Djelomično pražnjenje u uljnim transformatorima: Priroda i uobičajeni uzroci prekomjernih nivoa parcijalnog pražnjenja

01 Uvod

Djelomično pražnjenje (PD) u uljno uronjenim Energetski transformatori ostaje globalno prepoznat izazov u industriji transformatora. Brojni proizvođači su pretrpjeli značajne gubitke zbog kvarova povezanih s čestim pražnjenjem (PD).

Prekoračenja PD-a mogu se dogoditi tokom fabričkih ispitivanja, inspekcija trećih strana ili na lokacijama kupaca. Lociranje izvora PD-a često je kao "pronalaženje igle u plastu sijena", što dovodi do ponovne obrade koja traje danima ili čak mjesecima, uzrokujući značajne gubitke u kvaliteti za proizvođače ili krajnje korisnike.

Stoga je naučno dijagnosticiranje i brzo identificiranje uzroka prekomjerne PD od ključne važnosti.

02 Definicija i priroda

Iako ne postoji službena definicija, autor definira PD kao:
[Pražnjenje koje se javlja na lokalizovanim pozicijama unutar transformatora, a koje još nije izazvalo trenutni proboj izolacije ili preskok.]

PD scenariji se uveliko razlikuju, ali imaju zajedničku suštinu:
[Strukturni, materijalni ili proizvodni defekti u izolacijskom sistemu uzrokuju lokalizirano izobličenje električnog polja koje prelazi dielektričnu čvrstoću u toj tački, što rezultira ponavljajućim, mikrorazmjernim, neprodornim jonizacijskim probojem.]

Ukratko, priroda PD leži u lokalizovanoj koncentraciji električnog polja koja premašuje jačinu početnog polja PD.

03 Primarni uzroci

Na osnovu mehanizama parcijalnih poremećaja (PD), bilo koji faktor koji uzrokuje prekomjerna lokalizirana električna polja može izazvati prekoračenja PD vrijednosti.

3.1 Lokacije PD-a
PD može nastati iz:

Čahure

 

OLTC/DETC prekidači za regulaciju struje

 

Potencijalni klijenti

 

Namotaji

 

Komponente za uzemljenje

 

Izolacijske površine/unutrašnji defekti

 

Transformatorsko ulje

Najranjivije lokacije:Zračne šupljine u čvrstoj izolaciji ili mjehurići plina u ulju.
Razlog:Pod utjecajem napona, intenzitet električnog polja je obrnuto proporcionalan dielektričnoj konstanti (ε).

Papirna izolacija ε ≈ 4,4

 

Zračne šupljine ε ≈ 2,0
→ Zračne šupljine doživljavaju ≈2,2× veću jačinu polja.
Sa niskom probojnom čvrstoćom (AC ≈2kV/mm), praznine/mjehurići postaju slabe tačke za inicijaciju PD-a.

3.2 Vrste PD-a
Uobičajene vrste PD u Uljni transformators:

Pražnjenje plinskih mjehurića

 

Pražnjenje izazvano vlagom(izolacija od vlage)

 

Oštro pražnjenje elektrode(vrhovi visokonaponskih/uzemljenih elektroda)

 

Pražnjenje plutajućeg potencijala

 

Klinasto oblikovano ispuštanje ulja u uljni jaz

 

Ispuštanje metalnih/kontaminirajućih čestica

 

Nedostaci ljepila(prekomjerno/lošeg kvaliteta ljepila u steznim pločama/završnim prstenovima)

Ključni uvid:

Prekoračenja PD rijetko su povezana s dizajnom (vjerovatnoća ≈0,5%).
Više od 95% proizlazi iz nedostataka u materijalu, procesu ili proizvodnji.

Obrazloženje:Kada se prenaponi (LI, LIC, SI, LTAC) pretvore u ekvivalentni 1-minutni izdržljivi napon mrežne frekvencije (DIL konverzija), svi prelaze PD ispitni napon (IVPD). Glavna/uzdužna izolacija je dizajnirana za scenario najvišeg prenapona.

Ne.	Tip PD-a	Lokacija	Mehanizam	Uobičajeni slučajevi
1	Oštro pražnjenje elektrode	Stezni dijelovi, rezervoar, uzlazna čahura, terminali za krimpovanje kablova	Mali radijus zakrivljenosti → visoka gustoća naboja → ekstremna koncentracija polja	Nezaštićeni vijci u blizini VN elektroda; oštri rubovi na magnetskom oklopu
2	Ispuštanje plinskih mjehurića/praznine	Mjehurići u ulju / šupljine u čvrstoj izolaciji	Niska dielektrična konstanta (ε≈1) → visoko naponsko polje + niska probojna čvrstoća (2kV/mm)	Nepotpuni vakuum; brzo punjenje uljem; prekomjerno/loše ljepilo u završnim prstenovima/izjednačujućim kuglama
3	Pražnjenje izazvano vlagom	Namotaji, izolacija jezgra, provodnici	Vlaga smanjuje dielektričnu čvrstoću za 60-70%	Neadekvatno sušenje jezgra; prekomjerno izlaganje okolnom zraku tokom montaže
4	Plutajuće potencijalno pražnjenje	Preširana ploča, nosači olova, magnetni šantovi	Akumulacija naboja → iznenadni impuls pražnjenja	Neuzemljena magnetska zaštita; loše povezani elektrostatički prstenovi
5	Ispuštanje zagađivača	Voda/vlakna/metalne čestice u ulju	Distorzija polja + voda povećava napon polja 2,9×	Neadekvatna filtracija ulja; kontaminirano jezgro; prodor vlage

04 Izgledi

Razumijevanje uobičajenih tipova, mehanizama, lokacija i studija slučaja PD-a je ključno za ciljano rješavanje problema.

U kombinaciji s principima spajanja transformatora, strukturnim dizajnom, karakteristikama PD valnog oblika, lokalizacijom polariteta i dijagnostičkim testovima, ovo znanje omogućava brzu identifikaciju uzroka i minimizira gubitke kvalitete.