How Oil Immersed Transformer Achieves 60kV Breakdown Voltage Through Vacuum Filling?

Подаци из индустрије показују да се око 30% превремених кварова трансформатора директно може приписати прекомерном садржају влаге и гаса у изолационом уљу. Повећање влаге од само 15 делова на милион (ппм) може смањити пробојни напон трансформаторског уља са 60 кВ на испод 30 кВ. Ово драматично смањење диелектричне чврстоће наглашава критичну важност процеса вакуумског пуњења у производњи трансформатора. За антрансформатор уроњен у уљеоцењено на 33кВ или више, постизање и одржавање пробојног напона од 60кВ није циљ квалитета—то је основни захтев за поуздан рад током радног века трансформатора од 30-40 година.

Овај чланак пружа систематску техничку анализу како трансформатори уроњени у уље постижу пробојни напон од 60 кВ кроз вакуумско пуњење. Дискусија обухвата четири битне фазе процеса: претходну обраду уља и проверу квалитета, вакуумско сушење језгра и изолације намотаја, процес вакуумског пуњења са контролисаним параметрима и испитивање након пуњења у складу са стандардима ИЕЦ и АСТМ. Свака фаза се испитује у односу на специфичне процесне параметре, захтеве опреме и контролне тачке контроле квалитета. Чланак се такође бави уобичајеним начинима квара и пружа практичан оквир контроле квалитета за произвођаче трансформатора и крајње кориснике.

Садржај

• 1. Стандарди за претходну обраду уља и квалитет
• 2. Вакуумско сушење језгра и намотаја трансформатора
• 3. Параметри процеса вакуумског пуњења
• 4. Испитивање уља и верификација напона квара
• 5. Уобичајени режими кварова и контролне тачке квалитета
• 6. Често постављана питања (ФАК)
• 7. Закључак

1. Стандарди за претходну обраду уља и квалитет

Пут до постизања пробојног напона од 60 кВ почиње претходном обрадом трансформаторског уља пре него што уђе у резервоар трансформатора. Чак и ново, рафинисано трансформаторско уље обично садржи растворену влагу, гасове и честице загађивача који се морају уклонити да би се постигла потребна диелектрична чврстоћа. Процес предтретмана се спроводи у наменском постројењу за прераду уља, које укључује системе грејања, јединице за вакуумску дехидратацију и вишестепену опрему за филтрирање. Пре него што се уље сматра погодним за пуњење трансформатора, морају се проверити следећи параметри:

• Напон квара (БДВ):≥ 60кВ (мерено у складу са ИЕЦ 60156)
• Садржај влаге:≤ 10 ппм (мерено Карл Фишеровом титрацијом)
• Садржај раствореног гаса (ДГА):≤ 0,5% запремине (мерено гасном хроматографијом)
• Фактор дисипације (тан δ):≤ 0,001 на 90°Ц (мерено у складу са ИЕЦ 60247)
• Број честица:≤ 500 честица на 100 мЛ (величина ≥ 5 μм)
• Отпорност:≥ 10¹² Ω·цм на 90°Ц

Процес пречишћавања уља се одвија у три фазе. Прва фаза је загревање: уље се загрева на 60-70°Ц да би се смањио вискозитет и олакшало ослобађање растворених гасова и влаге. Друга фаза је вакуумска дехидратација: загрејано уље се уводи у вакуумску комору која ради на 0,1-0,5 мбар. Под овим вакуумом, тачка кључања воде се смањује, узрокујући да влага испарава и извлачи се помоћу вакуум пумпе. Типично време дехидрације је 4-8 сати, у зависности од запремине уља и почетног садржаја влаге. Трећа фаза је филтрација: дехидрирано уље пролази кроз серију филтера са оценама од 5 μм и 1 μм да би се уклониле честице загађивача. Прерађено уље се затим циркулише кроз систем док се не постигну сви наведени параметри.

Следећа табела сумира параметре пре третмана и одговарајуће критеријуме прихватања.

