مشخصه تخلیه جزئی ترانسفورماتور خشک رزین اپوکسی چیست؟

اگر شما یک مهندس مشخصات، مدیر کارخانه یا گزینه‌های ترانسفورماتور توزین حرفه‌ای زیرساخت‌های الکتریکی هستید، تقریباً مطمئناً با ترانسفورماتورهای نوع خشک رزین اپوکسی برخورد کرده‌اید - این ترانسفورماتورها نیروی کار توزیع برق مدرن و کم انتشار برای مصارف داخلی، خارجی و صنعتی هستند. اما برای هر کسی که این واحدها را مشخص می کند، تخلیه جزئی (PD) یک ویژگی غیرقابل مذاکره برای درک است. بر خلاف ترانسفورماتورهای پر از روغن، که PD اغلب توسط روغن معدنی جذب و پوشانده می شود، ترانسفورماتورهای نوع خشک اپوکسی به عایق اپوکسی جامد متکی هستند و PD را به ویژگی قابل مشاهده تر، تاثیرگذارتر و قابل اندازه گیری تبدیل می کند که مستقیماً با قابلیت اطمینان، طول عمر و انطباق با استانداردهای جهانی برق مرتبط است.

به عنوان یک تامین کننده که به طور انحصاری بر روی ترانسفورماتورهای نوع خشک رزین اپوکسی متمرکز شده است (شما می توانید طیف کامل ما را برای هر کاربرد بررسی کنیدترانسفورماتور نوع خشک رزین اپوکسیمن سال‌ها با مشتریان کار کرده‌ام تا PD را نه به‌عنوان یک اصطلاح فنی مبهم، بلکه به‌عنوان یک ویژگی مشخص که نحوه عملکرد این واحدها را در شرایط واقعی شکل می‌دهد، تجزیه کنم. بیایید به این بپردازیم که PD چیست، چگونه در عایق اپوکسی رفتار می‌کند، چه ویژگی‌های منحصربه‌فردی این ترانسفورماتورها را متمایز می‌کند، و چرا توجه به PD می‌تواند هزاران نفر را در از کار افتادگی و هزینه‌های تعویض طولانی مدت صرفه‌جویی کند.

ابتدا، بیایید تخلیه جزئی را به صورت ساده تعریف کنیم (قول می‌دهم بدون چیزهای بسیار سنگین اصطلاحاً صنفی). PD یک تخلیه الکتریکی کوچک و موضعی است که فقط تا حدی عایق را بین دو هادی پل می کند. آن را مانند یک جرقه کوچک و کوتاه مدت در نظر بگیرید که در اپوکسی جامد، در رابط بین اپوکسی و سایر مواد رخ می دهد، یا حتی در داخل حباب های هوای میکروسکوپی در خود رزین به دام افتاده است. این یک قوس کامل نیست (که باعث خرابی فاجعه‌بار می‌شود)، اما یک مسئله پیشرونده است - با گذشت زمان، این تخلیه‌های ریز عایق اپوکسی را فرسایش می‌دهند، ترک‌های ریز ایجاد می‌کنند و ساختار عایق کلی را ضعیف می‌کنند. برای ترانسفورماتورهای نوع خشک اپوکسی، PD بسیار مهم است زیرا روغنی برای خاموش کردن یا مهار این جرقه ها وجود ندارد، بنابراین ویژگی های آنها کاملاً به کیفیت قالب گیری اپوکسی و طراحی واحد بستگی دارد.

حال، چرا عایق اپوکسی در مورد PD اینقدر با انواع دیگر متفاوت است؟ رزین اپوکسی یک پلیمر ترموست است، به این معنی که به جای اینکه مانند روغن مایع بماند، به یک بلوک سفت و سخت تبدیل می شود. اکثر ترانسفورماتورهای نوع خشک اپوکسی با فرآیند اشباع فشار خلاء (VPI) ساخته می‌شوند، جایی که کل سیم‌پیچ تحت فشار کم در اپوکسی قرار می‌گیرد تا حفره‌های هوا را از بین ببرد - اما حتی با کیفیت‌ترین فرآیند VPI نیز نمی‌تواند آخرین ریزحفره‌ها را از بین ببرد، و به مرور زمان، استرس محیطی (نوسان‌های دما، رطوبت، ارتعاشات مکانیکی ضعیف بین epox و epsy می‌تواند ایجاد کند) سیم پیچ این حفره ها محل اولیه برای شروع PD هستند، زیرا هوا دارای استحکام دی الکتریک بسیار کمتری نسبت به اپوکسی جامد است. هنگامی که ولتاژ اعمال شده به آستانه ای می رسد (به نام ولتاژ آغازین)، میدان الکتریکی درون یک فضای خالی به اندازه کافی قوی می شود که هوا را یونیزه کند و آن تخلیه جزئی را ایجاد کند.

