У електроенергетским системима, трансформатори служе као основна опрема за конверзију и пренос енергије, а њихов изолациони учинак директно одређује стабилност рада електроенергетске мреже. Делимично пражњење (ПД) је „сигнал раног упозорења“ за деградацију изолације трансформатора-овај тип локалног лучног пражњења који не продре у изолацију постепено ће еродирати изолациони материјал и на крају може довести до озбиљних несрећа као што су квар изолације и нестанак опреме.
Трансформатори са различитим изолационим структурама имају значајне разлике у механизму генерисања и кључним индукујућим факторима делимичног пражњења. Овај чланак се фокусира на трансформаторе-уроњене у уље и трансформаторе сувог-типа (представљаних од епоксидне смоле-типа), комбинујући индустријску праксу и техничке принципе за дубинску анализу основних узрока делимичног пражњења, пружајући професионалне референце за избор опреме, тестирање рада и одржавања.
И. Трансформатори сувог{1}}типа (тип ливеног од епоксидне смоле-): Дефекти изолације и контрола процеса су кључни фактори који изазивају
Трансформатори сувог{0}}типа узимају епоксидну смолу и друге чврсте изолационе материјале као језгро и широко се користе у високим-зградама, центрима података и другим сценаријима због својих предности као што су отпорност на ватру, рад без одржавања-и мале величине. Њихови проблеми са делимичним пражњењем углавном су концентрисани у две димензије: дефекти изолационог материјала и процеси ливења/намотавања.
Изолациони материјали језгра трансформатора сувог{0}}типа укључују епоксидну смолу, Номек папир, изолациони картон итд. Ако је производња или избор материјала неправилан, лако се меша са мехурићима, нечистоћама или ствара микропукотине:
- Мехурићи који изазивају концентрацију електричног поља:Преостали мехурићи у чврстим изолационим материјалима имају диелектричну константу много нижу од оне у основном изолационом медијуму (нпр. диелектрична константа епоксидне смоле је око 3,5, док је диелектрична константа ваздуха само 1,0). Електрично поље ће бити високо концентрисано унутар мехурића. Када јачина електричног поља премаши праг толеранције материјала, покренуће се делимично пражњење. Дуготрајно{7}}пражњење ће постепено проширити запремину мехурића, стварајући опасности од изолације;
- Нечистоће које изазивају изобличење електричног поља:Метални остаци, прашина и друге нечистоће помешане у изолационом материјалу ће формирати структуру сличну „електроди на врху“, нарушавајући равномерну дистрибуцију електричног поља и формирајући локалну област високе јачине поља на врху нечистоће, изазивајући коронско пражњење;
- Опасности од микропукотина у изолацији:Ако је ослобађање напрезања неравномерно током очвршћавања материјала, или ако дође до механичког удара током транспорта и уградње, настаће микропукотине које су невидљиве голим оком. Ефекат концентрације електричног поља на пукотинама ће такође покренути делимично пражњење, а пукотине ће наставити да се шире са пражњењем, убрзавајући старење изолације.
Контрола процеса је кључна за спречавање делимичног пражњења у трансформаторима сувог{0}}типа. Немар у вези са било којом карицом као што је намотавање, умотавање, ливење и очвршћавање може оставити скривене опасности:
- Лоша изолација омотача намотаја:Лабав изолациони омотач између слојева намотаја и завоја, са празнинама или борама. Ови празнини ће формирати локалне области ниске диелектричне константе, постајући „подручја-високог ризика“ за концентрацију електричног поља; у исто време, боре настале током умотавања ће довести до неуједначене дебљине изолације, додатно погоршавајући изобличење електричног поља;
- Дефекти у обради проводника:Неуклоњене неравнине, оштри углови или огреботине на површини проводника. У радним условима високог{1}}напона, јачина електричног поља на врховима ће се нагло повећати (у складу са принципом „коронског пражњења“), директно индукујући коронско пражњење. Пражњење ће постепено еродирати слој изолације проводника, проширујући опсег дефеката;
- Неадекватан третман за изједначавање напона:Расподела електричног поља на крају намотаја трансформатора је природно неуједначена. Ако није инсталиран прстен за изједначавање напона или плоча за изједначавање напона, или је дизајн структуре за изједначавање напона неразуман, јачина електричног поља на крају ће премашити границу толеранције изолације, што ће довести до прекомерног делимичног пражњења. Ово је такође уобичајена индукција за делимично пражњење на крају трансформатора сувог-типа;
- Неправилни процеси ливења и очвршћавања:Основни дефекти процеса ливених трансформатора од епоксидне смоле-концентрисани су у две везе: „дегасирање“ и „очвршћавање“. Непотпуно отпуштање гаса ће довести до тога да се преостали гас у мешавини епоксида неће моћи испразнити, формирајући унутрашње мехуриће након очвршћавања (ово је високо-чести узрок прекомерног делимичног пражњења у трансформаторима сувог-типа); док ће претерано висока/ниска температура очвршћавања или претерано дуго/кратко време очвршћавања довести до непотпуног очвршћавања изолације (заостали неизреаговани епоксидни мономери) или концентрације напрезања, што заузврат ствара микропукотине и оштећује интегритет изолације.
