8 ključne mere za smanjenje delimičnog iskapanja u transformatorima snage

Rastuće zahteve za sisteme hlađenja transformatora i funkcija hladnjaka

Sa brzim razvojem električnih mreža i povećanjem naponskih nivoa prijenosa, električne mreže i korisnici električne energije sve više zahtevaju visoku pouzdanost izolacije za velike transformatore. Budući da ispitivanje parcijalne raspršenosti nije destruktivno za izolaciju, ali je vrlo osetljivo, efikasno detektuje ugrađene defekte u izolaciji transformatora ili one koji nastaju tokom transporta i instalacije, na-mjesto ispitivanje parcijalne raspršenosti dobio je široku primenu. Smešteno je kao obavezni testni predmet za komisijonsko upotrebljanje transformatora sa naponskim nivoom od 72,5 kV i više.

1. Parcijalna raspršenost i njen princip

Parcijalna raspršenost, takođe poznata kao elektrostaticka jonizacija, odnosi se na protok elektrostatičkih nabojki. Pod određenim primjenjenim naponom, elektrostatičke nabojke prvo podlegavaju jonizaciji na mestima sa slabijom izolacijom u zonama s jačim električnim poljem, bez dovodnje do potpune ruševine izolacije. Ovaj fenomen protoka elektrostatičkih nabojki naziva se parcijalna raspršenost. Parcijalna raspršenost koja se dešava u blizini vodilaca okruženih gasom naziva se korona.

Parcijalna raspršenost je električna raspršenost koja se javlja na lokalizovanim pozicijama unutar interne izolacije transformatora. Budući da je raspršenost lokalizovana i ima nisku energiju, ne dovodi direktno do potpune ruševine interne izolacije.

Za ispitivanje parcijalne raspršenosti transformatora, Kina je inicijalno implementirala zahteve samo za transformatore sa naponskim nivoom od 220kV i više. Kasnije, novi IEC standard utvrđuje da se merenje parcijalne raspršenosti treba izvršiti kada maksimalni radni napon opreme Um ≥ 126kV. Nacionalni standard takođe navodi da za transformatore sa maksimalnim radnim naponom Um ≥ 72,5kV i nominalnom snalom P ≥ 10.000kVA, treba izvršiti merenje parcijalne raspršenosti, osim ako se drugačije dogovori.

Metod ispitivanja parcijalne raspršenosti prati odredbe iz GB1094.3-2003, sa standardnim ograničenjem koje ne prelazi 500pC. Međutim, u stvarnim ugovorima, klijenti često zahtevaju ograničenja od ≤300pC ili ≤100pC. Takvi tehnički sporazumi zahtevaju od proizvođača transformatora održavanje viših tehničkih standarda proizvoda.

2. Opasnosti parcijalne raspršenosti

Težina opasnosti parcijalne raspršenosti vezana je za njene uzroke, lokaciju, kao i nivo naponova početka i završetka. Viši naponi početka i završetka znače manju opasnost, a obrnuto. U pogledu karakteristika raspršenja, raspršenja koja utiču na čvrstu izolaciju predstavljaju najveću opasnost za transformatore, smanjujući čvrstu izolaciju ili čak dovodeći do oštećenja.

3. Uzroci parcijalne raspršenosti

Faktori koji dovode do parcijalne raspršenosti uključuju nedovoljnu razmatranja dizajna, ali najčešće proizilaze iz procesa proizvodnje:

• Ostre ivice i rezidua na komponentama koje deformišu električno polje i smanjuju napon početka raspršenja;

• Strane tvari i prašina koje dovode do koncentracije električnog polja, što može dovesti do korona raspršenja ili raspršenja ruševine pod vanjskim električnim poljima;

• Vlažnost ili mehaničke bubrege. Zbog nižeg dielektričnog koeficijenta vode i zraka, raspršenje se najpre javlja pod uticajem električnog polja;

• Loš kontakt suspendovanih metalnih strukturnih komponenata formira koncentraciju polja ili dovodi do raspršenja iskra.

4. Mere za smanjenje parcijalne raspršenosti

4.1 Kontrola prašine

Među faktorima koji dovode do parcijalne raspršenosti, strane tvari i prašina su izuzetno važni pokretači. Rezultati ispitivanja pokazuju da metalički čestice veće od 1,5μm mogu pod uticajem električnog polja proizvesti količinu raspršenja daleko iznad 500pC. I metalička i nemetalička prašina stvaraju koncentrisana električna polja, smanjujući napon početka raspršenja i napon ruševine izolacije.

Stoga je ključno održavati čisto okruženje i telo transformatora tokom proizvodnje, a mora se implementirati stroga kontrola prašine. Treba formirati zatvorene prašinsko-zashtićene radne prostore u skladu sa stepenom na koji proizvodi mogu biti uticani od prašine tokom proizvodnje. Na primer, tokom ravnanja žica, pakovanja žica papirnatim omotačem, izrade zavojnika, montaže zavojnika, složenja jezgra, proizvodnje izolacionih komponenata, montaže jezgra i završne obrade jezgra, apsolutno ne smiju ostati ili uneti strane tvari ili prašina.