АтЛугао Повер Цо., Лтд., одржавамо наменско постројење за прераду уља опремљено резервоаром за уље од 10.000 литара, јединицом за вакуумску дехидратацију од 300 Л/мин и системом филтрације затворене петље са апсолутним филтерима од 1 μм. Свака серија прерађеног уља се узоркује и тестира пре него што буде одобрена за пуњење трансформатора. Резултати испитивања су документовани у сертификату серије који прати трансформатор током његовог радног века. Овај ригорозан протокол претходног третмана осигурава да уље које улази у трансформатор испуњава исте стандарде квалитета као и уље које ће бити тестирано након пуњења, постављајући основу за постизање пробојног напона од 60 кВ.

2. Вакуумско сушење језгра и намотаја трансформатора

Изолација трансформатора се састоји првенствено од материјала на бази целулозе — папира, картона и дрвета — који су инхерентно хигроскопни. У нормалним атмосферским условима, ови материјали могу да апсорбују до 8% влаге по тежини. Када је трансформатор укључен, изолација се загрева, а сва присутна влага испарава, смањујући диелектричну чврстоћу и чврсте изолације и околног уља. Вакуумско сушење је процес уклањања ове влаге из изолационог система пре него што се трансформатор напуни уљем. Процес сушења је критичан јер чак и након што је уље пречишћено, влага заробљена у изолацији ће временом исцурити у уље, смањујући пробојни напон.

Процес вакуумског сушења обично укључује следеће фазе. Прво, трансформатор се ставља у пећницу за сушење или се загрева циркулацијом врелог уља кроз систем за хлађење. Језгро и намотај се загревају на 85-105°Ц да би се убрзало ослобађање влаге. Резервоар трансформатора се затим евакуише помоћу вакуум пумпе да би се смањио притисак на 0,1-0,5 мбар. Под овим вакуумом, тачка кључања воде се смањује на приближно 40-50°Ц, омогућавајући да влага у изолацији испари. Испарена влага се извлачи из резервоара помоћу вакуум пумпе. Процес сушења се наставља све док садржај влаге у изолацији не падне испод 0,5% тежине.

Крајња тачка сушења се одређује једном од две методе:

• Метода повећања притиска:Вакум пумпа је изолована од резервоара трансформатора, а брзина пораста притиска се мери током дефинисаног периода. Ако је брзина пораста притиска мања од 0,1 мбар на сат током периода од 4 сата, сушење се сматра завршеним.
• Метод тачке росе:Тачка росе гаса који се евакуише из трансформатора се континуирано прати. Када тачка росе падне испод -40°Ц, сушење се сматра завршеним.

Трајање процеса вакуумског сушења варира у зависности од величине трансформатора, врсте изолације и услова околине. За типичан трансформатор од 10 МВА, процес сушења може трајати 48-72 сата. За веће енергетске трансформаторе, процес се може продужити на неколико дана. Следећа табела даје типичне параметре сушења за различите класе трансформатора.

У Лугао., користимо комбинацију термалног вакуумског сушења и циркулације врућег уља како бисмо постигли потребно уклањање влаге. Трансформатор се загрева циркулисањем врелог уља кроз систем за хлађење, док се резервоар истовремено евакуише. Ова метода обезбеђује равномерно загревање и убрзава процес сушења. Након што је циклус сушења завршен, трансформатор се држи под вакуумом док не почне процес пуњења уља, спречавајући поновну апсорпцију влаге из атмосфере. Овај приступ осигурава да се садржај влаге у изолацији одржава испод прага од 0,5%, што је неопходно за постизање и одржавање пробојног напона од 60 кВ.

3. Параметри процеса вакуумског пуњења

Када се језгро трансформатора и намотај осуше до потребног садржаја влаге, почиње процес пуњења уља. Ово је најкритичнија фаза производње трансформатора, јер свака грешка током ове фазе може угрозити диелектричну чврстоћу изолационог система. Процес вакуумског пуњења се одвија док се резервоар трансформатора одржава под вакуумом. Пречишћено уље се уноси на дно резервоара и полако се подиже, истискујући вакуум. Параметри процеса морају бити пажљиво контролисани како би се спречило стварање мехурића, обезбедило потпуно продирање изолације и избегло оштећење намотаја.

