Izolacja transformatora

 

1.1 Definicja izolacji

Materiały izolacyjne transformatora odnoszą się do materiałów używanych zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz transformatora. Główną funkcją tych materiałów jest izolowanie elementów elektrycznych, aby zapobiec niekontrolowanemu przewodzeniu prądu między uzwojeniami o różnych poziomach napięcia, między uzwojeniami a rdzeniem, między uzwojeniami a obudową oraz między uzwojeniami a innymi częściami przewodzącymi. Zastosowanie materiałów izolacyjnych zapewnia, że ​​transformator może bezpiecznie działać w zaprojektowanym zakresie naprężeń elektrycznych, zapobiegając rozkładowi elektrycznemu, zwarciom i innym uskokom elektrycznym.

 

1.2 Funkcja izolacji

• Izolacja elektryczna

Materiały izolacyjne zapobiegają zwarciom elektrycznym lub awariom, zapewniając ścieżkę o wysokiej oporności, która zapobiega przepływowi prądu z jednego elementu elektrycznego do drugiego lub ziemi.

• Wydajność odporności wysokiego ciśnienia

Materiały izolacyjne muszą być zdolne do wytrzymania wysokiego napięcia i natychmiastowego przepięcia podczas działania transformatora (takich jak skoki napięcia spowodowane uderzeniami pioruna lub operowania przełączników) bez rozkładu elektrycznego.

• Wydajność odporności na ciepło

Transformatory generują ciepło podczas pracy, więc materiały izolacyjne muszą mieć wystarczającą odporność na ciepło, aby zapobiec degradacji lub awarii w wysokich temperaturach.

• Ochrona mechaniczna

Materiały izolacyjne muszą również zapewnić wsparcie mechaniczne i ochronę, aby zapobiec uszkodzeniu uzwojeń lub innych elementów elektrycznych z powodu wibracji, wstrząsu lub naprężenia zewnętrznego.

• Długoterminowa stabilność

Materiały izolacyjne powinny mieć dobrą wydajność przeciwstarzeniową i być w stanie utrzymać swoje właściwości elektryczne i mechaniczne podczas długoterminowej pracy.

 

1.3 Rodzaj izolacji

• Materiały izolacyjne uzwojenia: emaliowany drut, drut pokryty papierami, taśma z włókna szklanego itp.

• Główne materiały izolacyjne: papier elektryczny, żywica epoksydowa, olej izolacyjny

• Dystrydzy i materiały wspierające: Prasowane deski drewniane, epoksydowe szklane tablice światłowodowe

• Izolacja między uzwojeniami: Papier izolacyjny międzywarstwowy, folia poliestrowa

• Materiał z izolacji końcowej: Rękaw izolacyjny, izolacja końcowa

• Materiały izolacyjne ołowiu: pochłanianie izolacyjne, taśma izolacyjna

• Dodatkowe materiały izolacyjne: taśma miki, uszczelka odporna na wysoką temperaturę

• Zakład i izolacja strukturalna: Izolacja płyt partycji, izolacja pasków wsparcia

• Olej izolacyjny: Stosowany głównie w transformatorach zanurzonych olejem, służy podwójnemu celowi chłodzenia i izolacji

• Transformator zewnętrzna izolacja: Tuleje porcelanowe, stosowane w ołowiu o wysokim napięciu, zapewniając izolację elektryczną i wsparcie mechaniczne

 

 

2.1 Definicja poziomu izolacji

Poziom izolacji transformatora odnosi się do zdolności wewnętrznego układu izolacyjnego transformatora do wytrzymywania określonych naprężeń napięcia (takich jak napięcie częstotliwości mocy, napięcie impulsu błyskawicy lub napięcie działania przełącznika) bez rozkładu elektrycznego. Jest to kluczowy wskaźnik pomiaru odporności transformatora na naprężenie elektryczne, takie jak uszkodzenia elektryczne i zdarzenia przepięcia (takie jak uderzenia pioruna i operacje przełączników) podczas pracy. Poziom izolacji bezpośrednio wpływa na niezawodność, bezpieczeństwo i żywotność transformatorów.