بنابراین خصوصیات اصلی تخلیه جزئی مخصوص ترانسفورماتورهای نوع خشک رزین اپوکسی چیست و چگونه در تاسیسات مختلف انجام می شود؟ بیایید این را بر اساس رایج ترین برنامه هایی که مشتریان ما از واحدهای ما استفاده می کنند، تجزیه کنیم، زیرا رفتار PD بر اساس محل نصب ترانسفورماتور تغییر می کند.

اول، ترانسفورماتورهای نوع خشک داخلی - مورد استفاده برای ساختمان های اداری، بیمارستان ها، مراکز داده و تاسیسات تولیدی (شما می توانید خط داخلی ما را بررسی کنیدترانسفورماتور نوع خشک داخلی). محیط های داخلی به طور کلی کنترل می شوند: دمای پایدار، رطوبت کم و عدم قرار گرفتن در معرض مستقیم گرد و غبار یا آب و هوا. برای ترانسفورماتورهای اپوکسی داخلی، ویژگی‌های PD در اینجا با دو عامل اصلی تعریف می‌شوند: سطوح اولیه PD در آزمایش کارخانه، و پایداری طولانی‌مدت PD تحت ولتاژ کاری معمولی. آزمایش پذیرش کارخانه (FAT) برای این واحدها به سطوح PD کمتر از 10 پیکوکولومب (pC) با 1.1 برابر ولتاژ نامی نیاز دارد - این استانداردی است که توسط IEC 60076-11، استاندارد جهانی برای ترانسفورماتورهای نوع خشک تنظیم شده است. چرا 10 pc؟ هر PD بالاتر از این آستانه یا نقص تولید (مانند یک فضای خالی بزرگ در اپوکسی) یا پخت ناقص رزین را نشان می دهد. در تنظیمات داخلی، PD تمایل دارد در طول زمان نسبتاً ثابت بماند، تا زمانی که ولتاژ ناگهانی یا استرس مکانیکی از تجهیزات مجاور وجود نداشته باشد. چند سال پیش مشتری در یک ساختمان اداری در مرکز شهر شیکاگو داشتیم که در حین نصب از آزمایش PD صرف نظر کرد و مجبور شد برق کل ساختمان 10 طبقه را بعد از 18 ماه قطع کند - معلوم شد که فضای خالی در اپوکسی از 2 میلی‌متر به 8 میلی‌متر افزایش یافته است و باعث می‌شود سطوح PD به بالای 50 pC برسد که منجر به سیم پیچی شد. واحدهای داخلی، در حالی که محافظت می‌شوند، مصون نیستند – بنابراین ویژگی‌های PD آن‌ها باعث می‌شود که آزمایش PD معمولی غیرقابل مذاکره باشد.

