Isolering av transformator

 

1.1 Isoleringsdefinition

Transformatorisoleringsmaterial hänvisar till materialen som används både inom och utanför transformatorn. Huvudfunktionen för dessa material är att isolera elektriska komponenter för att förhindra den okontrollerade ledningen av strömmen mellan lindningar av olika spänningsnivåer, mellan lindningar och kärnan, mellan lindningar och höljet och mellan lindningar och andra ledande delar. Användningen av isolerande material säkerställer att transformatorn kan fungera säkert inom det utformade elektriska spänningsområdet, vilket förhindrar elektrisk nedbrytning, kortslutningar och andra elektriska fel.

 

1.2 Isoleringsfunktion

• Elektrisk isolering

Isolerande material förhindrar elektriska kortslutningar eller nedbrytningar genom att tillhandahålla en högresistensväg, vilket förhindrar att strömmen flyter från en elektrisk komponent till en annan eller mark.

• Högtrycksmotståndsprestanda

Isolerande material måste kunna motstå högspänning och omedelbar överspänning under drift av transformatorn (såsom spänningsspikar orsakade av blixtnedslag eller växeloperationer) utan elektrisk nedbrytning.

• Värmemotståndsprestanda

Transformatorer genererar värme under drift, så isolerande material måste ha tillräcklig värmebeständighet för att förhindra nedbrytning eller fel vid höga temperaturer.

• Mekaniskt skydd

Isolerande material måste också ge mekaniskt stöd och skydd för att förhindra att lindningar eller andra elektriska komponenter skadas på grund av vibrationer, chock eller yttre stress.

• Långsiktig stabilitet

Isolerande material bör ha god anti-aging-prestanda och kunna behålla sina elektriska och mekaniska egenskaper under långvarig drift.

 

1.3 Typ av isolering

• Lindande isoleringsmaterial: emaljerad tråd, pappersklädd tråd, glasfibertejp osv

• Huvudisolerande material: elektriskt papper, epoxiharts, isolerande olja

• distanser och stödmaterial: Pressade träbrädor, epoxiglasfiberbrädor

• Isolering mellan lindningar: Interlagerisoleringspapper, polyesterfilm

• Slutisoleringsmaterial: Isolerande ärm, slutisolering

• blyisoleringsmaterial: isolerande mantel, isolerande tejp

• Ytterligare isolerande material: Mica Tape, High-temperaturbeständig packning

• Hölje och strukturell isolering: Isolerande partitionskort, isolerande stödremsor

• isolerande olja: Huvudsakligen används i oljeupptäckta transformatorer, det tjänar ett dubbelt syfte att kyla och isolera

• Transformator extern isolering: Porslinbussningar, som används vid högspänningsledningen, ger elektrisk isolering och mekaniskt stöd

 

 

2.1 Definitionen av isoleringsnivå

Isoleringsnivån för en transformator hänvisar till förmågan hos det inre isoleringssystemet för transformatorn att motstå specifika spänningsspänningar (såsom kraftfrekvensspänning, blixtpulsspänning eller omkopplingsdrift) utan elektrisk nedbrytning. Det är en viktig indikator för att mäta transformatorns motstånd mot elektrisk stress såsom elektriska fel och överspänningshändelser (såsom blixtnedslag och växeloperationer) under drift. Isoleringsnivån påverkar direkt tillförlitligheten, säkerheten och livslängden för transformatorer.

 

2.2 Kärnelementet i isoleringsnivån

• Toleranskapaciteten för elektrisk stress

Huvudsyftet med isoleringsnivån är att säkerställa att lindningarna, kärnan och andra elektriska komponenter i transformatorn inte upplever nedbrytning, partiell urladdning eller andra former av elektriska fel när de utsätts för elektrisk spänning.

• Egenskaperna hos isolerande material

Isoleringsnivån är direkt relaterad till kvaliteten på det isolerande materialet. Den dielektriska styrkan, värmemotståndet, åldrande motstånd, fuktmotstånd och andra egenskaper hos materialet bestämmer den elektriska spänningen som transformatorn tål.

• Isoleringsdesign

Isoleringsnivån beror också på utformningen av transformatorn, inklusive val av material, tjocklek, layoutmetod etc. Rimlig isoleringsdesign kan effektivt förbättra isoleringsnivån för transformatorer och säkerställa stabiliteten för isoleringssystemet under högspänning och höga temperaturförhållanden.

