Az energiaellátó rendszerekben a transzformátorok az energiaátalakító és -átvitel központi berendezései, és szigetelési teljesítményük közvetlenül meghatározza az elektromos hálózat működésének stabilitását. A részleges kisülés (PD) egy "korai figyelmeztető jelzés" a transzformátorok szigetelésének romlására{1}}ez a fajta helyi ívkisülés, amely nem hatol át a szigetelésen, fokozatosan erodálja a szigetelőanyagot, és végül súlyos balesetekhez vezethet, például a szigetelés meghibásodásához és a berendezés kieséséhez.
A különböző szigetelési szerkezetű transzformátorok jelentős eltéréseket mutatnak a generálási mechanizmusban és a részleges kisülés fő indukáló tényezőiben. Ez a cikk az olaj-merített transzformátorokra és a száraz{2}} típusú transzformátorokra (amelyeket az epoxigyanta-öntvény típusa képvisel), ötvözve az ipari gyakorlatot és a műszaki elveket a részleges kisülés fő okainak mélyreható elemzése érdekében, szakmai referenciákat biztosítva a berendezések kiválasztásához, működéséhez és karbantartási teszteléséhez.
I. Száraz-típusú transzformátorok (epoxigyanta-öntvénytípus): a szigetelési hibák és a folyamatszabályozás a fő indukáló tényezők
A száraz{0}}típusú transzformátorok epoxigyantát és más szilárd szigetelőanyagokat használnak magnak, és széles körben használják sokemeletes épületekben, adatközpontokban és más forgatókönyvekben olyan előnyeik miatt, mint a tűzállóság, a karbantartás--mentes működés és a kis méret. Részleges kisülési problémáik főként két dimenzióban koncentrálódnak: a szigetelőanyag-hibák és az öntési/tekercselési folyamatok.
A száraz-típusú transzformátorok magszigetelő anyagai közé tartozik az epoxigyanta, Nomex papír, szigetelőkarton stb. Ha az anyag előállítása vagy kiválasztása nem megfelelő, könnyen keveredhet buborékokkal, szennyeződésekkel vagy mikrorepedések keletkezhetnek:
- Elektromos térkoncentrációt indukáló buborékok:A szilárd szigetelőanyagokban lévő maradék buborékok dielektromos állandója jóval alacsonyabb, mint az alap szigetelő közegé (pl. az epoxigyanta dielektromos állandója körülbelül 3,5, míg a levegőé csak 1,0). Az elektromos mező erősen koncentrálódik a buborékok belsejében. Ha az elektromos térerősség meghaladja az anyag tűrési küszöbét, a rendszer részleges kisülést vált ki. A hosszú távú kibocsátás fokozatosan növeli a buborékok térfogatát, ami szigetelési veszélyeket jelent;
- Az elektromos mező torzulását okozó szennyeződések:A szigetelőanyagban kevert fémtörmelék, por és egyéb szennyeződések a "csúcselektródához" hasonló szerkezetet alkotnak, megzavarják az elektromos tér egyenletes eloszlását, és a szennyeződés csúcsán helyi nagy térerősségű területet képeznek, koronakisülést indukálva;
- A mikrorepedések szigetelési veszélyei:Ha a feszültségoldás egyenetlen az anyag kikeményítése során, vagy mechanikai hatás éri a szállítás és a szerelés során, akkor szabad szemmel láthatatlan mikrorepedések keletkeznek. Az elektromos térkoncentráció hatása a repedéseknél szintén részleges kisülést vált ki, és a repedések a kisüléssel tovább terjednek, felgyorsítva a szigetelés öregedését.
A száraz{0}}transzformátorok részleges kisülésének megakadályozásának kulcsa a folyamatvezérlés. Bármely kapcsolat hanyagsága, mint például a tekercselés, a csomagolás, az öntés és a keményedés rejtett veszélyeket rejthet magában:
- A tekercsek rossz szigetelése:Laza szigetelőréteg a tekercselési rétegek és a fordulatok között, hézagokkal vagy ráncokkal. Ezek a rések helyi alacsony dielektromos állandójú területeket képeznek, amelyek az elektromos térkoncentráció "magas-kockázatú területeivé" válnak; ugyanakkor a csomagolás során keletkező ráncok egyenetlen szigetelésvastagsághoz vezetnek, tovább súlyosbítva az elektromos tér torzulását;
- A vezető feldolgozás hibái:El nem távolított sorja, éles sarkok vagy karcolások a vezető felületén. Nagy-feszültségű működési körülmények között az elektromos térerősség a csúcsoknál élesen megnő (a „koronakisülés” elvével összhangban), közvetlenül koronakisülést indukálva. A kisülés fokozatosan erodálja a vezető szigetelőrétegét, kiterjesztve a hibatartományt;
- Nem megfelelő feszültségkiegyenlítő kezelés:Az elektromos téreloszlás a transzformátor tekercsének végén természetesen egyenetlen. Ha nincs felszerelve feszültségkiegyenlítő gyűrű vagy feszültségkiegyenlítő lemez, vagy a feszültségkiegyenlítő szerkezet kialakítása nem ésszerű, akkor a végén az elektromos térerősség meghaladja a szigetelési tűréshatárt, ami túlzott részleges kisüléshez vezet. Ez szintén gyakori ösztönzés a száraz-típusú transzformátorok végén lévő részleges kisütésre;
- Nem megfelelő öntési és kikeményedési eljárások:Az epoxigyanta{0}}öntvénytranszformátorok alapvető folyamathibái két láncszemben összpontosulnak: a „gáztalanításban” és a „kikeményítésben”. A hiányos gáztalanítás miatt az epoxi keverékben lévő maradék gáz nem tud kiürülni, és a kikeményedés után belső buborékok képződnek (ez a száraz- típusú transzformátorok túlzott részleges kisülésének nagy-gyakori oka); míg a túl magas/alacsony kikeményedési hőmérséklet vagy a túl hosszú/rövid kötési idő a szigetelés tökéletlen kikeményedéséhez (reagálatlan epoxi monomerek maradványai) vagy feszültségkoncentrációhoz vezet, ami viszont mikrorepedéseket okoz, és károsítja a szigetelés integritását.