Кључни параметри процеса за вакуумско пуњење су следећи:

• Ниво вакуума пре пуњења:0,1-0,5 мбар, одржава се најмање 2 сата након завршетка циклуса сушења.
• Температура уља при пуњењу:60-70°Ц, одржава се да би се обезбедио низак вискозитет и добре карактеристике протока.
• Брзина пуњења:≤ 300 Л/х (за мале до средње трансформаторе; већи трансформатори могу користити пропорционално веће брзине протока, али не смеју да прелазе брзину којом уље може да продре у изолацију).
• Притисак пуњења:На дну резервоара примењује се благи позитивни притисак (0,1-0,2 бара) како би се осигурало да уље буде потиснуто у намотаје.
• Вакуум током пуњења:Вакуум се одржава током процеса пуњења како би се уклонили сви гасови који се могу ослободити из уља или изолације.
• Постављање након пуњења: After the tank is full, the transformer is allowed to stand for 12-24 hours under vacuum or under a positive pressure of dry nitrogen to allow any remaining gas bubbles to escape.

Брзина пуњења је посебно критична. Ако се уље унесе пребрзо, турбуленција може створити мехуриће, а уље можда неће у потпуности продрети у изолацију. Ако се уље уноси сувише споро, процес постаје неефикасан. Брзина пуњења се обично контролише подешавањем протока пумпе за уље или коришћењем вентила за смањење притиска. За велике трансформаторе, процес пуњења се може одвијати у фазама, са паузама да би се омогућило уљу да продре у изолацију пре него што почне следећа фаза. Следећа табела даје препоручене брзине пуњења за различите капацитете трансформатора.

Након што је пуњење завршено, трансформатор се обично загрева на 50-60°Ц помоћу система за хлађење да би се побољшала способност уља да апсорбује заостали гас и влагу. Трансформатор се затим подвргава завршној вакуумској обради, познатој као "коначно отплињавање", како би се уклонили сви гасови које је уље можда апсорбовало. Овај последњи корак обезбеђује да пробојни напон уља остане на циљном нивоу од 60 кВ или више. У Лугао Повер Цо., Лтд., ми одржавамо детаљне записе о свим процесним параметрима за сваки трансформатор, укључујући временски означене евиденције нивоа вакуума, температура и протока. Ове евиденције су део документације о квалитету трансформатора и чувају се током века трајања опреме.

4. Испитивање уља и верификација напона квара

Након што се трансформатор напуни уљем и остави да се слегне, изолациони систем се мора тестирати како би се проверило да ли испуњава захтеване спецификације напона пробоја. Примарни тест је тест напона пробоја уља, спроведен у складу са ИЕЦ 60156 или АСТМ Д1816. Овај тест укључује примену напона на узорак трансформаторског уља контролисаном брзином док се уље не поквари. Тест се спроводи на више узорака како би се осигурало да је резултат поновљив. Поред теста уља, комплетан изолациони систем трансформатора је подвргнут диелектричним тестовима како би се проверио његов интегритет.

Испитивање напона пробоја уља се врши помоћу стандардне тест ћелије, која се састоји од две електроде раздвојене размаком од 2,5 мм. Испитни напон се примењује брзином од 2 кВ/с. Испитивање се врши на шест узорака уља. Резултати првог теста се одбацују, а израчунава се просек преосталих пет тестова. Просечна вредност мора бити ≥ 60кВ. Ако је просечна вредност испод 60кВ, сматра се да уље није прошло тест. Процедура испитивања и критеријуми прихватања су сажети у следећој табели:

Поред теста квара уља, трансформатор је подвргнут следећим диелектричним тестовима како би се проверио интегритет целог изолационог система:

• Тест отпорности на фреквенцију снаге:Трансформатор је изложен напону 2-3 пута већем од називног напона у трајању од 60 секунди. Није дозвољен квар или делимично пражњење.
• Тест индукованог пренапона:Трансформатор се подвргава фреквенцији од 100-400 Хз на напону 2 пута номиналном напону у трајању од 60 секунди. Није дозвољено оштећење или видљива деформација изолације.
• Тест делимичног пражњења:Трансформатор се испитује на делимично пражњење на напону од 1,1 пута називног напона. Ниво делимичног пражњења се мери и мора бити испод наведене границе (обично 20-50 пЦ за трансформаторе пуњене уљем).
• Тан Делта тест:Фактор дисипације изолационог система се мери на 90°Ц. Вредност мора бити унутар граница наведених у ИЕЦ 60076.

У Лугао Повер Цо., Лтд., спроводимо ове тестове на сваком трансформатору пре него што буде испоручен. Резултати испитивања су документовани у свеобухватном извештају о испитивању који прати трансформатор. Испитивање напона пробоја уља врши се на узорцима уља узетим из резервоара трансформатора након процеса пуњења и таложења. Ово осигурава да је уље у трансформатору исто уље које је тестирано. Ако уље не прође тест напона пробоја, цео процес се понавља све док уље не испуни спецификацију. Овај ригорозан режим тестирања осигурава да наш трансформатор уроњен у уље испуњава највише стандарде квалитета и поузданости.

5. Уобичајени режими кварова и контролне тачке квалитета

Упркос ригорозним контролама процеса описаним горе, кварови се и даље могу појавити током вакуумског пуњења. Разумевање уобичајених начина квара и успостављање чврстих контролних тачака контроле квалитета је од суштинског значаја за одржавање доследног квалитета производње. Овај одељак идентификује најчешће начине квара и пружа оквир контроле квалитета за сваку фазу процеса.

Режим грешке 1: Непотпуно сушење у вакууму.Ако се изолација трансформатора не осуши до потребног садржаја влаге, пробојни напон ће се смањити. Најчешћи узрок непотпуног сушења је недовољан ниво вакуума или неадекватно време загревања. Да би се спречио овај квар, ниво вакуума се мора континуирано пратити током циклуса сушења. Тест пораста притиска или тачке росе мора се користити за верификацију крајње тачке.

Режим грешке 2: Поновна контаминација уљем.Уље се може поново контаминирати током руковања, складиштења или пуњења ако опрема није правилно очишћена. Загађивачи као што су прашина, вода или друге честице могу ући у уље преко прикључака или током преноса. Да би се ово спречило, сва опрема мора бити темељно очишћена и осушена пре употребе. Резервоари за складиштење уља треба да буду затворени и напуњени сувим азотом.

Режим грешке 3: Заробљавање ваздуха.Ако је ваздух заробљен у трансформатору током пуњења, он може да формира мехуриће који смањују пробојни напон. Заробљавање ваздуха је вероватније ако је брзина пуњења пребрза или ако се ниво вакуума не одржава током пуњења. Да би се ово спречило, брзину пуњења треба смањити, а вакуум треба одржавати током целог процеса.

Следеће тачке контроле квалитета се препоручују за сваку фазу процеса вакуумског пуњења:

У Лугао-у имплементирамо систем управљања квалитетом који укључује ове контролне тачке у наше стандардне оперативне процедуре. Свака фаза процеса је документована, а сва одступања се истражују и исправљају. Овај систематски приступ контроли квалитета је од суштинског значаја за одржавање високог нивоа поузданости који наши купци очекују од наших производа уроњених у уље трансформатора.

6. Често постављана питања (ФАК)

Питање 1: Да ли је 60кВ пробојни напон гарантована вредност за цео животни век трансформатора или се временом смањује?

Одговор: 60кВ је гарантована минимална вредност у време производње и пуштања у рад. Током радног века трансформатора, пробојни напон ће се постепено смањивати услед деградације уља, продора влаге и акумулације честица. Међутим, уз правилно одржавање—укључујући периодично тестирање уља, филтрацију и сушење—пробојни напон се може одржавати изнад прихватљивих нивоа. Индустријски стандарди обично захтевају да се уље замени или поправи када пробојни напон падне испод 30 кВ.

