Izolace transformátoru

 

1.1 Definice izolace

Izolační materiály transformátoru odkazují na materiály použité uvnitř i vně transformátoru. Hlavní funkcí těchto materiálů je izolovat elektrické komponenty, aby se zabránilo nekontrolovanému vedení proudu mezi vinutími různých úrovní napětí, mezi vinutími a jádrem, mezi vinutími a pouzdrem a mezi vinutími a dalšími vodivými částmi. Použití izolačních materiálů zajišťuje, že transformátor může bezpečně pracovat v rámci navrženého rozsahu elektrického napětí a zabránit elektrickému rozpadu, zkratu a dalším elektrickým poruchám.

 

1.2 Izolační funkce

• Elektrická izolace

Izolační materiály zabraňují elektrickým zkratům nebo poruchám poskytnutím cesty s vysokou odolností, která zabraňuje proudu proudu z jedné elektrické složky na druhou nebo půdu.

• Vysokotlaký výkon odporu

Izolační materiály musí být schopny odolávat vysokému napětí a okamžitému přepětí během provozu transformátoru (jako jsou hroty napětí způsobené údery blesku nebo operacemi přepínání) bez elektrického rozpadu.

• Výkon odolnosti proti teplu

Transformátory generují teplo během provozu, takže izolační materiály musí mít dostatečnou tepelnou odolnost, aby se zabránilo degradaci nebo selhání při vysokých teplotách.

• Mechanická ochrana

Izolační materiály musí také poskytovat mechanickou podporu a ochranu, aby se zabránilo poškození vinutí nebo jiných elektrických složek kvůli vibracím, nárazu nebo vnějšímu stresu.

• Dlouhodobá stabilita

Izolační materiály by měly mít dobrý výkon proti stárnutí a během dlouhodobého provozu si mohou být schopni udržovat své elektrické a mechanické vlastnosti.

 

1.3 Typ izolace

• Navíjecí izolační materiály: Smaltovaný drát, papírový drát, páska ze skleněných vláken atd

• Hlavní izolační materiály: elektrický papír, epoxidová pryskyřice, izolační olej

• Spacery a podpůrné materiály: Stisknuté desky, desky z epoxidových skleněných vláken

• Izolace mezi vinutími: Izolační papír mezivrstvy, polyesterový film

• Konečný izolační materiál: Izolační rukáv, koncová izolace

• Izolační materiály olova: Izolační pouzdro, izolační páska

• Další izolační materiály: slísová páska, těsnění odolné vůči vysoké teplotě

• Uzavření a strukturální izolace: Izolační desky oddílů, izolační podpůrné proužky

• Izolační olej: Používá se hlavně v transformátorech ponořených olejem, slouží dvojímu účelu chlazení a izolace

• Externí izolace transformátoru: Porcelánové pouzdra, používané na výstupech olova s ​​vysokým napětím, poskytující elektrickou izolaci a mechanickou podporu

 

 

2.1 Definice úrovně izolace

Izolační úroveň transformátoru se týká schopnosti vnitřního izolačního systému transformátoru odolat specifickým napětím (jako je například napětí výkonu, napětí na napětí blesku nebo provozní napětí spínače) bez elektrického rozpadu. Je to klíčový indikátor pro měření odolnosti transformátoru vůči elektrickému napětí, jako jsou elektrické poruchy a události přepětí (jako jsou údery blesku a operace přepínání) během provozu. Úroveň izolace přímo ovlivňuje spolehlivost, bezpečnost a životnost transformátorů.

 

2.2 Hlavní prvek úrovně izolace

• Toleranční kapacita elektrického napětí

Hlavním účelem úrovně izolace je zajistit, aby vinutí, jádro a jiné elektrické složky transformátoru nezaznamenaly rozpad, částečný výtok ani jiné formy elektrických poruch, pokud jsou podrobeny elektrickému napětí.

• Vlastnosti izolačních materiálů

Úroveň izolace přímo souvisí s kvalitou izolačního materiálu. Dielektrická síla, odolnost proti teplu, odolnost vůči stárnutí, odolnost proti vlhkosti a další vlastnosti materiálu určují elektrické napětí, které transformátor vydrží.

• Návrh izolace

Úroveň izolace také závisí na návrhu transformátoru, včetně výběru materiálů, tloušťky, metody rozvržení atd. Přiměřená izolační návrh může účinně zvýšit úroveň izolace transformátorů a zajistit stabilitu izolačního systému za podmínek vysokého napětí a vysokých teplot.

