Izolácia transformátora

 

1.1 Definícia izolácie

Izolačné materiály transformátora sa vzťahujú na materiály používané vo vnútri aj mimo transformátora. Hlavnou funkciou týchto materiálov je izolácia elektrických komponentov, aby sa zabránilo nekontrolovanému vedeniu prúdu medzi vinutiami rôznych úrovní napätia, medzi vinutiami a jadrom, medzi vinutiami a puzdrami a medzi vinutiami a inými vodivými časťami. Použitie izolačných materiálov zaisťuje, že transformátor môže bezpečne pracovať v rámci navrhnutého rozsahu elektrického napätia, čím sa bráni elektrickému rozkladu, skratom a iným elektrickým poruchám.

 

1.2 Izolačná funkcia

• Elektrická izolácia

Izolačné materiály bránia elektrickým skratom alebo poruchám poskytovaním dráhy s vysokým odporom, ktorá bráni prúdu prúdu z jednej elektrickej zložky do druhej alebo zeme.

• Vysokotlakový odpor

Izolačné materiály musia byť schopné vydržať vysoké napätie a okamžité prepätie počas prevádzky transformátora (ako sú špičky napätia spôsobené údermi bleskov alebo operácií spínača) bez elektrického rozpadu.

• Výkon tepelného odporu

Transformátory vytvárajú teplo počas prevádzky, takže izolačné materiály musia mať dostatočný tepelný odpor, aby sa zabránilo degradácii alebo zlyhaniu pri vysokých teplotách.

• Mechanická ochrana

Izolačné materiály musia tiež poskytnúť mechanickú podporu a ochranu, aby sa zabránilo poškodeniu vinutí alebo iných elektrických komponentov v dôsledku vibrácií, nárazu alebo vonkajšieho napätia.

• Dlhodobá stabilita

Izolačné materiály by mali mať dobrý výkon proti starnutiu a mali by byť schopné udržiavať svoje elektrické a mechanické vlastnosti počas dlhodobej prevádzky.

 

1.3 Typ izolácie

• Izolačné materiály vinutia: smaltovaný drôt, drôt na papieri, páska zo sklenených vlákien atď.

• Hlavné izolačné materiály: Elektrický papier, epoxidová živica, izolačný olej

• rozpery a podporné materiály: Lisované drevené dosky, dosky na epoxidové sklenené vlákna

• Izolácia medzi vinutiami: Izolačný papier medzivrstvy, polyesterový film

• Konečný izolačný materiál: Izolačný rukáv, koncová izolácia

• Olovené izolačné materiály: Izolačný plášť, izolačná páska

• Ďalšie izolačné materiály: sľudová páska, tesnenie odolné voči vysokej teplote

• Kryt a štrukturálna izolácia: Izolačné oddielové tabule, izolačné podporné prúžky

• Izolačný olej: Hlavne používaná v olejových transformátoroch, slúži dvojitým účelom chladenia a izolácie

• Externá izolácia transformátora: Porcelánové puzdrá, ktoré sa používajú pri vývode olovo s vysokým napätím, poskytujúc elektrickú izoláciu a mechanickú podporu

 

 

2.1 Definícia úrovne izolácie

Úroveň izolácie transformátora sa vzťahuje na schopnosť vnútorného izolačného systému transformátora odolávať špecifickým napätiam napätia (ako je napätie frekvencie výkonnosti, impulzné napätie blesku alebo prepínač) bez elektrického rozkladu. Je to kľúčový indikátor na meranie odporu transformátora voči elektrickému napätiu, ako sú elektrické poruchy a preplnenie udalostí (ako sú bleskové údery a operácie prepínača) počas prevádzky. Úroveň izolácie priamo ovplyvňuje spoľahlivosť, bezpečnosť a životnosť transformátorov.

 

2.2 Základný prvok úrovne izolácie

• Kapacita tolerancie elektrického napätia

Hlavným účelom úrovne izolácie je zabezpečiť, aby vinutia, jadro a iné elektrické komponenty transformátora nezažili rozpad, čiastočný výtok ani iné formy elektrických porúch, keď sú vystavené elektrickému napätiu.