بعد، ترانسفورماتورهای نوع خشک در فضای باز (خط فضای باز ما را در اینجا کاوش کنیدترانسفورماتور نوع خشک در فضای باز). اینها در پست‌ها، مزارع خورشیدی، تصفیه خانه‌های آب و سایر تاسیسات در فضای باز که واحدها در معرض باران، دمای شدید، اشعه ماوراء بنفش، و آلاینده‌های موجود در هوا (نمک، گرد و غبار، گرده) هستند، استفاده می‌شوند. ویژگی‌های PD در اینجا بسیار پویاتر از واحدهای داخلی هستند، زیرا عوامل محیطی مستقیماً بر عایق اپوکسی تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، رطوبت بالا یا باران ملایم می تواند یک لایه رسانای نازک روی سطح سیم پیچ اپوکسی ایجاد کند که مقاومت عایق سطح را کاهش می دهد و شروع به کار PD در سطوح ولتاژ پایین تر را آسان تر می کند. اشعه ماوراء بنفش خورشید همچنین ساختار مولکولی اپوکسی را در طول زمان می شکند و ترک های سطحی کوچکی را ایجاد می کند که به عنوان مکان های جدیدی برای PD عمل می کنند. ما یک ترانسفورماتور اپوکسی فضای باز 2.5 MVA نصب شده در یک پست ساحلی تگزاس را آزمایش کردیم که به مدت 7 سال در خدمت بوده است - ولتاژ اولیه PD آن 35٪ از سطح کارخانه کاهش یافته بود و سطوح PD عملکرد آن به 18 pC افزایش یافته بود که بسیار بالاتر از استاندارد داخلی است. واحدهای بیرونی همچنین باید در برابر موج های صاعقه مقاومت کنند که می تواند اضافه ولتاژهای موقتی ایجاد کند که باعث ایجاد PD می شود. در حالی که ترانسفورماتورهای اپوکسی مدرن دارای برقگیر برای کاهش این مشکل هستند، حوادث مکرر افزایش می تواند رشد PD را تسریع کند.

یکی دیگر از کاربردهای رایج ترانسفورماتورهای کمکی در پست‌ها است - این سیستم‌های کنترل قدرت واحدهای کوچکتر اما حیاتی، پمپ‌ها و روشنایی در پست‌های فشار قوی (در مورد پیشنهادات ترانسفورماتور کمکی ما در اینجا بیشتر بیاموزید.ترانسفورماتور کمکی در پست). ترانسفورماتورهای کمکی دارای خصوصیات PD منحصر به فردی هستند زیرا با ولتاژ کمتری نسبت به ترانسفورماتورهای توزیع اصلی کار می کنند، اما دقیقاً در کنار تجهیزات فشار قوی قرار دارند و آنها را در معرض تخلیه جزئی از اجزای مجاور (مانند تابلو برق یا شینه) قرار می دهند. این تخلیه های متقاطع می توانند به عایق اپوکسی ترانسفورماتور کمکی منتقل شوند و منجر به آنچه "تاثیر PD خارجی" نامیده می شود، شود. ما مرتباً ترانسفورماتورهای کمکی را برای این مورد آزمایش می کنیم: آنها را در ولتاژ نامی اجرا می کنیم در حالی که تجهیزات ولتاژ بالا همسایه را برای PD آزمایش می کنیم، و اگر تأثیر متقابل تشخیص داده شود، طراحی سیم پیچ اپوکسی را (مانند افزودن یک لایه نازک از پوشش رزین دی الکتریک بالا) تنظیم می کنیم تا ضربه را کاهش دهیم. بدون این، ترانسفورماتورهای کمکی می توانند PD داخلی را از منابع خارجی ایجاد کنند، حتی اگر عایق اپوکسی خودشان عالی باشد.

حال، بیایید در مورد آنچه که ترانسفورماتورهای نوع خشک رزین اپوکسی را از سایر انواع ترانسفورماتور در مورد PD متفاوت می کند صحبت کنیم. به عنوان مثال، ترانسفورماتورهای پر از روغن دارای PD هستند که معمولاً توسط روغن معدنی جذب می شود، بنابراین اندازه گیری آن متفاوت است (در ppm گاز، به جای pC). از سوی دیگر، اپوکسی PD یک پدیده سطحی و داخلی عایق جامد است، بنابراین تشخیص آن با ابزارهای تست در محل آسان‌تر است—شما می‌توانید از یک آشکارساز PD استفاده کنید که در اطراف پایانه‌های ترانسفورماتور برای اندازه‌گیری تخلیه‌ها در زمان واقعی استفاده می‌کند، که این یک مزیت بزرگ برای تیم‌های تعمیر و نگهداری است. یکی دیگر از ویژگی های کلیدی: اپوکسی دارای ولتاژ شروع تخلیه جزئی (PDIV) بسیار بالاتری نسبت به هوا است، اما ولتاژ خاموشی PD آن (ولتاژی که زیر آن PD متوقف می شود) کمتر از روغن است. صبر کنید، این یک نکته مهم است - اجازه دهید آن را روشن کنم. PDIV ولتاژی است که در آن تخلیه ها شروع می شود. ولتاژ خاموشی PD جایی است که آنها متوقف می شوند. برای اپوکسی، PDIV بالاتر از هوا است، به این معنی که ولتاژ قوی‌تری برای تخلیه‌ها نسبت به زمانی که عایق هوا باشد نیاز دارد، اما هنگامی که تخلیه شروع می‌شود، متوقف کردن آن سخت‌تر است زیرا اپوکسی انرژی را جذب نمی‌کند. به همین دلیل است که کاهش فضاهای خالی در اپوکسی بسیار حیاتی است—شما می‌خواهید PDIV را تا حد ممکن بالا نگه دارید و از موقعیت‌هایی که تخلیه شروع می‌شود و ادامه می‌یابد اجتناب کنید.