ИИ. Трансформатори потопљени у уље-: стање изолационог уља и дефекти на интерфејсу су главне тачке ризика
Уљни-уроњени трансформатори усвајају комбиновани изолациони систем изолационог уља и чврсте изолације (картон,-папир импрегниран уљем), и дуго су заузимали главно тржиште трансформатора у енергетским системима због својих предности као што су висока чврстоћа изолације и добро расипање топлоте. Њихови проблеми са делимичним пражњењем су уско повезани са стањем изолационог уља и карактеристикама интерфејса уља-папир, са основним факторима индукције који укључују следеће три категорије:
Изолационо уље не служи само као изолациони медиј, већ преузима и функцију одвођења топлоте. Његова чистоћа и стање директно утичу на ризик од делимичног пражњења:
- Влага и прекомерни садржај гаса:Ако трансформатор{0}}уроњен у уље није добро затворен, влага из ваздуха ће продрети у изолационо уље, што ће значајно смањити пробојни напон уља; у исто време, ако се растворени гасови у уљу (као што су кисеоник, водоник, метан) не уклоне благовремено, у уљу ће се формирати ситни мехурићи. Ови мехурићи су склони пражњењу под дејством електричног поља, а гас настао пражњењем ће додатно повећати садржај гаса у нафти, формирајући зачарани круг;
- Контаминација нечистоћама:Ако се изолационо уље помеша са металним честицама, нечистоћама влакана, итд. током производње, транспорта или рада и одржавања, оно ће формирати прототип „проводног канала“ у уљу-нечистоће ће адсорбовати наелектрисања, кретати се у правцу под дејством електричног поља, акумулирати на интерфејсу између уља и чврсте изолације и индуковати делимично пражњење;
- Старење и погоршање квалитета уља:После-дуготрајног рада, изолационо уље ће бити подвргнуто реакцијама оксидације под дејством високе температуре и електричног поља, стварајући производе старења као што су киселине, колоиди и муљ. Ове супстанце ће смањити перформансе изолације уља, а истовремено ће хемијски реаговати са чврстим изолационим материјалима, оштећујући интегритет изолације уљног{2}}папирног интерфејса и обезбеђујући услове за делимично пражњење.
Изолациони систем уљних-трансформатора се састоји од „изолационог уља + чврст картон“, а стање интерфејса између њих је кључна осетљива област за делимично пражњење:
- Интерфејс мехурићи и празнине:Ако је отпуштање гаса непотпуно током пуњења трансформаторског уља, или се изолационо уље шири када се загрева и скупља када се хлади током рада, на граници између уља и картона ће се формирати мале празнине или мехурићи. Ефекат концентрације електричног поља у овим областима ће врло вероватно изазвати делимично пражњење;
- Влага и старење картона:Као чврсти изолациони материјал, ако картон упија влагу (као што је инфилтрација кишнице због квара заптивке), његове изолационе перформансе ће бити значајно смањене. Истовремено, влага ће подстаћи старење и деградацију картона, стварајући микропукотине и остатке влакана. Ови дефекти ће изазвати пражњење на интерфејсу, а пражњење ће убрзати карбонизацију картона, формирајући проводни канал.