• Vlastnosti izolačných materiálov

Úroveň izolácie priamo súvisí s kvalitou izolačného materiálu. Dielektrická pevnosť, tepelný odpor, odolnosť proti starnutiu, odpor vlhkosti a ďalšie vlastnosti materiálu určujú elektrické napätie, ktoré transformátor vydrží.

• Izolačný dizajn

Úroveň izolácie tiež závisí od návrhu transformátora, vrátane výberu materiálov, hrúbky, metódy rozloženia atď. Primeraný návrh izolácie môže účinne zvýšiť úroveň izolácie transformátorov a zabezpečiť stabilitu izolačného systému za podmienok vysokého napätia a vysokej teploty.

• Celková spoľahlivosť izolačného systému

Úroveň izolácie sa vzťahuje nielen na tolerančnú kapacitu jedného materiálu, ale zahŕňa aj spoľahlivosť celého izolačného systému pri návrhu, výrobe a prevádzke. Kvalitný izolačný systém si môže zachovať svoj elektrický výkon počas dlhodobej prevádzky a vyhnúť sa degradácii výkonu spôsobenej starnutím alebo zmenami životného prostredia.

 

3.1 Zaistite elektrickú bezpečnosť

Úroveň izolácie je kľúčovým indikátorom na meranie, či transformátor môže bezpečne pracovať za rôznych podmienok elektrického napätia, ako je napätie frekvencie výkonu, impulzné napätie blesku a prevádzkové impulzné napätie. Vysoké úrovne izolácie znamenajú, že transformátory môžu odolávať týmto napätiam bez rozkladu alebo skratu, čím sa zabezpečí celková bezpečnosť energetického systému. Spoľahlivosť izolačného systému priamo súvisí s tým, či transformátor zažije výpadky napájania, poškodenie zariadenia alebo závažnejšie nehody energie v dôsledku elektrických porúch.

 

3.2 Zlepšiť spoľahlivosť transformátorov

Počas prevádzky sa transformátory stretnú s rôznymi elektrickými napätiami, ako sú prepätie a okamžité špičky napätia. Vysoké úrovne izolácie umožňujú transformátorom udržiavať normálnu prevádzku, keď čelia týmto výzvam, vyhýbajúc sa zlyhaniu izolácie alebo čiastočnému prepusteniu. To nielen zvyšuje spoľahlivosť transformátora, ale tiež znižuje náklady na údržbu a výmenu spôsobené vypnutím v dôsledku porúch.

 

3.3 Rozšírte životnosť

Počas prevádzky sa transformátory stretnú s rôznymi elektrickými napätiami, ako sú prepätie a okamžité špičky napätia. Vysoké úrovne izolácie umožňujú transformátorom udržiavať normálnu prevádzku, keď čelia týmto výzvam, vyhýbajúc sa zlyhaniu izolácie alebo čiastočnému prepusteniu. To nielen zvyšuje spoľahlivosť transformátora, ale tiež znižuje náklady na údržbu a výmenu spôsobené vypnutím v dôsledku porúch.

 

3.4 Reagovanie na vplyvy na životné prostredie

Transformátory často musia pracovať za rôznych zložitých podmienok prostredia, vrátane vysokej vlhkosti, vysokého znečistenia, extrémnych teplôt a iných prostredí. Vysoká úroveň izolácie umožňuje transformátora prispôsobiť sa týmto podmienkam prostredia bez poklesu výkonnosti alebo zlyhania izolácie. Toto je obzvlášť dôležité pre transformátory pôsobiace v drsných prostrediach, ako sú energetické vybavenie v pobrežných oblastiach, priemyselné zóny alebo regióny vysokých nadmorských výšok.

 

3.5 odolať neočakávaným udalostiam

Náhle udalosti, ako sú údery blesku a prepínacie operácie, môžu v krátkom časovom období vyvíjať extrémne vysoké napätie na transformátoroch. Vysoká úroveň izolácie transformátora môže zabezpečiť, že za týchto okolností môže stále fungovať normálne a nespôsobí rozpad izolácie v dôsledku okamžitých špičiek napätia. Je to rozhodujúce pre udržiavanie stability energetickej mriežky, najmä v oblastiach s extrémnym počasím alebo častými operáciami napájania.