 

2.2 Podstawowy element poziomu izolacji

• Zdolność tolerancji naprężenia elektrycznego

Głównym celem poziomu izolacji jest upewnienie się, że uzwojenia, rdzeń i inne elementy elektryczne transformatora nie odczuwają rozkładu, częściowego rozładowania ani innych form uszkodzeń elektrycznych, gdy są poddawane naprężeniu elektrycznym.

• Właściwości materiałów izolacyjnych

Poziom izolacji jest bezpośrednio związany z jakością materiału izolacyjnego. Wytrzymałość dielektryczna, odporność na ciepło, odporność na starzenie, odporność na wilgoć i inne właściwości materiału określają naprężenie elektryczne, które może wytrzymać transformator.

• Projekt izolacji

Poziom izolacji zależy również od projektu transformatora, w tym wyboru materiałów, grubości, metody układu itp. Rozsądny projekt izolacji może skutecznie zwiększyć poziom izolacji transformatorów i zapewnić stabilność układu izolacyjnego w warunkach wysokiego napięcia i wysokiej temperatury.

• Ogólna niezawodność systemu izolacji

Poziom izolacji nie tylko odnosi się do zdolności tolerancji jednego materiału, ale obejmuje również niezawodność całego systemu izolacji w zakresie projektowania, produkcji i pracy. Wysokiej jakości system izolacji może utrzymać swoją wydajność elektryczną podczas długoterminowego działania i uniknąć degradacji wydajności spowodowanej starzeniem się lub zmianami środowiskowymi.

 

3.1 Zapewnij bezpieczeństwo elektryczne

Poziom izolacji jest kluczowym wskaźnikiem pomiaru, czy transformator może działać bezpiecznie w różnych warunkach naprężenia elektrycznego, takich jak napięcie częstotliwości zasilania, napięcie impulsowe pioruna i napięcie impulsu roboczego. Wysokie poziomy izolacji oznaczają, że transformatory mogą wytrzymać te naprężenia bez rozpadu lub zwarcia, zapewniając w ten sposób ogólne bezpieczeństwo systemu zasilania. Niezawodność systemu izolacyjnego jest bezpośrednio związana z tym, czy transformator doświadczy przerwania zasilania, uszkodzenia sprzętu lub poważniejszymi wypadkami mocy z powodu uszkodzeń elektrycznych.

 

3.2 Popraw niezawodność transformatorów

Podczas pracy transformatory napotykają różne naprężenia elektryczne, takie jak przepięcie i natychmiastowe skoki napięcia. Wysokie poziomy izolacji umożliwiają transformatory utrzymanie normalnego działania w obliczu tych wyzwań, unikając awarii izolacji lub częściowego rozładowania. To nie tylko zwiększa niezawodność transformatora, ale także zmniejsza koszty konserwacji i wymiany spowodowane wyłączeniem z powodu błędów.

 

3.3 przedłużyć żywotność serwisową

Podczas pracy transformatory napotykają różne naprężenia elektryczne, takie jak przepięcie i natychmiastowe skoki napięcia. Wysokie poziomy izolacji umożliwiają transformatory utrzymanie normalnego działania w obliczu tych wyzwań, unikając awarii izolacji lub częściowego rozładowania. To nie tylko zwiększa niezawodność transformatora, ale także zmniejsza koszty konserwacji i wymiany spowodowane wyłączeniem z powodu błędów.

 

3.4 Odpowiadanie na wpływ na środowisko

Transformatory często muszą działać w różnych złożonych warunkach środowiskowych, w tym wysokiej wilgotności, wysokich zanieczyszczeniach, ekstremalnych temperaturach i innych środowiskach. Wysoki poziom izolacji umożliwia transformatorowi dostosowanie się do tych warunków środowiskowych bez spadku wydajności izolacji lub awarii. Jest to szczególnie ważne dla transformatorów działających w trudnych środowiskach, takich jak sprzęt energetyczny na obszarach przybrzeżnych, strefach przemysłowych lub regionach na dużej wysokości.

