Djelomično pražnjenje u uljnim transformatorima: Priroda i uobičajeni uzroci prekomjernih razina PD-a

01 Uvod

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

Prekoračenja PD-a mogu se dogoditi tijekom tvorničkih ispitivanja, inspekcija trećih strana ili na lokacijama kupaca. Lociranje izvora PD-a često je poput "pronalaženja igle u plastu sijena", što dovodi do ponovne izrade koja traje danima ili čak mjesecima, uzrokujući značajne gubitke kvalitete za proizvođače ili krajnje korisnike.

Stoga je znanstveno dijagnosticiranje i brzo identificiranje uzroka prekomjerne PD ključno.

02 Definicija i priroda

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

Scenariji PD-a se uvelike razlikuju, ali imaju zajedničku bit:
[Strukturni, materijalni ili proizvodni nedostaci u izolacijskom sustavu uzrokuju lokalizirano izobličenje električnog polja koje prelazi dielektričnu čvrstoću u toj točki, što rezultira ponavljajućim, mikrorazmjernim, neprodornim ionizacijskim probojem.]

Ukratko, priroda PD leži u lokaliziranoj koncentraciji električnog polja koja premašuje jakost početnog polja PD.

03 Primarni uzroci

Na temelju PD mehanizama, 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 odvođenje struje

 

Potencijalni klijenti

 

Namotaji

 

Komponente za uzemljenje

 

Izolacijske površine/unutarnji nedostaci

 

Transformatorsko ulje

Najranjivija mjesta:Zračne šupljine u čvrstoj izolaciji ili mjehurići plina u ulju.
Razlog:Pod naponskim opterećenjem, intenzitet električnog polja je obrnuto proporcionalan dielektričnoj konstanti (ε).

Papirna izolacija ε ≈ 4,4

 

Zračne šupljine ε ≈ 2,0
→ Zračne šupljine imaju ≈2,2× veću jakost polja.
S niskom probojnom čvrstoćom (AC ≈2kV/mm), praznine/mjehurići postaju slabe točke za inicijaciju PD-a.

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

Ispuštanje plinskih mjehurića

 

Pražnjenje uzrokovano vlagom(izolacija od vlage)

 

Oštro pražnjenje elektrode(vrhovi visokonaponskih/uzemljenih elektroda)

 

Pražnjenje plutajućeg potencijala

 

Klinasto oblikovano ispuštanje ulja iz uljnog jaza

 

Ispuštanje metalnih/čestica onečišćenja

 

Nedostaci ljepila(prekomjerno/loše kvalitete ljepila u steznim pločama/završnim prstenovima)

Ključni uvid:

Prekoračenja PD rijetko su povezana s dizajnom (vjerojatnost ≈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 podnošljivi napon mrežne frekvencije (DIL konverzija), svi prelaze PD ispitni napon (IVPD). Glavna/uzdužna izolacija je projektirana za scenarij najvišeg prenapona.

Ne.	Vrsta PD-a	Mjesto	Mehanizam	Uobičajeni slučajevi
1	Oštro pražnjenje elektrode	Stezni dijelovi, spremnik, uzlazni čahure, terminali za krimpovanje kablova	Mali radijus zakrivljenosti → visoka gustoća naboja → ekstremna koncentracija polja	Nezaštićeni vijci u blizini visokonaponskih elektroda; oštri rubovi na magnetskom oklopu
2	Ispuštanje plinskih mjehurića/praznine	Mjehurići u ulju / šupljine u čvrstoj izolaciji	Niska dielektrična konstanta (ε≈1) → visoko naprezanje polja + niska probojna čvrstoća (2kV/mm)	Nepotpuni vakuum; brzo punjenje uljem; prekomjerno/loše ljepilo u završnim prstenovima/kuglama za izjednačavanje
3	Pražnjenje uzrokovano vlagom	Namoti, izolacija jezgre, vodiči	Vlaga smanjuje dielektričnu čvrstoću za 60-70%	Nedovoljno sušenje jezgre; prekomjerno izlaganje okolnom zraku tijekom montaže
4	Plutajuće potencijalno pražnjenje	Preširana ploča, nosači olova, magnetski šantovi	Akumulacija naboja → iznenadni impuls pražnjenja	Neuzemljeno magnetsko oklopljavanje; slabo spojeni elektrostatički prstenovi
5	Ispuštanje onečišćujućih tvari	Voda/vlakna/metalne čestice u ulju	Izobličenje polja + voda povećava naprezanje polja 2,9×	Nedovoljna filtracija ulja; kontaminirana jezgra; prodor vlage

04 Izgledi

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

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