 

3.6 Spĺňajte normy a špecifikácie

Energetický priemysel má prísne štandardy a regulačné požiadavky na úroveň izolácie transformátorov, ako sú štandardy IEC (Medzinárodná elektrotechnická komisia) alebo IEEE (Inštitút elektrických a elektronických inžinierov). Vysoké úrovne izolácie môžu zabezpečiť, aby transformátory dodržiavali tieto medzinárodné normy, čím sa zaručuje ich prispôsobivosť a prijateľnosť na globálnom trhu. To nielenže pomáha zabezpečiť súlad s výrobkami, ale tiež poskytuje záruku uplatňovania transformátorov v rôznych krajinách a regiónoch.

 

3.7 Znížte náklady na údržbu a prevádzku

Transformátory s vysokou úrovňou izolácie majú počas prevádzky menej porúch, čo znamená menšie požiadavky na údržbu a prestoje, čím sa znižujú prevádzkové náklady. Vysoká úroveň izolácie navyše znižuje náklady na údržbu a výmenu spôsobené starnutím alebo zlyhaním izolácie.

 

3.8 Podporte stabilitu mriežky

Transformátory sú kľúčové vybavenie v energetických systémoch a ich prevádzková stabilita priamo ovplyvňuje celkovú stabilitu energetickej mriežky. Vysoká úroveň izolácie môže zabezpečiť, aby transformátory pracovali bezpečne a stabilne po dlhú dobu v energetickej mriežke, znížili reťazovú reakciu spôsobenú zlyhaním zariadenia, a tým zaručujú kontinuitu a spoľahlivosť napájania.

 

3.9 Zhrnutie

Úroveň izolácie transformátora je rozhodujúca pre zabezpečenie bezpečnosti, spoľahlivosti, trvanlivosti zariadenia a jeho prispôsobivosti na rôzne prevádzkové prostredie. Navrhovaním a výrobou transformátorov s vysokou úrovňou izolácie sa môže celkový výkon energetického systému efektívne zvýšiť, môže sa predĺžiť životnosť zariadenia a môžu sa znížiť náklady na prevádzku a údržbu. Tieto výhody umožnili vysoké úrovne izolácie zaberať základnú polohu v návrhu, výrobe zariadení a prevádzke a údržbe energetických systémov.

 

4.1 Aplikovaný test napätia - definícia

Test aplikovaného napätia transformátora, tiež známy ako test, ktorý odoláva výkonu, je testovacie napätie aplikované na každé vinutie transformátora, ktorý je vyššie ako jeho normálne prevádzkové napätie. Overiť vydržať kapacitu a spoľahlivosť svojho izolačného systému za extrémnych podmienok napätia. Tento druh testu sa zvyčajne vykonáva počas výrobného procesu a testov na akceptáciu na mieste a je to jeden z dôležitých prostriedkov na zabezpečenie elektrickej bezpečnosti transformátorov v skutočnej prevádzke.

4.1.1 Test aplikovaného napätia - účel

• Overte silu izolácie

Aplikáciou napätia vyššie ako normálne prevádzkové napätie skontrolujte, či izolačný systém medzi vinutiami transformátora, medzi vinutiami a jadrom a medzi vinutiami a plášťom má dostatočnú pevnosť na odolávanie elektrickým rozkladom

• Zistite výrobné chyby

Testovanie vonkajšieho vydržania napätia môže odhaliť možné defekty izolácie v procese výroby transformátora, ako je čiastočné výtoky, zhoršenie alebo poškodenie izolačných materiálov. Tieto defekty sa s väčšou pravdepodobnosťou detegujú za podmienok vysokého napätia

• Zabezpečiť prevádzkovú bezpečnosť

Prostredníctvom vonkajšieho vydržania testovania napätia je zabezpečené, že transformátor môže bezpečne pracovať za normálnych a neobvyklých podmienok napätia počas svojej pracovnej životnosti, čím sa zabráni poškodeniu zariadenia alebo výpadkom napájania spôsobených elektrickými poruchami.