• Celková spolehlivost izolačního systému

Úroveň izolace se netýká pouze toleranční kapacity jediného materiálu, ale také zahrnuje spolehlivost celého izolačního systému při návrhu, výrobě a provozu. Vysoce kvalitní izolační systém si může udržovat svůj elektrický výkon během dlouhodobého provozu a zabránit degradaci výkonu způsobený stárnutím nebo změnami životního prostředí.

 

3.1 Zajistěte elektrickou bezpečnost

Úroveň izolace je klíčovým indikátorem pro měření, zda může transformátor bezpečně pracovat za různých podmínek elektrického napětí, jako je napětí frekvence výkonu, napětí blesku a provozní impulzní napětí. Vysoké úrovně izolace znamenají, že transformátory dokážou odolávat těmto napětím bez rozpadu nebo zkratu, čímž zajistí celkovou bezpečnost energetického systému. Spolehlivost izolačního systému přímo souvisí s tím, zda transformátor zažije výpadky napájení, poškození zařízení nebo vážnější výkonové nehody v důsledku elektrických poruch.

 

3.2 Zlepšit spolehlivost transformátorů

Během provozu se transformátory setká s různými elektrickými napětími, jako jsou přepětí a okamžité hroty napětí. Vysoké úrovně izolace umožňují transformátorům udržovat normální provoz, když čelí těmto výzvám, a zabránit selhání izolace nebo částečnému výboji. To nejen zvyšuje spolehlivost transformátoru, ale také snižuje náklady na údržbu a výměnu způsobené vypnutím v důsledku poruch.

 

3.3 Prodloužit životnost

Během provozu se transformátory setká s různými elektrickými napětími, jako jsou přepětí a okamžité hroty napětí. Vysoké úrovně izolace umožňují transformátorům udržovat normální provoz, když čelí těmto výzvám, a zabránit selhání izolace nebo částečnému výboji. To nejen zvyšuje spolehlivost transformátoru, ale také snižuje náklady na údržbu a výměnu způsobené vypnutím v důsledku poruch.

 

3.4 Reakce na dopady na životní prostředí

Transformátory často musí fungovat za různých složitých podmínek prostředí, včetně vysoké vlhkosti, vysokého znečištění, extrémních teplot a jiných prostředí. Vysoká úroveň izolace umožňuje transformátoru přizpůsobit se těmto podmínkám prostředí bez poklesu výkonnosti nebo selhání izolace. To je zvláště důležité pro transformátory působící v drsných prostředích, jako jsou například zařízení v pobřežních oblastech, průmyslové zóny nebo ve vysokých výškách.

 

3.5 Odolejte neočekávané události

Náhlé události, jako jsou bleskové údery a operace přepínačů, mohou v krátkém časovém období vyvíjet extrémně vysoké napětí na transformátory. Vysoká úroveň izolace transformátoru může zajistit, aby za těchto okolností mohla stále fungovat normálně a nezpůsobí poruchu izolace v důsledku okamžitého hrotření napětí. To je zásadní pro udržení stability výkonové sítě, zejména v oblastech s extrémním počasím nebo častým provozem sítě.

 

3.6 Splňte standardy a specifikace

Energetický průmysl má přísné standardy a regulační požadavky na úroveň izolace, jako jsou standardy IEC (International Electrotechnical Commission) nebo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Vysoká úroveň izolace může zajistit, aby transformátory dodržovaly tyto mezinárodní standardy, čímž zaručily jejich přizpůsobivost a přijatelnost na globálním trhu. To nejen pomůže zajistit dodržování produktů, ale také poskytuje záruku pro použití transformátorů v různých zemích a regionech.

 

3.7 Snižte náklady na údržbu a provoz

Transformátory s vysokou úrovní izolace mají během provozu méně chyb, což znamená menší požadavky na údržbu a prostoje, čímž se snižují provozní náklady. Kromě toho vysoká úroveň izolace také snižuje náklady na údržbu a výměnu způsobené stárnutím nebo selháním izolace.

 

3.8 Podporová stabilita mřížky

Transformátory jsou klíčovým zařízením v energetických systémech a jejich provozní stabilita přímo ovlivňuje celkovou stabilitu výkonové sítě. Vysoká úroveň izolace může zajistit, aby transformátory fungovaly bezpečně a stabilně po dlouhou dobu v energetické mřížce, snižují řetězovou reakci způsobenou selháním zařízení, a tak zaručují kontinuitu a spolehlivost napájení.