یکی دیگر از تصورات غلط رایج: ترانسفورماتورهای اپوکسی PD دریافت نمی کنند، بنابراین لازم نیست آن را آزمایش کنید. این به سادگی درست نیست. تمام عایق های جامد دارای سطحی از PD هستند، حتی اگر در ساخت خوب آن حداقل باشد. مشکل زمانی است که PD از سطوح قابل قبول فراتر می رود، به همین دلیل است که استانداردهای صنعت محدودیت های واضحی را تعیین می کنند. برای مثال، IEC 60076-11 مستلزم آن است که در ولتاژ نامی 1.1 برابر، سطوح PD برای ترانسفورماتورهای نوع خشک اپوکسی کمتر از 10 pC برای واحدهای زیر 1000 کیلو ولت آمپر و کمتر از 20 pC برای واحدهای بالای 1000 کیلو ولت آمپر باشد. این محدودیت‌ها دلخواه نیستند - آنها بر اساس سال‌ها داده‌های میدانی هستند که نشان می‌دهد PD بالاتر از این سطوح منجر به خرابی عایق در عرض 10 تا 15 سال می‌شود، در حالی که واحدهایی با PD کمتر از این محدودیت‌ها طول عمر بالای 30 سال دارند.

پس چگونه تیم ما درترانسفورماتور نوع خشک رزین اپوکسیواحدهای ما را برای کنترل PD طراحی کنید، و چه چیزی را باید در یک تامین کننده جستجو کنید؟ اول، ما از رزین اپوکسی بیسفنول-A با کیفیت بالا با دمای انتقال شیشه ای بالا (Tg) 155 درجه سانتیگراد استفاده می کنیم، به این معنی که حتی در دماهای عملیاتی بالا، ریزترک ها را نرم نمی کند یا ایجاد نمی کند. دوم، فرآیند VPI ما با فشار 10 میلی‌تور اجرا می‌شود، که 10 برابر خلاء بیشتری نسبت به بسیاری از تامین‌کنندگان ارزان‌قیمت استفاده می‌کند – این امر 99.9 درصد از فضای خالی داخل پوشش اپوکسی را از بین می‌برد. ثالثاً، هر واحد پس از ساخت، یک تست چرخه حرارتی 72 ساعته را پشت سر می گذارد، که در آن واحد را تا 120 درجه سانتیگراد گرم می کنیم، آن را تا 10- درجه سانتیگراد خنک می کنیم و 10 بار آن را چرخه می کنیم تا نوسانات دمایی در دنیای واقعی را شبیه سازی کنیم. ما PD را در هر مرحله از این فرآیند آزمایش می کنیم تا مطمئن شویم که تنش حرارتی حفره های جدیدی ایجاد نمی کند یا اپوکسی را ترک نمی کند. در نهایت، ما پشتیبانی تست PD در محل را برای همه واحدهای خود ارائه می‌کنیم، خواه در داخل، خارج از منزل یا به عنوان ترانسفورماتور کمکی در ایستگاه‌های فرعی نصب شده باشند - تیم ما با برنامه تعمیر و نگهداری شما کار می‌کند تا در ساعات غیرفعال آزمایش کند، بنابراین مجبور نیستید برای مدت طولانی عملیات را خاموش کنید.

