Що таке тест на частковий розряд у трансформаторі?

1. Що таке частковий розряд (PD)?

Щоб зрозуміти тест, ви повинні спочатку зрозуміти явище, яке він виявляє.

Визначення: частковий розряд – це локалізований електричний розряд, який лише частково покриває ізоляцію між провідниками. Це може відбуватися в порожнечах (газових кишенях) у твердій ізоляції, на кордонах між різними ізоляційними матеріалами або в бульбашках у рідкій ізоляції (маслі).

Проблема, яку це викликає: хоча кожен окремий PD є дуже маленькою іскрою, вона з часом руйнує ізоляцію. Енергія цих розрядів руйнує хімічні зв’язки в ізоляційному матеріалі (папір, масло, смола) через:

Термічний стрес: тепло від іскри.

Хімічний розпад: утворення озону та азотистої кислоти (у повітрі) або водню та метану (в нафті).

Фізична ерозія: буквально випалює крихітні ямки в матеріалі.
Це повільне, сукупне пошкодження поступово послаблює ізоляцію, доки вона більше не може витримувати електричне навантаження, що призводить до повного проколу (поломки) і катастрофічної відмови трансформатора.

2. Чому тест на PD такий важливий?

Раннє виявлення несправностей: це один із найбільш чутливих тестів для виявлення початкових (розвиваються) несправностей у системі ізоляції на дуже ранній стадії, часто за роки до відмови.

Запобігає катастрофічним збоям: завчасно виявивши слабку ізоляцію, можна завчасно запланувати технічне обслуговування або ремонт, уникаючи незапланованих відключень, дорогого ремонту та потенційної загрози безпеці.

Гарантія якості: це обов’язкова звичайна перевірка нових трансформаторів перед тим, як вони покинуть завод, щоб переконатися, що вони відповідають найвищим стандартам якості та не мають серйозних виробничих дефектів.

Оцінка стану під час експлуатації. Для трансформаторів у польових умовах періодичне випробування часткового розряду є ключовою частиною-програми технічного обслуговування на основі стану, що допомагає визначити залишковий термін служби та потребу в обробці чи осушенні-олії.

3. Як працює тест на частковий розряд?

Перевірка виконується шляхом подачі на обмотки трансформатора напруги, вищої за звичайну робочу напругу, але нижчої за витримувану випробувальну напругу-випробовуваної частоти. Мета полягає в тому, щоб напружити ізоляцію настільки, щоб викликати будь-які наявні дефекти, не викликаючи нових пошкоджень.

Основний принцип полягає в тому, що коли виникає PD, воно майже одночасно породжує три вимірні явища:

Електричні імпульси: дуже швидкий малий-імпульс струму (від наносекунд до мікросекунд) проходить у випробувальному ланцюзі.

Електромагнітні хвилі: імпульс випромінює електромагнітну енергію, включаючи радіочастотні (РЧ) сигнали.

Акустичні хвилі: крихітна іскра створює ультразвукове «клацання» або звукову хвилю в баку трансформатора.

Налаштування тесту передбачає:

Джерело високої-напруги: для живлення трансформатора.

Конденсатор зв’язку: забезпечує шлях із низьким-імпедансом для вимірювання імпульсів часткового розряду.

Детектор/система вимірювання часткового розряду: складний прилад, який вловлює, фільтрує та аналізує імпульси.

Датчики: Це можуть бути:

Електричні датчики: для безпосереднього вимірювання імпульсів струму.

Трансформатори струму високої-частоти (HFCT): затискаються навколо з’єднання заземлення, щоб сприймати радіочастотні сигнали.

Датчики над-високої частоти (UHF): антени, розміщені всередині трансформатора (через масляні клапани) або зовні для виявлення електромагнітних хвиль у діапазоні ГГц. Це дуже популярно, оскільки воно стійке до зовнішніх електричних перешкод.

Датчики акустичного випромінювання (AE): мікрофони, розміщені на зовнішній стороні резервуара трансформатора, щоб «слухати» ультразвукові звуки PD. Це чудово підходить для визначення джерела часткового розряду.

4. Основні вимірювання та інтерпретація

Детектор часткового розряду не просто визначає наявність розряду; він кількісно визначає його за допомогою кількох ключових параметрів:

Уявний заряд (q): найважливіша величина. Виражається в пікокулонах (пКл). Оскільки фактичний розряд відбувається всередині ізоляції і не може бути виміряний безпосередньо, «очевидний заряд» є відкаліброваною мірою заряду, який, якщо його миттєво ввести між клемами трансформатора, матиме такий же ефект, як внутрішній PD. Нижчі значення кращі.

Початкова напруга PDIV (PDIV): напруга, при якій PDIV починають виникати вперше, коли тестова напруга підвищується.

Напруга згасання часткових розрядів (PDEV): Напруга, при якій часткові розряди припиняються, коли тестова напруга знижується.

Інтерпретація: Інженери не просто шукають наявність PD; вони аналізують структуру, величину (у пКл) і співвідношення фаз імпульсів. Різні типи дефектів (пустоти, поверхневі розряди, плаваючі компоненти) створюють унікальні «відбитки» на формі сигналу напруги.

Стандарти та допустимі межі

Міжнародні стандарти (наприклад, IEC 60270) визначають процедури тестування та прийнятні рівні часткового розряду. Для нового трансформатора типовим критерієм прийнятності є те, що рівень часткових розрядів за заданої випробувальної напруги не повинен перевищувати ****

100 пКл до 500 пКл

, причому 100 пКл є загальним і дуже суворим обмеженням для обладнання високої-напруги. Для трансформаторів, що знаходяться в експлуатації, можна допускати вищі рівні з планом моніторингу та втручання.