4.1.2 Test aplikovaného napätia - Prehľad metódy

Aplikovaná metóda testu napätia zahŕňa použitie testovacieho napätia vyššie ako normálne prevádzkové napätie na vinutie transformátorov, ako je dvojnásobok napätia, a jeho udržiavanie na jednu minútu na overenie vytrvalosti a spoľahlivosti jeho izolačného systému v extrémnych podmienkach napätia.

 

4.2 Bleskový impulz odoláva testu-definícia

Bleskový impulzný test je testovacia metóda, ktorá simuluje vydržanie kapacity izolačného systému energetických zariadení (napríklad transformátorov) za podmienok blesku. Tento test je dôležitý na posúdenie, či sa transformátor môže vyhnúť rozpadu izolácie, keď zasiahne bleskom, čím sa zabezpečí bezpečnosť a spoľahlivosť transformátora.

4.2.1 Bleskový impulz odoláva testu-účel

• Overte silu izolácie

Aplikáciou vysokorýchlostných impulzov, ktoré simulujú údery blesku, sa testuje, či systém izolácie transformátora môže zostať v extrémnych podmienkach nedotknutý, aby sa zabránilo elektrickému rozkladu.

• Objavte potenciálne chyby

Zistite možné defekty v izolačnom systéme, ako sú bubliny, praskliny alebo problémy s starnutím. Tieto defekty nemusia byť viditeľné počas normálnej prevádzky, ale môžu spôsobiť zlyhanie izolácie pri úderoch blesku.

• Zaistite bezpečnosť zariadenia

Uistite sa, že transformátor môže bezpečne pracovať v skutočných udalostiach blesku štrajku, aby sa predišlo poškodeniu zariadenia alebo zlyhaniami energetického systému spôsobené zlyhaním izolácie.

4.2.2 Bleskový impulz odoláva Test-Bil-Prehľad metódy

Pomocou generátora impulzného napätia sa na vinutie transformátora aplikuje pulzné napätie simulujúce bleskové údery. Testy sa zvyčajne vykonávajú niekoľkokrát (napríklad 3 až 6 pozitívnych vplyvov polarity) a testy sa vykonávajú na rôznych termináloch. Kňaz vlny odozvy transformátora sa monitoruje prostredníctvom zariadení, ako sú osciloskopy, aby sa detegovali akékoľvek abnormálne javy (napríklad čiastočné výtoky a zlyhanie izolácie). Zaznamenajte hodnotu napätia, priebeh a reakciu každého nárazu.

 

4.3 Zobrazenie štítkov

• Blesková úroveň impulzu

Je reprezentovaný symbolom Li a napätie je kv

• Aplikovaná úroveň napätia

Je reprezentovaný symbolom striedavým a napätím je KV

Napríklad:

80MVA 132\/33 kV výkonný transformátor

Vysoké napätie: Li\/AC 650\/275 KV

Vysoké napätie neutrálneho bodu: Li\/AC 325\/140 kV

Nízke napätie: Li\/AC 170\/70 KV

 

 

4.4 Normy

 

IEC	Ieee	CSA
IEC 60076-3-2013 Výkonové transformátory - úrovne izolácie 3, dielektrické testy a vonkajšie voľné prostriedky vo vzduchu	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (R2022)

 

 

5.1 Oddrvenie prepínania impulzu, napätie, SIL

• Definícia

Maximálne napätie, ktoré transformátor vydrží pri podmienkach nárazu prepätia spôsobené operáciami prepínača atď. V porovnaní s impulzom blesku je priebeh prevádzkového impulzu miernejší, ale trvanie je dlhšie.

• Funkcia

Uistite sa, že transformátor môže pracovať stabilne bez izolačných porúch za podmienok prepätia spôsobených operáciami energetického systému (napríklad otváranie a zatváranie ističov).