II. Olaj-Búvártranszformátorok: A szigetelőolaj állapota és az interfészhibák a fő kockázati pontok
Az olaj{0}}bemerült transzformátorok szigetelő olajból és szilárd szigetelésből (kartonból, olajjal-impregnált papírból) kombinált szigetelőrendszert alkalmaznak, és régóta elfoglalják az energiarendszerek fő transzformátorpiacát olyan előnyeik miatt, mint a nagy szigetelési szilárdság és a jó hőleadás. Részleges kisülési problémáik szorosan összefüggenek a szigetelőolaj állapotával és az olaj{3}}papír felület jellemzőivel, a fő indukáló tényezőkkel, beleértve a következő három kategóriát:
A szigetelőolaj nemcsak szigetelő közegként szolgál, hanem hőelvezető funkciót is ellát. Tisztasága és állapota közvetlenül befolyásolja a részleges kisülés kockázatát:
- Nedvesség és túlzott gáztartalom:Ha az olajba merült transzformátor nincs szorosan lezárva, a levegőben lévő nedvesség behatol a szigetelőolajba, ami jelentősen csökkenti az olaj áttörési feszültségét; ugyanakkor, ha az olajban oldott gázokat (például oxigént, hidrogént, metánt) nem távolítják el időben, apró buborékok képződnek az olajban. Ezek a buborékok hajlamosak kisülni az elektromos tér hatására, és a kisülés által generált gáz tovább növeli az olaj gáztartalmát, ördögi kört képezve;
- Szennyeződés szennyeződés:Ha a szigetelőolajat fémrészecskékkel, rostos szennyeződésekkel stb. keverik a gyártás, szállítás vagy üzemeltetés és karbantartás során, akkor az olajban egy „vezető csatorna” prototípusát képezi,-a szennyeződések adszorbeálják a töltéseket, az elektromos tér hatására irányulnak, felhalmozódnak az olaj és a szilárd szigetelés határfelületén, és részleges kisülést idéznek elő;
- Öregedés és az olajminőség romlása:Hosszan tartó-működés után a szigetelőolaj oxidációs reakciókon megy keresztül magas hőmérséklet és elektromos tér hatására, ami öregedési termékeket, például savakat, kolloidokat és iszapot termel. Ezek az anyagok csökkentik az olaj szigetelési teljesítményét, ugyanakkor kémiai reakcióba lépnek a szilárd szigetelőanyagokkal, károsítva az olaj{2}}papír felület szigetelési integritását, és feltételeket biztosítanak a részleges kiürítéshez.
Az olajba merülő{0}}transzformátorok szigetelési rendszere "szigetelőolajból + tömör kartonból" áll, és a kettő közötti interfész állapota kulcsfontosságú érzékeny terület a részleges kisüléshez:
- Interfész buborékok és rések:Ha a gáztalanítás nem teljes a transzformátorolaj feltöltésekor, vagy a szigetelőolaj melegítéskor kitágul, és működés közben lehűlve összehúzódik, apró rések vagy buborékok képződnek az olaj és a karton felületén. Az elektromos térkoncentráció hatása ezeken a területeken nagy valószínűséggel részleges kisülést vált ki;
- A karton nedvessége és öregedése:Szilárd szigetelőanyagként, ha a kartonpapír magába szívja a nedvességet (például a tömítés meghibásodása miatti esővíz beszivárgása), a szigetelési teljesítménye jelentősen csökken. Ugyanakkor a nedvesség elősegíti a kartonpapír öregedését és lebomlását, mikrorepedéseket és rosttörmeléket hozva létre. Ezek a hibák kisülést idéznek elő a határfelületen, és a kisülés felgyorsítja a karton elszenesítését, vezető csatornát képezve.
