Μερική εκκένωση σε μετασχηματιστές εμβαπτισμένους σε λάδι: Φύση και συχνές αιτίες υπερβολικών επιπέδων PD

01 Εισαγωγή

Μερική εκκένωση (PD) σε βυθισμένο σε λάδι Μετασχηματιστές ισχύος παραμένει μια παγκοσμίως αναγνωρισμένη πρόκληση στον κλάδο των μετασχηματιστών. Πολλοί κατασκευαστές έχουν υποστεί σημαντικές απώλειες λόγω βλαβών που σχετίζονται με την Παραγωγή Μετασχηματιστών.

Υπερβάσεις της PD ενδέχεται να προκύψουν κατά τη διάρκεια εργοστασιακών δοκιμών, επιθεωρήσεων από τρίτους ή σε εγκαταστάσεις πελατών. Ο εντοπισμός πηγών PD είναι συχνά σαν να «βρίσκεις βελόνα στα άχυρα», οδηγώντας σε επαναλαμβανόμενες εργασίες που διαρκούν ημέρες ή και μήνες, προκαλώντας σημαντικές απώλειες στην ποιότητα για τους κατασκευαστές ή τους τελικούς χρήστες.

Συνεπώς, η επιστημονική διάγνωση και ο γρήγορος εντοπισμός των αιτιών της υπερβολικής Πάρκινσον είναι κρίσιμης σημασίας.

02 Ορισμός και Φύση

Ενώ δεν υπάρχει επίσημος ορισμός, ο συγγραφέας ορίζει την Πάρκινσον ως:
[Εκφόρτιση που συμβαίνει σε εντοπισμένες θέσεις εντός ενός μετασχηματιστή και δεν έχει ακόμη προκαλέσει άμεση βλάβη στη μόνωση ή υπερθέρμανση.]

Τα σενάρια PD ποικίλλουν σημαντικά, αλλά έχουν μια κοινή ουσία:
[Δομικά, υλικά ή κατασκευαστικά ελαττώματα στο σύστημα μόνωσης προκαλούν εντοπισμένη παραμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου που υπερβαίνει τη διηλεκτρική αντοχή σε αυτό το σημείο, με αποτέλεσμα επαναλαμβανόμενη, μικροκλίμακας, μη διεισδυτική διάσπαση ιονισμού.]

Με λίγα λόγια, η φύση της PD έγκειται στην εντοπισμένη συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου που υπερβαίνει την ένταση του πεδίου έναρξης της PD.

03 Πρωτογενείς αιτίες

Με βάση τους μηχανισμούς PD, οποιοσδήποτε παράγοντας που προκαλεί υπερβολικά τοπικά ηλεκτρικά πεδία μπορεί να προκαλέσει υπερβάσεις PD.

3.1 Τοποθεσίες PD
Η PD μπορεί να προέρχεται από:

Δακτύλιοι

 

Μετατροπείς τάσης OLTC/DETC

 

Υποψήφιοι πελάτες

 

Περιελίξεις

 

Στοιχεία γείωσης

 

Επιφάνειες μόνωσης/εσωτερικά ελαττώματα

 

Λάδι μετασχηματιστή

Οι πιο ευάλωτες τοποθεσίες:Κενά αέρα σε στερεά μόνωση ή φυσαλίδες αερίου σε λάδι.
Λόγος:Υπό τάση τάσης, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη διηλεκτρική σταθερά (ε).

Paper insulation ε ≈ 4.4

 

Air voids ε ≈ 2.0
→ Τα κενά αέρα έχουν ≈2,2× υψηλότερη ένταση πεδίου.
Με χαμηλή αντοχή σε διάσπαση (AC ≈2kV/mm), τα κενά/φυσαλίδες γίνονται αδύνατα σημεία για την έναρξη της PD.