 

5.2 Úroveň čiastočného výboja, PD

• Definícia

Čiastočné výtoky sa vzťahuje na jav čiastočného dielektrického rozkladu, ktorý sa vyskytuje vo vnútri alebo na povrchu izolačného systému za podmienok vysokého napätia, zvyčajne nie úplne prekrížený rozstup elektród.

• Funkcia

Meraním úrovne čiastočného výboja je možné zistiť potenciálne defekty v izolačných systémoch, ako sú bubliny, praskliny alebo starnutie materiálu, aby sa zabránilo tomu, aby sa tieto malé výboje vyvíjali na závažné izolačné poruchy.

 

5.3 Izolačný odpor IR

• Definícia

Zmerajte hodnotu odporu medzi vinutím a zemou alebo medzi rôznymi vinutiami. Čím vyšší je izolačná rezistencia, tým lepší je izolačný systém.

• Funkcia

Test izolačnej rezistencie sa používa na každodennú údržbu a kontrolu, čo pomáha hodnotiť zdravotný stav a obsah vlhkosti v izolačnom systéme a zabrániť zhoršeniu izolácie.

 

5.4 Faktor rozptylu, Tan Delta

• Definícia

Faktor dielektrickej straty (Tan A) predstavuje elektrickú stratu izolačných materiálov, čo odráža stratu energie materiálov pri pôsobení elektrického poľa.

• Funkcia

Používa sa na vyhodnotenie elektrických vlastností a stupňa starnutia izolačných materiálov. Vyššia hodnota Tan A môže naznačovať starnutie alebo defekty v izolačnom systéme.

 

5.5 Termálna trieda

• Definícia

Maximálna teplota, ktorú izolačné materiály môžu vydržať po dlhú dobu, je zvyčajne označená rôznymi stupňami písmen (ako je A, B, F, H), čo zodpovedá rôznym maximálnym povoleným teplotám.

• Funkcia

Používa sa na výber a návrh izolačných materiálov, aby sa zabezpečilo, že materiály nestratia svoj izolačný výkon pri očakávanej prevádzkovej teplote.

 

5.6 Test na zvýšenie teploty

• Definícia

Zmerajte zvýšenie teploty vinutia, jadra a izolačného systému transformátora, keď pracuje pri menovitom zaťažení

• Funkcia

Zaistite, aby transformátor nezažil zrýchlené starnutie alebo zlyhanie izolačných materiálov v dôsledku prehriatia za normálnych prevádzkových podmienok.

 

5.7 Vzdialenosť a vôľa plazivosti

• Definícia

Vzdialenosť vzplíženia je najkratšia vzdialenosť medzi dvoma vodivými časťami pozdĺž izolačného povrchu a elektrická vôľa je najkratšia vzdialenosť, cez ktorú vzduch prechádza medzi dvoma vodivými časťami.

• Funkcia

Zabezpečenie dostatočnej vzdialenosti voči vzrastaniu a elektrickej vôle môže zabrániť výtoku povrchu a rozkladu vzduchu a zaručiť bezpečnosť transformátora v vlhkých alebo znečistených prostrediach.

 

5.8 Izolačný olej

• Definícia

Zahŕňa ukazovatele, ako je rozkladové napätie, hodnota kyseliny a obsah vlhkosti, odrážajúce izolačnú výkonnosť a stabilitu izolačného oleja.

• Funkcia

Kvalita izolačného oleja má priamy vplyv na celkovú úroveň izolácie transformátora. Pravidelné monitorovanie ukazovateľov výkonnosti izolačného oleja môže zabrániť elektrickým poruchám.

 

Tieto parametre pokrývajú všetky aspekty izolačného systému transformátora, od materiálových vlastností po celkový návrh. Prostredníctvom komplexného testovania a hodnotenia zaisťuje, že transformátor má v rôznych pracovných podmienkach dostatočnú úroveň izolácie, čím zaručuje jeho bezpečnú a spoľahlivú prevádzku. Každý parameter odráža špecifický aspekt izolačného systému. Integráciou týchto ukazovateľov je možné komplexne vyhodnotiť úroveň izolácie transformátora, čím sa zabezpečí jeho stabilita a bezpečnosť v energetickom systéme.