Az olajszigeteléssel és az interfészekkel kapcsolatos problémák mellett a helytelen szerkezeti tervezés és folyamatok részleges kisüléshez is vezethetnek az olajba merülő transzformátorokban:{0}}
- Laza tekercsrögzítés:Ha a tekercs lazán kötődik, a transzformátor működése közben fellépő elektromágneses rezgés a tekercs elmozdulását okozza, ami a rétegek és a menetek közötti szigetelésben hézagokat eredményez, és elektromos térkoncentrációt indukál;
- Fém alkatrészek kiálló hegyei:Ha éles sarkok, sorja vannak a fémkonzolokon, vezetékeken és egyéb alkatrészeken a transzformátor belsejében, vagy ezek helyzete a telepítés során eltolódik, nagyfeszültség alatt helyi nagy térerősségű területek alakulnak ki, koronakisülést indukálva;
- A tartály rossz tömítése:A tartály tömítésének meghibásodása nemcsak a nedvesség és a szennyeződések beszivárgásához vezet, hanem lehetővé teszi a levegő bejutását a tartályba, és buborékréteget képez az olajfelületen. Ezek a buborékok a részleges kisülés fontos forrásai.
III. Alapvető különbségek és megelőzés A részleges kisülés magja a két típusú transzformátor között
| Összehasonlítási dimenzió | Száraz-típusú transzformátorok (epoxigyanta-öntvény típus) | Olaj-merülő transzformátorok |
| Magszigetelő közeg | Szilárd szigetelés, például epoxigyanta, Nomex papír | Szigetelő olaj + olaj{1}}papír kompozit szigetelés |
| Fő kisülést indukáló tényezők | Belső buborékok az anyagokban, folyamathibák (öntés/tekercselés) | Szigetelőolaj károsodása, olaj{0}}papír felületi hibái |
| Érzékeny területek | Tekercsvégek, az öntvénytest belsejében, vezetőcsúcsok | Olaj-papír felület, buborékok az olajban, légrés a tartály tetején |
| Megelőzés magja | Anyagtisztaság ellenőrzés, finomított eljárások (gáztalanítás/keményítés/csomagolás), feszültségkiegyenlítő szerkezet optimalizálása | Szigetelő olaj tisztítás (gáztalanítás/víztelenítés/szennyeződés eltávolítás), tömítésvédelem, interfész állapotfigyelés |
IV. Iparági betekintés: Korai észlelés, valamint üzemeltetési és karbantartási javaslatok a részleges kisütéshez
A részleges kisülés veszélye az "elrejtettségben" rejlik,-a kezdeti kisülési intenzitás alacsony, nincsenek nyilvánvaló külső jellemzők, de a hosszú távú felhalmozódás a szigetelés visszafordíthatatlan romlásához vezet. Ezért mind az olajos-merített, mind a száraz- típusú transzformátoroknak fontosnak kell lenniük a korai felismerésnek, valamint a működés és a karbantartás ellenőrzésének:
- Rendszeres tesztelés: Használjon online részleges kisülésfigyelő rendszereket (például ultrahangos tesztelést, ultra{0}}nagyfrekvenciás tesztelést) a kisülési jelek valós idejű rögzítéséhez és a hibák helyének pontos meghatározásához;
- Anyag- és folyamatellenőrzés: A termékek kiválasztásakor előnyben részesítse a teljes képesítéssel és kiforrott folyamatokkal rendelkező gyártókat, különös tekintettel a szigetelőanyag tisztaságára és a folyamatvizsgálati jelentésekre;
- Üzemeltetési és karbantartási védelem: Az olajba merülő -transzformátorok esetében rendszeresen ellenőrizze az olyan mutatókat, mint a nedvesség, a gáztartalom és a szigetelőolaj dielektromos vesztesége, és időben végezze el a szűrést és a tisztítást; száraz-típusú transzformátorok esetén kerülje a mechanikai behatásokat, rendszeresen tisztítsa meg a felületi port, és akadályozza meg a szigetelés felületének kúszását;
- Környezetvédelem: Kerülje a transzformátorok magas páratartalmú, túlzott poros és korrozív gázok környezetben történő üzemeltetését. A száraz-típusú transzformátoroknak jó szellőzést és hőelvezetést kell biztosítaniuk, hogy megakadályozzák a szigetelés túlmelegedését és öregedését.
Következtetés: A részleges kisülés a transzformátor szigetelési rendszerének "láthatatlan gyilkosa", okai szorosan összefüggenek a berendezés típusával, a szigetelés szerkezetével és a folyamat szintjével. Az olajos-merült és száraz- típusú transzformátorok részleges kisütési jellemzőinek elsajátítása, valamint a tudományos termékválasztás, a finomított folyamatszabályozás és a rendszeres tesztelés révén csökkenthető a forrásból származó kisülési kockázat, és biztosítható az energiarendszer biztonságos és stabil működése.