3.2 Τύποι PD
Συνήθεις τύποι PD σε Μετασχηματιστής εμβαπτισμένος σε λάδιμικρό:

Εκκένωση φυσαλίδων αερίου

 

Απόρριψη που προκαλείται από υγρασία(μόνωση υγρασίας)

 

Απότομη εκκένωση ηλεκτροδίου(άκρες ηλεκτροδίων υψηλής τάσης/γείωσης)

 

Πλωτή εκκένωση δυναμικού

 

Σφηνοειδής εκκένωση κενού λαδιού

 

Απόρριψη από μεταλλικά/ρυπαντικά σωματίδια

 

Ελαττώματα κόλλας(υπερβολική/κακής ποιότητας κόλλα στις πλάκες σύσφιξης/δακτυλίους στερέωσης)

Βασική Επισκόπηση:

Οι υπερβάσεις του PD σπάνια σχετίζονται με τον σχεδιασμό (πιθανότητα ≈0,5%).
Το 95%+ οφείλεται σε ελαττώματα υλικού, διαδικασίας ή κατασκευής.

Λογική:Όταν οι υπερτάσεις (LI, LIC, SI, LTAC) μετατρέπονται σε ισοδύναμη τάση αντοχής συχνότητας ισχύος 1 λεπτού (Μετατροπή DIL), όλα υπερβαίνουν την τάση δοκιμής PD (IVPD). Η κύρια/διαμήκης μόνωση έχει σχεδιαστεί για το σενάριο υψηλότερης υπέρτασης.

Οχι.	Τύπος PD	Τοποθεσία	Μηχανισμός	Συνήθεις περιπτώσεις
1	Αιχμηρή εκκένωση ηλεκτροδίου	Μέρη σύσφιξης, δεξαμενή, ανυψούμενος δακτύλιος, ακροδέκτες πτύχωσης μολύβδου	Μικρή ακτίνα καμπυλότητας → υψηλή πυκνότητα φορτίου → ακραία συγκέντρωση πεδίου	Μη θωρακισμένα μπουλόνια κοντά σε ηλεκτρόδια υψηλής τάσης· αιχμηρές άκρες σε μαγνητική θωράκιση
2	Φυσαλίδα αερίου/εκκένωση κενού	Φυσαλίδες σε λάδι / κενά σε στερεά μόνωση	Χαμηλή διηλεκτρική σταθερά (ε≈1) → υψηλή τάση πεδίου + χαμηλή αντοχή σε διάσπαση (2kV/mm)	Ατελές κενό αέρος· γρήγορη πλήρωση λαδιού· υπερβολική/κακή κόλλα στους δακτυλίους των άκρων/σφαίρες εξισορρόπησης
3	Απόρριψη που προκαλείται από υγρασία	Περιελίξεις, μόνωση πυρήνα, αγωγοί	Η υγρασία μειώνει τη διηλεκτρική αντοχή κατά 60-70%	Ανεπαρκής ξήρανση πυρήνα· υπερβολική έκθεση στον ατμοσφαιρικό αέρα κατά τη συναρμολόγηση
4	Πλωτή Δυναμική Εκκένωση	Πρεσαριστό χαρτόνι, στηρίγματα μολύβδου, μαγνητικές διακλαδώσεις	Συσσώρευση φορτίου → ξαφνικός παλμός εκφόρτισης	Μη γειωμένη μαγνητική θωράκιση· κακώς συνδεδεμένοι ηλεκτροστατικοί δακτύλιοι
5	Απόρριψη ρύπων	Νερό/ίνες/μεταλλικά σωματίδια σε λάδι	Η παραμόρφωση πεδίου + το νερό αυξάνουν την τάση πεδίου 2,9×	Ανεπαρκής διήθηση λαδιού· μολυσμένος πυρήνας· εισροή υγρασίας

04 Προοπτικές

Η κατανόηση των συνηθισμένων τύπων, μηχανισμών, τοποθεσιών και μελετών περιπτώσεων Πάρκινσον είναι απαραίτητη για την στοχευμένη αντιμετώπιση προβλημάτων.

Σε συνδυασμό με τις αρχές σύνδεσης μετασχηματιστών, τον δομικό σχεδιασμό, τα χαρακτηριστικά κυματομορφής PD, τον εντοπισμό πολικότητας και τις διαγνωστικές δοκιμές, αυτή η γνώση επιτρέπει την ταχεία αναγνώριση της βασικής αιτίας και ελαχιστοποιεί τις απώλειες ποιότητας.