Question 2: What is the difference in breakdown voltage between vacuum-filled and conventionally filled transformers?

Одговор: Конвенционално пуњен трансформатор (пуњен под атмосферским притиском без вакуумског сушења) обично постиже пробојни напон од 30-40кВ. Вакуумски пуњен трансформатор, са одговарајућим предсушењем и вакуумском обрадом, доследно постиже 60 кВ или више. Ова разлика од 20-30кВ представља значајно побољшање сигурносне границе и поузданости. Већи напон пробоја смањује ризик од квара изолације, посебно током скокова напона или удара грома.

Питање 3: Да ли је вакуумско пуњење неопходно за мале дистрибутивне трансформаторе (≤ 10кВ)?

Одговор: За дистрибутивне трансформаторе на 10кВ и ниже, вакуумско пуњење није увек обавезно, али се све више сматра најбољом праксом. Док ови трансформатори могу да раде са пробојним напоном од 30-40кВ, вакуумско пуњење обезбеђује већу сигурносну маргину и побољшану дугорочну поузданост. Многа предузећа сада наводе вакуумско пуњење за све нове трансформаторске куповине, без обзира на напон, као део својих захтева за осигурање квалитета. У Лугао Повер Цо., Лтд., примењујемо вакуумско пуњење на све наше производе трансформатора уроњених у уље.

Питање 4: Како трансформаторско уље може одржати свој пробојни напон током рада?

Одговор: Одржавање пробојног напона током рада захтева свеобухватан програм одржавања. Редовне узорке уља треба узимати и тестирати на пробојни напон, садржај влаге и садржај раствореног гаса. Ако пробојни напон падне испод 45 кВ, уље треба филтрирати и дехидрирати. Ако садржај влаге прелази 20 ппм, уље треба осушити. Неки трансформатори су опремљени онлајн системима за филтрирање уља који континуирано уклањају влагу и честице, одржавајући квалитет уља на оптималном нивоу.

Питање 5: Која је корективна акција ако тест напона пробоја уља не успе након пуњења?

Одговор: Ако тест напона пробоја уља не успе након пуњења, трансформатор се обично поново обрађује. Покварено уље се испушта, а трансформатор се подвргава новом циклусу вакуумског сушења како би се уклонила влага из изолације. Свеже, пречишћено уље се затим уводи коришћењем истог процеса вакуумског пуњења. Након поновног пуњења уље се поново тестира. Овај процес ће можда морати да се понови све док напон пробоја не испуни специфицирани захтев. У ретким случајевима када је само уље извор проблема, уље ће можда морати да се замени новом серијом.

7. Закључак

Постизање пробојног напона од 60 кВ у трансформатору уроњеном у уље је резултат пажљиво контролисаног процеса производње који почиње пречишћавањем уља и протеже се кроз вакуумско сушење, контролисано пуњење и ригорозно тестирање. Свака фаза овог процеса захтева прецизну контролу критичних параметара—температуре, нивоа вакуума, брзине пуњења и услова тестирања—како би се осигурало да коначни производ испуњава потребне спецификације диелектричне чврстоће. Стандарди и праксе наведени у овом чланку, засновани на ИЕЦ 60156, АСТМ Д1816 и ИЕЦ 60076, пружају техничку основу за постизање овог критичног стандарда квалитета.

У Лугао Повер Цо., Лтд., имплементирали смо свеобухватан систем управљања квалитетом који укључује ове контроле процеса и стандарде тестирања у наше производне операције трансформатора. Наши производи уроњених у уље трансформатора су дизајнирани и произведени да пруже поуздане перформансе током њиховог радног века. За детаљније техничке информације, документацију процеса или спецификације производа, контактирајте наш инжењерски тим.

Контактирајте Лугао Повер Цо.,Лтд.за техничке спецификације и документацију о квалитету наших производа уроњених у уље трансформатора.