 

3.9 Shrnutí

Úroveň izolace transformátoru je zásadní pro zajištění bezpečnosti, spolehlivosti, trvanlivosti zařízení a jeho přizpůsobivosti různým provozním prostředím. Navrhováním a výrobními transformátory s vysokou úrovní izolace lze celkový výkon energetického systému účinně zvýšit, může být prodloužena životnost zařízení a náklady na provoz a údržbu lze snížit. Tyto výhody umožnily vysokých úrovních izolace zabírat základní polohu v designu, výrobě a provozu a údržbě energetických systémů.

 

4.1 Test aplikovaného napětí - Definice

Test aplikovaného napětí transformátoru, známý také jako test vydrží výkonové frekvence, je testovací napětí aplikované na každé vinutí transformátoru, které je vyšší než jeho normální provozní napětí. Ověřit kapacitu a spolehlivost jeho izolačního systému za extrémních podmínek napětí. Tento druh testu se obvykle provádí během výrobního procesu a testů přijímání na místě a je to jeden z důležitých prostředků k zajištění elektrické bezpečnosti transformátorů při skutečném provozu.

4.1.1 Test aplikovaného napětí - Účel

• Ověřte sílu izolace

Použitím napětí vyšší než normální provozní napětí zkontrolujte, zda izolační systém mezi vinutím transformátoru, mezi vinutími a jádrem a mezi vinutími a pouzdrem má dostatečnou pevnost, aby odolával elektrickému zhroucení

• Detekujte výrobní vady

Testování napětí vnějšího odolání může odhalit možné izolační defekty ve výrobním procesu transformátoru, jako je částečný výtok, zhoršení nebo poškození izolačních materiálů. Tyto vady budou s větší pravděpodobností detekovány za podmínek vysokého napětí

• Zajistěte provozní bezpečnost

Prostřednictvím testování napětí vnějšího vydržení je zajištěno, že transformátor může bezpečně pracovat za normálních a abnormálních podmínek napětí během jeho pracovního života, což zabrání poškození zařízení nebo výpadky napájení způsobené elektrickými poruchami.

4.1.2 Test aplikovaného napětí - přehled metod

Metoda testovaného testu napětí zahrnuje použití zkušebního napětí vyšší než normální provozní napětí na vinutí transformátoru, jako je dvojnásobné napětí, a jeho udržování po dobu jedné minuty, aby se ověřila vytrvalost a spolehlivost svého izolačního systému za extrémních podmínek napětí.

 

4.2 Lightning Impulse odolat testovacímu bilu-Definice

Test Lightning Impulse je testovací metoda, která simuluje kapacitu odolnosti izolačního systému napájecího zařízení (jako jsou transformátory) za podmínek úderu blesku. Tento test je důležitý pro posouzení, zda se transformátor může vyhnout rozpadu izolace, když je zasažen bleskem, což zajišťuje bezpečnost a spolehlivost transformátoru.

4.2.1 Lightning Impulse odolat testovacímu bilu-účel

• Ověřte sílu izolace

Použitím vysoce napěťových pulzů, které simulují údery blesku, se testuje, zda izolační systém transformátoru může zůstat neporušený za extrémních podmínek, aby se zabránilo elektrickému rozpadu.

• Objevte potenciální vady

Detekujte možné defekty v izolačním systému, jako jsou bubliny, trhliny nebo problémy se stárnutím. Tyto vady nemusí být během normálního provozu viditelné, ale mohou způsobit selhání izolace při úderech blesku.

• Zajistěte bezpečnost zařízení

Zajistěte, aby transformátor mohl bezpečně fungovat ve skutečných událostech úderu blesku, aby se zabránilo poškození zařízení nebo selhání energetického systému způsobeného selháním izolace.

4.2.2 Lightning Impulse odolávat testovacímu bilu-přehled metody

Pomocí generátoru impulzního napětí se na vinutí transformátoru aplikuje pulzní napětí simulující údery blesku. Testy se obvykle provádějí několikrát (například 3 až 6 pozitivních dopadů polarity) a testy se provádějí na různých terminálech. Vlny reakce transformátoru je monitorováno prostřednictvím zařízení, jako jsou osciloskopy, aby se detekovaly jakékoli abnormální jevy (jako je částečné propuštění a rozpad izolace). Zaznamenejte hodnotu napětí, tvar vlny a odezvu každého dopadu.