 

3.5 Oprzyj się nieoczekiwanym zdarzeniu

Nagłe zdarzenia, takie jak uderzenia pioruna i operacje przełączników, mogą wywierać wyjątkowo naprężenie wysokiego napięcia na transformatory w krótkim czasie. Wysoki poziom izolacji transformatora może zapewnić, że może nadal działać normalnie w tych okolicznościach i nie spowoduje rozpadu izolacji z powodu chwilowych skoków napięcia. Ma to kluczowe znaczenie dla utrzymania stabilności sieci energetycznej, szczególnie na obszarach o ekstremalnej pogodzie lub częstych operacjach sieci energetycznej.

 

3.6 spełniają standardy i specyfikacje

Przemysł energetyczny ma ścisłe standardy i wymagania regulacyjne dotyczące poziomu izolacji transformatorów, takich jak standardy IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna) lub IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Wysokie poziomy izolacji mogą zapewnić, że transformatory są zgodne z tymi międzynarodowymi standardami, gwarantując w ten sposób ich zdolność adaptacyjną i akceptowalność na rynku globalnym. Pomaga to nie tylko zapewnić zgodność produktów, ale także gwarantuje stosowanie transformatorów w różnych krajach i regionach.

 

3.7 Zmniejsz koszty utrzymania i eksploatacji

Transformatory o wysokim poziomie izolacji mają mniej błędów podczas pracy, co oznacza mniej wymagań konserwacyjnych i przestojów, zmniejszając w ten sposób koszty operacyjne. Ponadto wysoki poziom izolacji zmniejsza również koszty utrzymania i wymiany spowodowane starzeniem się izolacją lub awarią.

 

3.8 Stabilność siatki wspornika

Transformatory to kluczowe urządzenia w systemach zasilania, a ich stabilność operacyjna bezpośrednio wpływa na ogólną stabilność sieci energetycznej. Wysoki poziom izolacji może zapewnić, że transformatory działają bezpiecznie i stabilnie przez długi czas w sieci zasilania, zmniejszają reakcję łańcuchową spowodowaną awarią sprzętu, a tym samym gwarantują ciągłość i niezawodność zasilania.

 

3.9 Podsumowanie

Poziom izolacji transformatora ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa, niezawodności, trwałości sprzętu i możliwości dostosowania do różnych środowisk operacyjnych. Dzięki projektowaniu i produkcji transformatorów o wysokim poziomie izolacji ogólna wydajność systemu zasilania można skutecznie zwiększyć, żywotność obsługi sprzętu można przedłużyć, a koszty eksploatacji i konserwacji można obniżyć. Zalety te umożliwiły wysokim poziomie izolacji zajęcie podstawowej pozycji w projektowaniu, produkcji i obsłudze i konserwacji systemów zasilania.

 

4.1 Zastosowane test napięcia - Definicja

Zastosowany test napięcia transformatora, znany również jako test częstotliwości mocy, jest napięciem testowym przyłożonym do każdego uzwojenia transformatora, które jest wyższe niż jego normalne napięcie robocze. W celu zweryfikowania wytrzymałości pojemności i niezawodności systemu izolacji w ekstremalnych warunkach napięcia. Ten rodzaj testu jest zwykle przeprowadzany podczas procesu produkcyjnego i testów akceptacyjnych na miejscu, a jedno z ważnych środków jest zapewnienie bezpieczeństwa elektrycznego transformatorów w rzeczywistym działaniu.

4.1.1 Zastosowane test napięcia - cel

• Sprawdź siłę izolacji

Stosując napięcie wyższe niż normalne napięcie robocze, sprawdź, czy system izolacji między uzwojeniami transformatora, między uzwojeniami a rdzeniem, a między uzwojeniami a obudową ma wystarczającą wytrzymałość, aby odprężyć rozkład elektryczny

• Wykryj wady produkcyjne

Zewnętrzne testy napięcia wytrzymania mogą ujawnić możliwe wady izolacji w procesie produkcji transformatora, takie jak częściowe rozładowanie, pogorszenie lub uszkodzenie materiałów izolacyjnych. Wady te są częściej wykryte w warunkach wysokiego napięcia

• Zapewnij bezpieczeństwo operacyjne

Poprzez zewnętrzne testy napięcia wytrzymania zapewniają, że transformator może działać bezpiecznie w normalnych i nieprawidłowych warunkach napięcia podczas swojego życia roboczego, zapobiegając uszkodzeniu sprzętu lub awarii zasilania spowodowanego uszkodzenia elektrycznym.