بیایید به یک مثال مشتری واقعی برگردیم تا همه اینها را با هم گره بزنیم. سال گذشته، ما با یک کارخانه تولیدی بزرگ کار کردیم که هر 3 سال یک بار یک ترانسفورماتور قدیمی پر از روغن در فضای باز به دلیل PD و نشت روغن خراب می شد. آنها به ترانسفورماتور خارجی نوع خشک رزین اپوکسی 3 MVA ما روی آوردند و پس از 12 ماه کارکرد، آزمایش PD آنها فقط 7 pC را در ولتاژ نامی نشان داد - بسیار کمتر از حد مجاز صنعت. آن‌ها همچنین متوجه هزینه‌های نگهداری پایین‌تر، عدم پرداخت هزینه‌های دفع روغن و پیروی از مقررات زیست‌محیطی محلی شدند که واحدهای پر از نفت را در منطقه صنعتی خود ممنوع می‌کند. نکته کلیدی در اینجا درک ویژگی‌های PD ترانسفورماتورهای اپوکسی بود: از آنجا که ما واحد را برای به حداقل رساندن فضاهای خالی و محافظت از اپوکسی در برابر تنش‌های محیطی طراحی کرده بودیم، PD آنها در سطوح ایمن باقی می‌ماند و پیش‌بینی می‌شود که ترانسفورماتور بیش از 25 سال عمر کند، در مقایسه با عمر 3 ساله واحدهای قبلی.

برای هر کسی که هنوز ترانسفورماتورهای نوع خشک اپوکسی را ارزیابی می کند، نکته مهم این است: تخلیه جزئی یک نقص برای ترس نیست، بلکه یک ویژگی برای درک است. رفتار PD این واحدها بر اساس نصب، کیفیت ساخت و نگهداری مداوم تغییر می کند - واحدهای داخلی در صورت نصب صحیح دارای PD پایدار و کم هستند، واحدهای خارجی برای کنترل PD نیاز به محافظت در برابر استرس محیطی دارند و ترانسفورماتورهای کمکی در پستها برای جلوگیری از خرابی زودرس نیاز به محافظت از منابع PD خارجی دارند. با انتخاب تامین‌کننده‌ای که کیفیت اپوکسی، فرآیندهای تولید پیشرفته، و آزمایش‌های پیشگیرانه PD را در اولویت قرار می‌دهد، ترانسفورماتوری دریافت می‌کنید که توان قابل اعتماد و کم انتشار را برای چندین دهه ارائه می‌دهد.

اگر آماده کاوش در ترانسفورماتورهای نوع خشک رزین اپوکسی برای پروژه بعدی خود هستید، خواه این ترانسفورماتور یک واحد داخلی برای یک تاسیسات جدید، یک واحد بیرونی برای یک پست یا یک ترانسفورماتور کمکی برای سیستم قدرت شما باشد، تیم ما اینجاست تا به شما کمک کند. ما می‌توانیم گزارش‌های آزمایش PD سفارشی، توصیه‌های طراحی خاص برنامه، و پشتیبانی مداوم را برای اطمینان از عملکرد واحدهای شما در اوج عملکرد برای سال‌های آینده ارائه کنیم. اجازه ندهید تخلیه جزئی یک فکر بعدی باشد - بیایید در مورد اینکه چگونه ترانسفورماتورهای ما می توانند نیازهای خاص شما را برآورده کنند بحث کنیم.

مراجع

1. IEC 60076-11: ترانسفورماتورهای قدرت - قسمت 11: ترانسفورماتورهای نوع خشک، کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی، 2018.
2. «ویژگی‌های تخلیه جزئی عایق رزین اپوکسی در ترانسفورماتورهای نوع خشک»، IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 30، شماره 2، فروردین 1394، صص 768-775.
3. پیری زیست‌محیطی رزین‌های اپوکسی برای کاربردهای الکتریکی، آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL)، 2020.
4. "رهنمودهای تعمیر و نگهداری برای ترانسفورماتورهای نوع خشک"، استاندارد C57.12.90 موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE)، 2015.