Поред проблема са изолационим уљем и интерфејсом, неправилна конструкција и процеси такође могу довести до делимичног пражњења у-уронираним трансформаторима:
- Лабава фиксација намотаја:Ако је намотај лабаво везан, електромагнетне вибрације током рада трансформатора ће изазвати померање намотаја, што ће резултирати празнинама у изолацији између слојева и завоја, и индукујући концентрацију електричног поља;
- Избочени врхови металних компоненти:Ако постоје оштри углови, неравнине на металним држачима, проводницима и другим компонентама унутар трансформатора, или су њихови положаји померени током инсталације, под високим напоном ће се формирати локалне области велике јачине поља, изазивајући коронско пражњење;
- Лоше заптивање резервоара:Неуспех заптивања резервоара не само да ће довести до инфилтрације влаге и нечистоћа, већ ће и омогућити да ваздух уђе у резервоар, формирајући слој мехурића на површини уља. Ови мехурићи су важни извори делимичног пражњења.
ИИИ. Основне разлике и превенција Језгро делимичног пражњења између два типа трансформатора
| Димензија поређења | Трансформатори сувог-типа (тип ливеног од епоксидне смоле-) | Уљни-уроњени трансформатори |
| Средња изолација језгра | Чврста изолација као што је епоксидна смола, Номек папир | Изолационо уље + уље-композитна изолација од папира |
| Главни фактори који изазивају пражњење | Унутрашњи мехурићи у материјалима, дефекти процеса (ливање/намотавање) | Пропадање изолационог уља, дефекти интерфејса уља{0}}папир |
| Осетљива подручја | Крајеви намотаја, унутар ливеног тела, врхови проводника | Интерфејс за уље{0}}папир, мехурићи у уљу, ваздушни отвор на врху резервоара |
| Превентион Цоре | Контрола чистоће материјала, рафинирани процеси (дегазирање/очвршћавање/уматање), оптимизација структуре изједначавања напона | Пречишћавање изолационог уља (дегазација/дехидрација/уклањање нечистоћа), заштита заптивања, праћење стања интерфејса |
ИВ. Инсигхтс Инсигхтс: Рано откривање и предлози за рад и одржавање за делимично пражњење
Опасност од делимичног пражњења лежи у његовом „прикривању“-почетног интензитета пражњења је низак, без очигледних спољашњих карактеристика, али дуго-акумулација ће довести до неповратне деградације изолације. Због тога би трансформатори типа уљног-уроњеног и сувог-типа требало да придају значај раном откривању и контроли рада и одржавања:
- Редовно тестирање: Усвојите онлајн системе за надгледање делимичног пражњења (као што су ултразвучно тестирање, ултра-тестирање високе фреквенције) да бисте ухватили сигнале пражњења у реалном времену и прецизно лоцирали дефектне позиције;
- Контрола материјала и процеса: Дајте приоритет произвођачима са потпуним квалификацијама и зрелим процесима при одабиру производа, фокусирајући се на чистоћу изолационог материјала и извештаје о испитивању процеса;
- Заштита при раду и одржавању: За трансформаторе{0}}уроњене у уље, редовно тестирајте индикаторе као што су влага, садржај гаса и диелектрични губитак изолационог уља, и вршите филтрацију и пречишћавање на време; за трансформаторе сувог{1}}типа избегавајте механичке ударе, редовно чистите површинску прашину и спречите пузање површине изолације;
- Контрола животне средине: Избегавајте рад трансформатора у окружењима са високом влажношћу, прекомерном прашином и корозивним гасовима. Трансформатори сувог{1}}типа треба да обезбеде добру вентилацију и расипање топлоте како би спречили прегревање и старење изолације.
Закључак: Делимично пражњење је „невидљиви убица“ изолационог система трансформатора, а његови узроци су уско повезани са врстом опреме, структуром изолације и нивоом процеса. Овладавање карактеристикама делимичног пражњења уљних-уроњених и сувих- трансформатора, и кроз научни избор производа, префињену контролу процеса и редовно тестирање, може смањити ризик од пражњења из извора и обезбедити безбедан и стабилан рад електроенергетског система.