4.1.2 Zastosowany test napięcia - Przegląd metody

Zastosowana metoda testu napięcia polega na zastosowaniu napięcia testowego wyższego niż normalne napięcie robocze do uzwojeń transformatora, takich jak dwukrotność napięcia, i utrzymanie go przez jedną minutę w celu zweryfikowania wytrzymałości i niezawodności systemu izolacji w skrajnych warunkach napięcia.

 

4.2 Impuls Lightning wytrzymaj Test-Bil-Definicja

Test impulsowy błyskawicy jest metodą testową, która symuluje wytrzymałość systemu izolacji urządzeń energetycznych (takich jak transformatory) w warunkach uderzenia błyskawicy. Ten test jest ważny dla oceny, czy transformator może uniknąć awarii izolacji po uderzeniu przez piorun, zapewniając bezpieczeństwo i niezawodność transformatora.

4.2.1 Impuls błyskawicy wytrzymaj Bil-cel

• Sprawdź siłę izolacji

Stosując impulsy o wysokim napięciu, które symulują uderzenia pioruna, jest testowane, czy system izolacji transformatora może pozostać nienaruszony w ekstremalnych warunkach, aby zapobiec rozkładowi elektrycznemu.

• Odkryj potencjalne wady

Wykryj możliwe wady w układzie izolacji, takie jak bąbelki, pęknięcia lub problemy z starzeniem się. Wady te mogą nie być widoczne podczas normalnej operacji, ale mogą powodować awarię izolacji w przypadku uderzeń pioruna.

• Zapewnij bezpieczeństwo sprzętu

Upewnij się, że transformator może bezpiecznie działać w rzeczywistych zdarzeniach uderzeń pioruna, aby uniknąć uszkodzenia sprzętu lub awarii systemu zasilania spowodowanego awarią izolacji.

4.2.2 Impuls błyskawicy wytrzymaj BIL-Przegląd metody

Za pomocą generatora napięcia impulsowego do uzwojeń transformatora nakłada się napięcie impulsowe symulujące uderzenia pioruna. Testy są zwykle przeprowadzane kilka razy (na przykład od 3 do 6 pozytywnych wpływów polaryzacji), a testy przeprowadzane są na różnych zaciskach. Fala odpowiedzi transformatora jest monitorowana przez urządzenia, takie jak oscyloskopy w celu wykrycia wszelkich nieprawidłowych zjawisk (takich jak częściowe rozładowanie i rozpad izolacji). Zapisz wartość napięcia, kształt fali i reakcję każdego uderzenia.

 

4.3 Wyświetlacz tabliczki znamionowej

• Poziom impulsu błyskawicy

Jest reprezentowany przez symbol li, a jednostką napięcia to kv

• Zastosowany poziom napięcia

Jest reprezentowany przez symbol AC, a jednostką napięcia to KV

Na przykład:

Transformator mocy 80 mVA 132\/33KV

Wysokie napięcie: Li\/AC 650\/275 kV

Punkt neutralny wysokiego napięcia: Li\/AC 325\/140KV

Niskie napięcie: Li\/AC 170\/70 kV

 

 

4.4 Standardy

 

IEC	IEEE	CSA
IEC 60076-3-2013 Transformatory mocy - Poziomy izolacji części 3, testy dielektryczne i zewnętrzne prześwity w powietrzu	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (R2022)

 

 

5.1 Przełączanie impulsu wytrzymującego napięcie, SIL

• Definicja

Maksymalne napięcie, które transformator może wytrzymać w warunkach wpływu na przepięcie spowodowane operacjami przełącznika itp.

• funkcja

Upewnij się, że transformator może działać stabilnie bez uszkodzeń izolacji w warunkach przepięcia spowodowanych operacjami systemu zasilania (takie jak otwieranie i zamknięcie wyłączników obwodów).

