Wyładowania niezupełne w transformatorach zanurzonych w oleju: natura i najczęstsze przyczyny nadmiernych poziomów wyładowań niezupełnych

01 Wprowadzenie

Częściowe rozładowanie (PD) w zanurzonych w oleju Transformatory mocy pozostaje globalnie rozpoznawalnym wyzwaniem w branży transformatorowej. Wielu producentów poniosło znaczne straty z powodu awarii związanych z wyładowaniami niezupełnymi.

Przekroczenia wartości WN mogą wystąpić podczas testów fabrycznych, inspekcji przeprowadzanych przez podmioty zewnętrzne lub u klientów. Zlokalizowanie źródeł WN często przypomina „szukanie igły w stogu siana”, co prowadzi do przeróbek trwających dni, a nawet miesiące, a w konsekwencji do znacznych strat jakościowych dla producentów lub użytkowników końcowych.

Dlatego też niezwykle istotne jest naukowe diagnozowanie i szybkie identyfikowanie przyczyn nadmiernej choroby Parkinsona.

02 Definicja i natura

Chociaż nie istnieje oficjalna definicja, autor definiuje PD jako:
[Wyładowanie występujące w określonych miejscach transformatora, które nie spowodowało jeszcze natychmiastowego przebicia izolacji lub przeskoku.]

Scenariusze PD są bardzo zróżnicowane, ale mają jedną wspólną cechę:
[Wady strukturalne, materiałowe lub produkcyjne w systemie izolacyjnym powodują lokalne zniekształcenia pola elektrycznego przekraczające wytrzymałość dielektryczną w tym punkcie, co skutkuje powtarzającymi się, mikroskalowymi, niepenetrującymi przebiciami jonizacyjnymi.]

Krótko mówiąc, natura wyładowań niezupełnych polega na lokalnym natężeniu pola elektrycznego przekraczającym natężenie pola początkowego wyładowań niezupełnych.

03 Przyczyny pierwotne

Biorąc pod uwagę mechanizmy wyładowań niezupełnych, każdy czynnik powodujący nadmierne lokalne pola elektryczne może wywołać przekroczenia wyładowań niezupełnych.

3.1 Lokalizacje PD
Choroba Parkinsona może mieć swoje źródło w:

Tuleje

 

Przełączniki odczepów OLTC/DETC

 

Wskazówki

 

Uzwojenia

 

Elementy uziemiające

 

Powierzchnie izolacyjne/wady wewnętrzne

 

Olej transformatorowy

Najbardziej narażone miejsca:Pęcherzyki powietrza w izolacji stałej lub pęcherzyki gazu w oleju.
Powód:Pod wpływem napięcia natężenie pola elektrycznego jest odwrotnie proporcjonalne do stałej dielektrycznej (ε).

Izolacja papierowa ε ≈ 4,4

 

Pustki powietrzne ε ≈ 2,0
→ W pustkach powietrznych natężenie pola jest około 2,2× większe.
Przy niskiej wytrzymałości na przebicie (Prąd przemienny ≈2 kV/mm), pustki/pęcherzyki stają się słabymi punktami inicjacji PD.

3.2 Typy PD
Typowe typy PD w Transformator zanurzony w olejuS:

Wyładowanie pęcherzyków gazu

 

Wyładowanie wywołane wilgocią(izolacja przeciwwilgociowa)

 

Ostre wyładowanie elektrody(końcówki elektrod wysokiego napięcia/uziemienia)

 

Wyładowanie potencjału pływającego

 

Wypływ oleju w kształcie klina

 

Wyładowanie cząstek metalicznych/zanieczyszczających

 

Wady kleju(nadmierna ilość/kiepska jakość kleju w płytkach zaciskowych/pierścieniach końcowych)

Kluczowe spostrzeżenia:

Przekroczenia wartości PD rzadko są związane z projektem (prawdopodobieństwo ≈0,5%).
Ponad 95% wynika z wad materiałowych, procesowych lub produkcyjnych.

Racjonalne uzasadnienie:Gdy przepięcia (LI, LIC, SI, LTAC) zostaną przeliczone na równoważne napięcie wytrzymywane o częstotliwości sieciowej wynoszącej 1 minutę (Konwersja DIL), wszystkie przekraczają napięcie testowe PD (IVPD). Izolacja główna/wzdłużna jest zaprojektowana z myślą o najwyższym scenariuszu przepięciowym.

NIE.	Typ PD	Lokalizacja	Mechanizm	Typowe przypadki
1	Ostre wyładowanie elektrody	Części zaciskowe, zbiornik, tuleja wznosząca, zaciski kablowe	Mały promień krzywizny → duża gęstość ładunku → ekstremalne stężenie pola	Nieekranowane śruby w pobliżu elektrod wysokiego napięcia; ostre krawędzie na ekranowaniu magnetycznym
2	Wyładowanie pęcherzyków gazu/pustek	Bąbelki w oleju / pustki w izolacji stałej	Niska stała dielektryczna (ε≈1) → wysokie naprężenie polowe + niska wytrzymałość na przebicie (2 kV/mm)	Niepełna próżnia; szybkie napełnianie olejem; nadmierna/słaba przyczepność w pierścieniach końcowych/kulach wyrównujących
3	Wyładowanie wywołane wilgocią	Uzwojenia, izolacja rdzenia, przewody	Wilgoć zmniejsza wytrzymałość dielektryczną o 60-70%	Niedostateczne wysuszenie rdzenia; nadmierna ekspozycja na powietrze otoczenia podczas montażu
4	Pływające rozładowanie potencjału	Preszpan, podpory ołowiane, boczniki magnetyczne	Akumulacja ładunku → nagły impuls rozładowania	Nieuziemione ekranowanie magnetyczne; słabo połączone pierścienie elektrostatyczne
5	Zrzut zanieczyszczeń	Woda/włókna/cząstki metalu w oleju	Zniekształcenie pola + woda zwiększa naprężenie pola 2,9×	Niewłaściwa filtracja oleju; zanieczyszczony rdzeń; wnikanie wilgoci

04 Perspektywy

Zrozumienie typowych typów PD, mechanizmów, lokalizacji i studiów przypadków jest niezbędne do ukierunkowanego rozwiązywania problemów.

W połączeniu z zasadami podłączania transformatorów, projektem konstrukcyjnym, charakterystyką przebiegu wyładowań niezupełnych, lokalizacją biegunowości i testami diagnostycznymi, wiedza ta umożliwia szybką identyfikację przyczyn źródłowych i minimalizuje straty jakości.