Čiastočný výboj v olejových transformátoroch: Povaha a bežné príčiny nadmerných úrovní PD

01 Úvod

Čiastočný výboj (PD) v olejových Výkonové transformátory zostáva celosvetovo uznávanou výzvou v transformátorovom priemysle. Mnohí výrobcovia utrpeli značné straty v dôsledku porúch súvisiacich s častým výbojom.

K prekročeniam hodnôt PD môže dôjsť počas výrobných skúšok, kontrol tretích strán alebo u zákazníkov. Lokalizácia zdrojov PD je často ako „hľadanie ihly v kope sena“, čo vedie k prepracovaniu trvajúcemu dni alebo dokonca mesiace, čo spôsobuje značné straty kvality pre výrobcov alebo koncových používateľov.

Preto je vedecká diagnostika a rýchla identifikácia príčin nadmernej PD kritická.

02 Definícia a povaha

Hoci neexistuje žiadna oficiálna definícia, autor definuje PD ako:
[Výboj, ku ktorému dochádza na lokalizovaných miestach v transformátore, ešte nespôsobil okamžité prerušenie izolácie alebo preskok.]

Scenáre PD sa značne líšia, ale majú spoločnú podstatu:
[Štrukturálne, materiálové alebo výrobné chyby v izolačnom systéme spôsobujú lokalizované skreslenie elektrického poľa presahujúce dielektrickú pevnosť v danom bode, čo vedie k opakovanému, mikroskopickému, neprenikajúcemu ionizačnému prierazu.]

Stručne povedané, podstata časticovej poruchy (PD) spočíva v lokalizovanej koncentrácii elektrického poľa presahujúcej počiatočnú intenzitu poľa PD.

03 Primárne príčiny

Na základe mechanizmov PD môže akýkoľvek faktor spôsobujúci nadmerné lokalizované elektrické polia spustiť prekročenia PD.

3.1 Lokality PD
PD môže mať pôvod v:

Puzdrá

 

Prepínače odbočiek OLTC/DETC

 

Potenciálni zákazníci

 

Vinutia

 

Uzemňovacie komponenty

 

Izolačné povrchy/vnútorné defekty

 

Transformátorový olej

Najzraniteľnejšie stránky:Vzduchové dutiny v pevnej izolácii alebo plynové bubliny v oleji.
Dôvod:Pri napäťovom namáhaní je intenzita elektrického poľa nepriamo úmerná dielektrickej konštante (ε).

Papierová izolácia ε ≈ 4,4

 

Vzduchové dutiny ε ≈ 2,0
→ Vzduchové dutiny zažívajú ≈2,2× vyššiu intenzitu poľa.
S nízkou medzou pevnosti (AC ≈2kV/mm), dutiny/bubliny sa stávajú slabými miestami pre iniciáciu PD.

3.2 Typy PD
Bežné typy PD v Olejový transformátors:

Výboj plynových bublín

 

Výboj spôsobený vlhkosťou(izolácia proti vlhkosti)

 

Ostrý výboj elektródy(hroty vysokonapäťových/uzemňovacích elektród)

 

Výboj s plávajúcim potenciálom

 

Výtok olejovej medzery v tvare klinu

 

Výpust z kovových/kontaminujúcich častíc

 

Vady lepidla(nadmerné/nekvalitné lepidlo v upínacích doskách/koncových krúžkoch)

Kľúčový postreh:

Prekročenia PD sú zriedkavo spojené s návrhom (pravdepodobnosť ≈0,5 %).
Viac ako 95 % pochádza z chýb materiálu, procesu alebo výroby.

Zdôvodnenie:Keď sa prepätia (LI, LIC, SI, LTAC) prevedú na ekvivalentné 1-minútové výdržné napätie sieťovej frekvencie (Konverzia DIL), všetky prekračujú testovacie napätie PD (IVPD). Hlavná/pozdĺžna izolácia je navrhnutá pre scenár najvyššieho prepätia.

Nie.	Typ PD	Poloha	Mechanizmus	Bežné prípady
1	Ostrý výboj elektródy	Upínacie diely, nádrž, stúpajúca priechodka, krimpovacie svorky	Malý polomer zakrivenia → vysoká hustota náboja → extrémna koncentrácia poľa	Netienené skrutky v blízkosti vysokonapäťových elektród; ostré hrany na magnetickom tienení
2	Výboj plynových bublín/prázdnych priestorov	Bubliny v oleji / dutiny v pevnej izolácii	Nízka dielektrická konštanta (ε≈1) → vysoké poľné napätie + nízka prierazná pevnosť (2 kV/mm)	Neúplné vákuum; rýchle plnenie olejom; nadmerné/slabé lepidlo v koncových krúžkoch/vyrovnávacích guľôčkach
3	Výboj spôsobený vlhkosťou	Vinutia, izolácia jadier, vodiče	Vlhkosť znižuje dielektrickú pevnosť o 60 – 70 %	Nedostatočné vysušenie jadra; nadmerné vystavenie okolitému vzduchu počas montáže
4	Plávajúci potenciálový výboj	Presovaná lepenka, podpery olovených elektród, magnetické bočníky	Akumulácia náboja → náhly vybíjací impulz	Neuzemnené magnetické tienenie; zle pripojené elektrostatické krúžky
5	Vypúšťanie kontaminantov	Voda/vlákna/kovové častice v oleji	Skreslenie poľa + voda zvyšuje napätie poľa 2,9×	Nedostatočná filtrácia oleja; kontaminované jadro; vniknutie vlhkosti

04 Výhľad

Pochopenie bežných typov, mechanizmov, umiestnení a prípadových štúdií PD je nevyhnutné pre cielené riešenie problémov.

V kombinácii s princípmi zapojenia transformátorov, konštrukčným návrhom, charakteristikami priebehu častých častíc, lokalizáciou polarity a diagnostickými testami tieto znalosti umožňujú rýchlu identifikáciu základnej príčiny a minimalizujú straty kvality.