivice na komponentama koje deformiraju električno polje i smanjuju napon nastanka iskora;

• Strane tijela i prašinu koja uzrokuje koncentraciju električnog polja, što dovodi do korona iskora ili iskora raspadanja pod vanjskim električnim poljima;

• Vlagu ili plinske buble. Zbog nižeg dielektričnog koeficijenta vode i plina, iskor se prvo događa pod utjecajem električnog polja;

• Loš kontakt visoko natopljenih metalnih strukturnih komponenti formira koncentraciju polja ili uzrokuje iskor trake.

4. Mjere za smanjenje djelomičnog iskora

4.1 Kontrola prašine

Među faktorima koji uzrokuju djelomični iskor, strane tijela i prašina su izuzetno važni pokretači. Rezultati ispitivanja pokazuju da metaličke čestice veće od 1,5 μm mogu pod utjecajem električnog polja proizvesti količine iskora daleko veće od 500 pC. Tako i metalička i nemetalička prašina stvaraju koncentrirano električno polje, smanjujući napon nastanka iskora i raspadanja izolacije.

Stoga je ključno održavati čisto okruženje i jezgra tijekom proizvodnje transformatora, a mora se strogo kontrolirati prašina. Trebalo bi uspostaviti zatvorene radionice zaštite od prašine temeljeno na stupnju na koji proizvodi mogu biti utjeceni prašinom tijekom proizvodnje. Na primjer, tijekom ravnanja žica, pakiranja žica papirnatim omotačem, izrade navijanja, montaže navijanja, složenja jezgra, proizvodnje izolacijskih komponenti, montaže jezgra i završne obrade jezgra, apsolutno ne smiju ostati ili ulaziti strane tijela ili prašina.

4.2 Centralizirana obrada izolacijskih komponenti

Izolacijske komponente su posebno osjetljive na kontaminaciju metaličkom prašinom, jer je jednom kada se metalička prašina pridruži izolacijskim komponentama, izuzetno teško potpuno ukloniti. Stoga je nužna centralizirana obrada u izolacijskoj radionici, s posebnom mehaničkom obradom izolirane od drugih područja proizvodnje prašine.

4.3 Stroga kontrola nad burama silikatskih listova

Laminate jezgra transformatora stvaraju se putem longitudinalnih i transverzalnih rezanja, što neizborno stvara burine različitih stupnjeva. Ovi burini ne samo da uzrokuju kraće spojeve između lamina, formirajući unutarnje cirkularne struje koje povećavaju gubitke bez opterećenja, već i učinkovito povećavaju debljinu jezgra dok smanjuju stvaran broj laminata. Što je još važnije, tijekom montaže jezgra ili operacije pod vibracijom, burine mogu pasti na tijelo jezgra, uzrokujući iskor. Čak i burine koji padnu na dno rezervoara mogu se poravnati pod utjecajem električnog polja, uzrokujući iskor naponskog potencijala. Stoga se burine lamina jezgra trebaju smanjiti što je moguće više. Za proizvode od 110 kV, burine lamina ne smiju premašiti 0,03 mm; za proizvode od 220 kV, ne smiju premašiti 0,02 mm.

4.4 Hladni stisnuti terminali za povodnice

Korištenje hladnopresnih terminala za vodove je učinkovita mjera za smanjenje količine djelomičnog iscrpljenja. Spajanje fosforbronca proizvodi mnogo razlivenih čestica koje lako mogu pasti na tijelo jezgra i izolacijske komponente. Također, područje granice spajanja treba izolirati vlažnom asbestastom špagetom, što uvodi vlagu u izolaciju. Ako se vlažnost nakon obloženja izolacije potpuno ne ukloni, povećat će se količina djelomičnog iscrpljenja transformatora.

4.5 Zaobljavanje rubova komponenti

Zaobljavanje rubova komponenti služi dvama svrham: 1) Poboljšanje raspodjele električnog polja i povećanje napona iniciranja iscrpljenja. Stoga, metalne strukturne komponente u jezgru, poput klešta, povlačnih ploča, podnožja, okvira, pritiskalica, rubova izlaza, zidova izlaznih ulaznih otvora i magnetnih štitnih ploča unutar rezervoara trebaju sve dobiti zaobljene rubove. 2) Sprječavanje trenja koji proizvodi željezne prahove. Na primjer, kontaktne dijelove između otvora za dizanje kleštima i opasima ili kuka treba zaobliti.

4.6 Okruženje proizvoda i završna obrada jezgra tijekom finalne montaže

Nakon vakuumiranog sušenja jezgra, mora se provesti završna obrada jezgra prije instalacije rezervoara. Veći proizvodi s složenijim strukturama zahtijevaju duže vrijeme obrade. Budući da se pritiskanje jezgra i zatezanje fiksatora vrši dok je jezgro izloženo zraku, može doći do apsorpcije vlage i kontaminacije prašnjaka tijekom ovog perioda. Stoga, završna obrada jezgra mora se provesti u prstokrnog prostoru. Ako vrijeme obrade (ili vrijeme izloženosti zraku) premaši 8 sati, potrebno je ponovno sušenje.

Nakon završne obrade jezgra, instalira se gornji dio rezervoara, zatim se provodi vakuumiranje i punjenje uljem. Budući da izolacija jezgra apsorbira vlagu tijekom faze obrade, potrebno je dehumidificirati tretman, što se postiže vakuumiranjem proizvoda. To je važna mjera za osiguranje izolacijske čvrstoće visokonaponskih proizvoda. Vakuumski nivo određuje se na temelju vlagoznosti jezgra i okruženja te standarda sadržaja vlažnosti, dok se trajanje vakuumiranja određuje na temelju vremena izlaska iz pećnice, temperature okruženja i vlagoznosti.

4.7 Punjenje uljem pod vakuumom

Cilj punjenja uljem pod vakuumom jest eliminirati mrtve zone u izolacijskoj strukturi transformatora putem vakuumiranja, potpuno istrgnuti zrak, a zatim puniti transformator uljem pod vakuumskim uvjetima kako bi se osigurala potpuna impregnacija jezgra. Nakon punjenja uljem, transformatori moraju stajati najmanje 72 sata prije testiranja, jer stupanj impregnacije materijala izolacije ovisi o debljini materijala izolacije, temperaturi ulja i vremenu zamakanja. Bolja impregnacija smanjuje mogućnost iscrpljenja, što čini dovoljno dugo stajanje ključnim.

4.8 Sigurnost rezervoara i komponenti

Kvaliteta sigurnosnih struktura direktno utječe na curenje transformatora. Ako postoje točke curenja, vlažnost neizbježno će ući u unutrašnjost transformatora, uzrokujući da transformator ulje i druge izolacijske komponente apsorbiraju vlagu - to je jedan faktor koji uzrokuje djelomično iscrpljenje. Stoga, mora se jamčiti razuman stupanj sigurnosti.