 

5.2 Częściowy poziom rozładowania, PD

• Definicja

Częściowe rozładowanie odnosi się do zjawiska częściowego podziału dielektrycznego, które występuje wewnątrz lub na powierzchni układu izolacyjnego w warunkach wysokiego napięcia, zwykle nie całkowicie przekraczając odstępy elektrody.

• funkcja

Mierząc poziom częściowego rozładowania, można wykryć potencjalne wady w systemach izolacji, takie jak pęknięcia, pęknięcia lub starzenie materiałów, aby zapobiec rozwinięciu tych drobnych zrzutów w poważne uszkodzenia izolacji.

 

5.3 Odporność na izolację IR

• Definicja

Zmierz wartość rezystancji między uzwojeniem i uziemieniem lub między różnymi uzwojeniami. Im wyższa odporność na izolację, tym lepszy system izolacji.

• funkcja

Test oporności na izolację służy do codziennej konserwacji i kontroli, pomagając ocenić stan zdrowia i zawartość wilgoci w systemie izolacyjnym i zapobiegać pogorszeniu izolacji.

 

5.4 Współczynnik rozpraszania, delta tan

• Definicja

Współczynnik utraty dielektrycznej (tan δ) reprezentuje stratę elektryczną materiałów izolacyjnych, odzwierciedlając utratę energii materiałów pod działaniem pola elektrycznego.

• funkcja

Służy do oceny właściwości elektrycznych i stopnia starzenia materiałów izolacyjnych. Wyższa wartość tan δ może wskazywać na starzenie lub defekty w układzie izolacji.

 

5.5 Klasa termiczna

• Definicja

Maksymalna temperatura, którą materiały izolacyjne mogą wytrzymać przez długi czas, jest zwykle wskazywana przez różne stopnie liter (takie jak A, B, F, H), odpowiadające różnym maksymalnym dopuszczalnym temperaturom.

• funkcja

Służy do wyboru i projektowania materiałów izolacyjnych, aby zapewnić, że materiały nie tracą wydajności izolacji w oczekiwanej temperaturze roboczej.

 

5.6 Test wzrostu temperatury

• Definicja

Zmierz wzrost temperatury uzwojeń, rdzenia i systemu izolacji transformatora, gdy działa on przy obciążeniu znamionowym

• funkcja

Upewnij się, że transformator nie doświadcza przyspieszonego starzenia się lub niepowodzenia materiałów izolacyjnych z powodu przegrzania w normalnych warunkach pracy.

 

5.7 Odległość i prześwit pełzania

• Definicja

Odległość pełzania jest najkrótszą odległością między dwiema przewodnymi częściami wzdłuż powierzchni izolacyjnej, a prześwit elektryczny to najkrótsza odległość, w której powietrze przechodzi między dwiema częściami przewodzącymi.

• funkcja

Zapewnienie wystarczającej odległości pełzania i prześwitu elektrycznego mogą zapobiec rozkładowi powierzchni i rozkładowi powietrza oraz zagwarantować bezpieczeństwo transformatora w środowisku wilgotnym lub zanieczyszczonym.

 

5.8 Olej izolacyjny

• Definicja

Obejmuje wskaźniki takie jak napięcie rozpadu, wartość kwasu i zawartość wilgoci, odzwierciedlając wydajność izolacji i stabilność oleju izolacyjnego.

• funkcja

Jakość oleju izolacyjnego ma bezpośredni wpływ na ogólny poziom izolacji transformatora. Regularne monitorowanie wskaźników wydajności oleju izolacyjnego może zapobiec uszkodzeniom elektrycznym.

 

Parametry te obejmują wszystkie aspekty systemu izolacji transformatora, od właściwości materiału po ogólny projekt. Poprzez kompleksowe testy i ocenę zapewnia, że ​​transformator ma wystarczające poziomy izolacji w różnych warunkach pracy, gwarantując w ten sposób bezpieczną i niezawodną działalność. Każdy parametr odzwierciedla określony aspekt systemu izolacji. Dzięki zintegrowaniu tych wskaźników poziom izolacji transformatora można kompleksowo ocenić, zapewniając jego stabilność i bezpieczeństwo w systemie zasilania.