• Isoleringssystemets övergripande tillförlitlighet

Isoleringsnivå hänvisar inte bara till toleranskapaciteten för ett enda material, utan inkluderar också tillförlitligheten för hela isoleringssystemet i design, tillverkning och drift. Ett isoleringssystem av hög kvalitet kan behålla sin elektriska prestanda under långvarig drift och undvika prestandaförstöring orsakad av åldrande eller miljöförändringar.

 

3.1 Se till att elektrisk säkerhet

Isoleringsnivå är en nyckelindikator för att mäta om en transformator kan fungera säkert under olika elektriska spänningsförhållanden, såsom kraftfrekvensspänning, blixtimulspänning och driftspänning. Höga isoleringsnivåer innebär att transformatorer tål dessa spänningar utan nedbrytning eller kortslutning och därmed säkerställa kraftsystemets totala säkerhet. Isoleringssystemets tillförlitlighet är direkt relaterad till huruvida transformatorn kommer att uppleva strömavbrott, skador på utrustning eller allvarligare kraftolyckor på grund av elektriska fel.

 

3.2 Förbättra transformatorns tillförlitlighet

Under drift kommer transformatorer att möta olika elektriska spänningar, såsom överspänning och omedelbar spänningsspikar. Höga isoleringsnivåer gör det möjligt för transformatorer att upprätthålla normal drift när de står inför dessa utmaningar, undviker isoleringsfel eller partiell urladdning. Detta förbättrar inte bara transformatorns tillförlitlighet, utan minskar också underhålls- och ersättningskostnaderna orsakade av avstängning på grund av fel.

 

3.3 Förlänga livslängden

Under drift kommer transformatorer att möta olika elektriska spänningar, såsom överspänning och omedelbar spänningsspikar. Höga isoleringsnivåer gör det möjligt för transformatorer att upprätthålla normal drift när de står inför dessa utmaningar, undviker isoleringsfel eller partiell urladdning. Detta förbättrar inte bara transformatorns tillförlitlighet, utan minskar också underhålls- och ersättningskostnaderna orsakade av avstängning på grund av fel.

 

3.4 Svara på miljöpåverkan

Transformatorer behöver ofta arbeta under olika komplexa miljöförhållanden, inklusive hög luftfuktighet, hög förorening, extrema temperaturer och andra miljöer. Den höga isoleringsnivån gör det möjligt för transformatorn att anpassa sig till dessa miljöförhållanden utan en minskning av isoleringsprestanda eller fel. Detta är särskilt viktigt för transformatorer som arbetar i hårda miljöer, såsom kraftutrustning i kustområden, industrizoner eller hög höjdregioner.

 

3.5 Motstå oväntade händelser

Plötsliga händelser som blixtnedslag och switchoperationer kan utöva extremt högspänningsspänning på transformatorer på kort tid. Transformatorns höga isoleringsnivå kan säkerställa att den fortfarande kan fungera normalt under dessa omständigheter och inte kommer att orsaka isoleringsfördelning på grund av omedelbara spänningsspikar. Detta är avgörande för att upprätthålla stabiliteten i kraftnätet, särskilt i områden med extremt väder eller ofta kraftnätverksamhet.

 

3.6 Uppfyller standarder och specifikationer

Kraftindustrin har strikta standarder och regleringskrav för isoleringsnivån för transformatorer, såsom IEC (International Electrotechnical Commission) eller IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Höga isoleringsnivåer kan säkerställa att transformatorer uppfyller dessa internationella standarder och därmed garanterar deras anpassningsbarhet och acceptabilitet på den globala marknaden. Detta hjälper inte bara att säkerställa att produkterna efterlevnades, utan ger också en garanti för tillämpning av transformatorer i olika länder och regioner.

 

3.7 Minska underhålls- och driftskostnaderna

Transformatorer med en hög isoleringsnivå har färre fel under drift, vilket innebär mindre underhållskrav och driftstopp, och därmed sänker driftskostnaderna. Dessutom minskar den höga isoleringsnivån också underhålls- och ersättningskostnaderna orsakade av isoleringsåldring eller fel.

 

3.8 Supportnätstabilitet

Transformatorer är nyckelutrustning i kraftsystem, och deras operativa stabilitet påverkar direkt den totala stabiliteten i kraftnätet. En hög isoleringsnivå kan säkerställa att transformatorer fungerar säkert och stabilt under lång tid i kraftnätet, minska kedjereaktionen orsakad av utrustningsfel och därmed garantera kontinuiteten och tillförlitligheten för strömförsörjningen.