4.2 Centralizovana obrada izolacionih komponenata

Izolacioni komponenti su posebno osetljivi na kontaminaciju metaličkom prašinom, jer je jednom kada se metalička prašina lepi na izolacione komponente, izuzetno teško potpuno je ukloniti. Stoga je neophodna centralizovana obrada u izolacionom radnom prostoru, sa posebnom mehaničkom obradnom zonom izolovanom od drugih zona koje proizvode prašinu.

4.3 Stroga kontrola rezidua silikatne čelike

Lamela jezgra transformatora formirana je longitudinalnim i transverzalnim rezanjem, što neizbežno stvara rezidua različitih stepena. Ovi rezidui ne samo da dovode do kratkog spoja između lamela, formirajući unutrašnje cirkulacione struje koje povećavaju gubitke bez opterećenja, već i efektivno povećavaju debljinu jezgra dok smanjuju stvaran broj lamela. Što je još važnije, tokom montaže jezgra ili rada pod vibracijom, rezidui mogu pasti na telo jezgra, dovodeći do raspršenja. Čak i rezidui koji padnu na dno rezervoara mogu se poravnati pod uticajem električnog polja, dovodeći do raspršenja na nivou potencijala zemljišta. Stoga bi se rezidui na lamelama jezgra trebalo smanjiti koliko god je moguće. Za proizvode 110kV, rezidui na lamelama ne bi trebalo da premašuju 0,03mm; za proizvode 220kV, ne bi trebalo da premašuju 0,02mm.

4.4 Hladno presni terminali za vodove

Korišćenje hladnopresnih terminala za vodove predstavlja efikasan sredstvo za smanjenje količine delimičnih rasipanja. Spajanje fosfor-bronza proizvodi mnogo razbacanih čestica koje lako mogu da se rasporede na telo jezgra i izolacione komponente. Takođe, granica spajanja zahteva izolaciju vodenom asbestnom špagetom, što dovodi do unosa vlage u izolaciju. Ako se vlaga nakon obavijanja izolacije potpuno ne ukloni, povećat će se količina delimičnog rasipanja transformatora.

4.5 Zaobljavanje ivica komponenti

Zaobljavanje ivica komponenti ima dve svrhe: 1) Poboljšanje raspodele električnog polja i povećanje napona pojavljivanja rasipanja. Stoga, sve metalne strukturne komponente u jezgru, kao što su klešta, povlačne ploče, podnožja, zglobi, premaže, izlazne ivice, stene izlaza bušenja, te magnetna štitna ploča unutrašnjih zidova rezervoara, treba da podnesu zaobljavanje ivica. 2) Sprječavanje trenja koje proizvodi željezne prahove. Na primjer, kontaktne dijelove između otvora za dizanje kleštama i konopcu ili kuka treba zaobliti.

4.6 Okruženje proizvoda i završna obrada jezgra tijekom finalne montaže

Nakon vakuumiranog sušenja jezgra, mora se izvršiti završna obrada jezgra prije instalacije rezervoara. Veći proizvodi sa složenijom strukturom zahtevaju duže vrijeme obrade. Budući da se pritiskanje jezgra i zatezanje fiksatora vrše dok je jezgro izloženo vazduhu, može doći do apsorpcije vlage i kontaminacije prašinom tijekom ovog perioda. Stoga, završnu obradu jezgra mora se izvršiti u prazninskoj zoni. Ako vrijeme obrade (ili vrijeme izlaganja vazduhu) premaši 8 sati, potrebno je ponovno sušenje.

Nakon završne obrade jezgra, instalira se gornji deo rezervoara, a zatim se vrši vakuumiranje i punjenje uljem. Budući da izolacija jezgra apsorbira vlagu tijekom faze obrade, potrebno je provesti dehumidifikaciju, koja se postiže vakuumiranjem proizvoda. To je važna mera kako bi se osigurala izolacijska čvrstoća visokonaponskih proizvoda. Nivo vakuma se određuje na osnovu vlagoće jezgra i okruženja, kao i standarda sadržaja vlage, dok se trajanje vakuma određuje na osnovu vremena izlaska iz pećnice, temperature okruženja i vlagoće.

4.7 Vakuumsko punjenje uljem

Svrha vakuumskog punjenja uljem je eliminisanje mrtvih zona u izolacijskoj strukturi transformatora putem vakuumiranja, potpuno ispuštanje zraka, a zatim punjenje transformatorskim uljem pod vakuumskim uslovima kako bi se osigurala potpuna impregnacija jezgra. Nakon punjenja uljem, transformatori moraju stojeći ostati najmanje 72 sata prije testiranja, jer se stepen impregnacije materijala izolacije zasniva na debljini materijala izolacije, temperaturi ulja i vremenu potapanja. Bolja impregnacija smanjuje mogućnost rasipanja, što čini dovoljno dugo vreme stojećeg stanja neophodnim.

4.8 Sigurnost rezervoara i komponenti

Kvalitet sigurnosnih struktura direktno utiče na curenje transformatora. Ako postoje tačke curenja, neizbežno će vlaga ući u unutrašnjost transformatora, uzrokujući da transformatorsko ulje i druge izolacijske komponente apsorbiraju vlagu – to je jedan faktor koji dovodi do delimičnog rasipanja. Stoga, mora se garantovati ispravna sigurnosna performansa.