 

4.3 Displej jmenovky

• Úroveň impulsu blesku

Je reprezentován symbolem LI a napěťová jednotka je KV

• Aplikovaná úroveň napětí

Je reprezentován symbolem AC a napěťová jednotka je KV

Například:

Power Transformer 80MVA 132\/33KV

Vysoké napětí: LI\/AC 650\/275 KV

Neutrální bod s vysokým napětím: LI\/AC 325\/140KV

Nízké napětí: LI\/AC 170\/70 KV

 

 

4.4 Standardy

 

IEC	IEEE	CSA
IEC 60076-3-2013 Power Transformers - Část 3 Úrovně izolace, dielektrické testy a externí vůle ve vzduchu	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (R2022)

 

 

5.1 Přepínání impulsů odolané napětí, SIL

• Definice

Maximální napětí, které transformátor dokáže odolávat podmínkám přepětí způsobených přepínači atd. Ve srovnání s impulsem blesku je průběh operačního impulsu mírnější, ale trvání je delší.

• Funkce

Zajistěte, aby transformátor mohl fungovat stabilně bez poruch izolace za podmínek přepětí způsobených operacemi energetického systému (jako je otevírání a uzavření jističů).

 

5.2 Úroveň částečného vypouštění, PD

• Definice

Částečný výboj odkazuje na jev částečného dielektrického rozpadu, ke kterému dochází uvnitř nebo na povrchu izolačního systému za podmínek vysokého napětí, obvykle ne zcela překročení rozestupu elektrod.

• Funkce

Měřením úrovně částečného výboje mohou být detekovány potenciální defekty v izolačních systémech, jako jsou bubliny, trhliny nebo stárnutí materiálu, aby se zabránilo těmto drobným výbojům v rozvoji do závažných izolačních poruch.

 

5.3 Odolnost proti izolaci IR

• Definice

Změřte hodnotu odporu mezi vinutím a zemí nebo mezi různými vinutími. Čím vyšší je izolační odpor, tím lepší je izolační systém.

• Funkce

Test odolnosti proti izolaci se používá pro každodenní údržbu a kontrolu, pomáhá posoudit zdravotní stav a obsah vlhkosti v izolačním systému a zabránit zhoršení izolace.

 

5.4 Faktor rozptylu, Tan Delta

• Definice

Faktor dielektrické ztráty (TAN A) představuje elektrickou ztrátu izolačních materiálů, což odráží energetickou ztrátu materiálů pod působením elektrického pole.

• Funkce

Používá se k vyhodnocení elektrických vlastností a stupně stárnutí izolačních materiálů. Vyšší hodnota TAN 5 může znamenat stárnutí nebo defekty v izolačním systému.

 

5.5 Tepelná třída

• Definice

Maximální teplota, která izolační materiály vydrží po dlouhou dobu, je obvykle označena různými známkami písmen (jako a, b, f, h), což odpovídá různým maximálním přípustným teplotám.

• Funkce

Používá se pro výběr a návrh izolačních materiálů, aby se zajistilo, že materiály neztratí svůj izolační výkon při očekávané provozní teplotě.

 

5.6 Zkouška na zvýšení teploty

• Definice

Změřte zvýšení teploty vinutí, jádra a izolačního systému transformátoru, když pracuje při jmenovitém zatížení

• Funkce

Zajistěte, aby transformátor nezažil zrychlené stárnutí nebo selhání izolačních materiálů v důsledku přehřátí za normálních provozních podmínek.

 

5.7 Trade -vzdálenost a vůle

• Definice

CreepAge vzdálenost je nejkratší vzdálenost mezi dvěma vodivými částmi podél izolačního povrchu a elektrická vůle je nejkratší vzdálenost, skrz kterou vzduch prochází mezi dvěma vodivými částmi.

• Funkce

Zajištění dostatečné vzdálenosti a elektrické vůle může zabránit rozpuštění povrchu a rozpadu vzduchu a zaručit bezpečnost transformátoru ve vlhkém nebo znečištěném prostředí.

 

5.8 Izolační olej

• Definice

Zahrnuje ukazatele, jako je rozpad napětí, hodnota kyseliny a obsah vlhkosti, což odráží izolační výkon a stabilitu izolačního oleje.

• Funkce

Kvalita izolačního oleje má přímý dopad na celkovou úroveň izolace transformátoru. Pravidelné sledování ukazatelů výkonu izolačního oleje může zabránit elektrickým poruchám.

 

Tyto parametry pokrývají všechny aspekty izolačního systému transformátoru, od vlastností materiálu po celkový návrh. Prostřednictvím komplexního testování a hodnocení zajišťuje, že transformátor má za různých pracovních podmínek dostatečné úrovně izolace, čímž zaručuje jeho bezpečný a spolehlivý provoz. Každý parametr odráží specifický aspekt izolačního systému. Integrací těchto ukazatelů může být úroveň izolace transformátoru komplexně vyhodnocena, což zajišťuje jeho stabilitu a bezpečnost v energetickém systému.