 

3.9 Sammanfattning

Isoleringsnivån för en transformator är avgörande för att säkerställa utrustningens säkerhet, tillförlitlighet, hållbarhet och dess anpassningsförmåga till olika driftsmiljöer. Genom att utforma och tillverka transformatorer med höga isoleringsnivåer kan kraftsystemets totala prestanda effektivt förbättras, utrustningens livslängd kan förlängas och drifts- och underhållskostnader kan sänkas. Dessa fördelar har gjort det möjligt för höga isoleringsnivåer att ockupera en kärnposition i utrustning, tillverkning av utrustning och drift och underhåll av kraftsystem.

 

4.1 Applicerad spänningstest - Definition

Det applicerade spänningstestet för en transformator, även känd som kraftfrekvensen tål test, är en testspänning som appliceras på varje lindning av transformatorn som är högre än dess normala driftspänning. För att verifiera tål kapacitet och tillförlitlighet hos dess isoleringssystem under extrema spänningsförhållanden. Denna typ av test utförs vanligtvis under tillverkningsprocessen och acceptansprocesser på plats, och det är ett av de viktiga medlen för att säkerställa elektrisk säkerhet för transformatorer vid faktiska drift.

4.1.1 Tillämpad spänningstest - Syfte

• Verifiera isoleringsstyrkan

Genom att applicera en spänning högre än den normala driftspänningen, kontrollera om isoleringssystemet mellan transformatorlindningarna, mellan lindningarna och kärnan och mellan lindningarna och höljet har tillräcklig styrka för att motstå elektrisk uppdelning

• Upptäck tillverkningsfel

Extern motståndspänningstest kan exponera möjliga isoleringsdefekter i transformatortillverkningsprocessen, såsom partiell urladdning, försämring eller skador på isoleringsmaterial. Dessa defekter är mer benägna att detekteras under högspänningsförhållanden

• Se till att operationell säkerhet

Genom extern motståndspänningstest säkerställs det att transformatorn kan fungera säkert under normala och onormala spänningsförhållanden under arbetslivet, vilket förhindrar skador på utrustning eller strömavbrott orsakade av elektriska fel.

4.1.2 Tillämpad spänningstest - Metodöversikt

Den applicerade spänningstestmetoden innebär att man applicerar en testspänning högre än den normala driftspänningen på transformatorlindningarna, såsom två gånger spänningen, och underhåll den i en minut för att verifiera uthålligheten och tillförlitligheten hos dess isoleringssystem under extrema spänningsförhållanden.

 

4.2 Lightning Impulse Tistand Test-Bil-Definition

Blixtimpulstestet är en testmetod som simulerar tålens kapacitet för isoleringssystemet för kraftutrustning (såsom transformatorer) under blixtnedslag. Detta test är ett viktigt för att bedöma om en transformator kan undvika isoleringsfördelning när den slås av blixt, vilket säkerställer transformatorns säkerhet och tillförlitlighet.

4.2.1 Lightning Impulse tål testbil-Syfte

• Verifiera isoleringsstyrkan

Genom att applicera högspänningspulser som simulerar blixtnedslag, testas det om transformatorisoleringssystemet kan förbli intakt under extrema förhållanden för att förhindra elektrisk nedbrytning.

• Upptäck potentiella defekter

Upptäck möjliga defekter i isoleringssystemet, såsom bubblor, sprickor eller åldrande problem. Dessa defekter kanske inte är synliga under normal drift, men de kan orsaka isoleringsfel under blixtnedslag.

• Se till att utrustningens säkerhet

Se till att transformatorn kan fungera säkert i faktiska blixtnedslag för att undvika skador på utrustning eller kraftsystemfel orsakade av isoleringsfel.

4.2.2 Lightning Impulse Tistland Test-Bil-Metodöversikt

Med hjälp av en impulspänningsgenerator appliceras en pulspänning som simulerar blixtnedslag på transformatorns lindningar. Tester utförs vanligtvis flera gånger (till exempel 3 till 6 positiva polaritetseffekter), och tester utförs vid olika terminaler. Transformatorns svarvågform övervakas genom utrustning såsom oscilloskop för att upptäcka eventuella onormala fenomen (såsom partiell urladdning och isoleringsfördelning). Registrera spänningsvärdet, vågformen och svaret på varje påverkan.

