Částečný výboj v olejových transformátorech: Povaha a běžné příčiny nadměrných úrovní částečného výboje

01 Úvod

Částečný výboj (PD) v olejových Výkonové transformátory zůstává celosvětově uznávanou výzvou v transformátorovém průmyslu. Řada výrobců utrpěla značné ztráty v důsledku poruch souvisejících s částečnými výboji.

K překročení hodnot PD může dojít během továrních zkoušek, kontrol třetích stran nebo u zákazníků. Hledání zdrojů PD je často jako „hledání jehly v kupce sena“, což vede k přepracování trvajícím dny nebo dokonce měsíce, což způsobuje značné ztráty kvality pro výrobce nebo koncové uživatele.

Proto je vědecky diagnostikovat a rychle identifikovat příčiny nadměrné PD zásadní.

02 Definice a podstata

Ačkoli neexistuje žádná oficiální definice, autor definuje Parkinsonovu chorobu jako:
[Výboj, k němuž dochází na lokalizovaných místech uvnitř transformátoru, ale který dosud nezpůsobil okamžité proražení izolace nebo přeskok.]

Scénáře PD se značně liší, ale sdílejí společnou podstatu:
[Strukturální, materiálové nebo výrobní vady v izolačním systému způsobují lokalizované zkreslení elektrického pole přesahující dielektrickou pevnost v daném bodě, což má za následek opakované, mikroskopické, nepronikající ionizační průrazy.]

Stručně řečeno, podstata částicové dynamiky spočívá v lokalizované koncentraci elektrického pole překračující počáteční intenzitu pole částicové dynamiky.

03 Primární příčiny

Na základě mechanismů PD může jakýkoli faktor způsobující nadměrné lokalizované elektrické pole vyvolat překročení PD.

3.1 Lokality PD
PD může mít původ v:

Pouzdra

 

Přepínače odboček OLTC/DETC

 

Potenciální zákazníci

 

Vinutí

 

Uzemňovací komponenty

 

Izolační povrchy/vnitřní vady

 

Transformátorový olej

Nejzranitelnější stránky:Vzduchové dutiny v pevné izolaci nebo plynové bubliny v oleji.
Důvod:Při napěťovém namáhání je intenzita elektrického pole nepřímo úměrná dielektrické konstantě (ε).

Papírová izolace ε ≈ 4,4

 

Vzduchové dutiny ε ≈ 2,0
→ Vzduchové dutiny zažívají ≈2,2× vyšší intenzitu pole.
S nízkou pevností v tahu (AC ≈2kV/mm), dutiny/bubliny se stávají slabými místy pro iniciaci PD.

3.2 Typy PD
Běžné typy PD v Olejový transformátors:

Výboj plynových bublin

 

Výboj způsobený vlhkostí(izolace proti vlhkosti)

 

Ostrý výboj elektrody(špičky vysokonapěťových/zemnících elektrod)

 

Výboj s plovoucím potenciálem

 

Klínovitý výtok olejové mezery

 

Výboj z kovových/kontaminujících částic

 

Vady lepidla(nadměrné/nekvalitní lepidlo v upínacích deskách/koncových kroužcích)

Klíčový poznatek:

Překročení limitů PD je zřídka spojeno s návrhem (pravděpodobnost ≈0,5 %).
Více než 95 % pochází z vad materiálu, procesu nebo výroby.

Zdůvodnění:Když se přepětí (LI, LIC, SI, LTAC) převedou na ekvivalentní 1minutové výdržné napětí síťového kmitočtu (DIL konverze), všechny překračují zkušební napětí PD (IVPD). Hlavní/podélná izolace je navržena pro scénář nejvyššího přepětí.

Žádný.	Typ PD	Umístění	Mechanismus	Běžné případy
1	Ostrý výboj elektrody	Upínací díly, nádrž, stoupající průchodky, krimpovací svorky	Malý poloměr zakřivení → vysoká hustota náboje → extrémní koncentrace pole	Nestíněné šrouby v blízkosti vysokonapěťových elektrod; ostré hrany na magnetickém stínění
2	Výboj plynových bublin/prázdnoty	Bubliny v oleji / dutiny v pevné izolaci	Nízká dielektrická konstanta (ε≈1) → vysoké polní napětí + nízká průrazná pevnost (2 kV/mm)	Neúplné vakuum; rychlé plnění olejem; nadměrné/špatné lepidlo v koncových kroužcích/vyrovnávacích koulích
3	Výboj způsobený vlhkostí	Vinutí, izolace jádra, vodiče	Vlhkost snižuje dielektrickou pevnost o 60-70%	Nedostatečné sušení jádra; nadměrné vystavení okolnímu vzduchu během montáže
4	Plovoucí potenciálový výboj	Pressboard, podpěry olov, magnetické bočníky	Akumulace náboje → náhlý vybíjecí impulz	Neuzemněné magnetické stínění; špatně připojené elektrostatické kroužky
5	Vypouštění kontaminujících látek	Voda/vlákna/kovové částice v oleji	Zkreslení pole + voda zvyšuje napětí v poli 2,9×	Nedostatečná filtrace oleje; znečištěné jádro; vniknutí vlhkosti

04 Výhled

Pochopení běžných typů, mechanismů, umístění a případových studií poruch poruch je nezbytné pro cílené řešení problémů.

V kombinaci s principy zapojení transformátorů, konstrukčním návrhem, charakteristikami průběhu částečných poruch, lokalizací polarity a diagnostickými testy tyto znalosti umožňují rychlou identifikaci hlavní příčiny a minimalizují ztráty kvality.