 

4.3 Namnplatta

• blixtnivå

Det representeras av symbolen Li och spänningsenheten är KV

• applicerad spänningsnivå

Det representeras av symbolen AC och spänningsenheten är KV

Till exempel:

En 80MVA 132\/33KV Power Transformer

Högspänning: LI\/AC 650\/275 KV

Högspänning Neutral punkt: LI\/AC 325\/140KV

Lågspänning: LI\/AC 170\/70 KV

 

 

4.4 Standarder

 

IEC	IEEE	CSA
IEC 60076-3-2013 Power Transformers - Del 3 Isoleringsnivåer, dielektriska test och externa clearances i luft	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (R2022)

 

 

5.1 Växlingsimpuls tål spänning, SIL

• Definition

Den maximala spänningen som en transformator kan motstå under överspänningsförhållanden som orsakas av switchoperationer, etc. Jämfört med blixtimpuls är vågformen för operationell impuls mildare, men varaktigheten är längre.

• funktion

Se till att transformatorn kan fungera stabilt utan isoleringsfel under överspänningsförhållanden orsakade av kraftsystemets operationer (såsom öppning och stängning av brytare).

 

5.2 Partiell urladdningsnivå, PD

• Definition

Partiell urladdning hänvisar till fenomenet med partiell dielektrisk nedbrytning som sker inuti eller på ytan av ett isoleringssystem under högspänningsförhållanden, vanligtvis inte helt korsar elektrodavståndet.

• funktion

Genom att mäta nivån på partiell urladdning kan potentiella defekter i isoleringssystem, såsom bubblor, sprickor eller material åldrande, detekteras för att förhindra att dessa små urladdningar utvecklas till allvarliga isoleringsfel.

 

5.3 Isoleringsmotstånd IR

• Definition

Mät motståndsvärdet mellan lindningen och marken eller mellan olika lindningar. Ju högre isoleringsmotstånd, desto bättre är isoleringssystemet.

• funktion

Testet av isoleringsmotstånd används för dagligt underhåll och inspektion, vilket hjälper till att bedöma hälsostatus och fuktinnehåll i isoleringssystemet och förhindra isoleringsförsämring.

 

5.4 Dissipationsfaktor, Tan Delta

• Definition

Den dielektriska förlustfaktorn (solbränna) representerar den elektriska förlusten av isolerande material, vilket återspeglar energiförlusten av materialen under verkan av ett elektriskt fält.

• funktion

Det används för att utvärdera de elektriska egenskaperna och åldrande graden av isolerande material. Ett högre solbrun Δ -värde kan indikera åldrande eller defekter i isoleringssystemet.

 

5.5 Termisk klass

• Definition

Den maximala temperaturen som isolerande material kan motstå under en lång tidsperiod indikeras vanligtvis med olika bokstavsgrader (såsom A, B, F, H), motsvarande olika maximala tillåtna temperaturer.

• funktion

Det används för urval och utformning av isoleringsmaterial för att säkerställa att materialen inte förlorar sin isolerande prestanda vid den förväntade driftstemperaturen.

 

5.6 Temperaturökningstest

• Definition

Mät temperaturökningen av transformatorns lindningar, kärnor och isoleringssystem när det fungerar vid den nominella lasten

• funktion

Se till att transformatorn inte upplever accelererad åldrande eller misslyckande av isoleringsmaterial på grund av överhettning under normala driftsförhållanden.

 

5.7 Krypavstånd och avstånd

• Definition

Krypavstånd är det kortaste avståndet mellan två ledande delar längs en isolerande yta, och elektrisk clearance är det kortaste avståndet genom vilket luften passerar mellan två ledande delar.

• funktion

Att säkerställa tillräckligt med krypavstånd och elektrisk clearance kan förhindra ytutsläpp och luftfördelning och garantera transformatorns säkerhet i fuktiga eller förorenade miljöer.

 

5.8 Isoleringsolja

• Definition

Det inkluderar indikatorer som nedbrytningsspänning, syravärde och fuktinnehåll, vilket återspeglar isoleringsprestanda och stabilitet hos isoleringsolja.

• funktion

Kvaliteten på isolerande olja har en direkt inverkan på transformatorns totala isoleringsnivå. Regelbunden övervakning av prestandaindikatorerna för isolerande olja kan förhindra elektriska fel.

 

Dessa parametrar täcker alla aspekter av transformatorisoleringssystemet, från materialegenskaper till övergripande design. Genom omfattande testning och utvärdering säkerställer det att transformatorn har tillräckliga isoleringsnivåer under olika arbetsförhållanden och därmed garanterar dess säkra och pålitliga drift. Varje parameter återspeglar en specifik aspekt av isoleringssystemet. Genom att integrera dessa indikatorer kan transformatorns isoleringsnivå utvärderas omfattande, vilket säkerställer dess stabilitet och säkerhet i kraftsystemet.