تخلیه جزئی در ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن: ماهیت و علل شایع سطوح بالای PD

01 مقدمه

تخلیه جزئی (PD) در محفظه روغنی ترانسفورماتورهای قدرت همچنان یک چالش شناخته شده جهانی در صنعت ترانسفورماتور است. تولیدکنندگان متعددی به دلیل خرابی‌های مرتبط با PD متحمل ضررهای قابل توجهی شده‌اند.

تجاوز از حد مجاز PD ممکن است در طول آزمایش‌های کارخانه، بازرسی‌های شخص ثالث یا در سایت‌های مشتری رخ دهد. یافتن منابع PD اغلب مانند "یافتن سوزن در انبار کاه" است که منجر به دوباره‌کاری‌هایی می‌شود که روزها یا حتی ماه‌ها طول می‌کشد و باعث افت کیفیت قابل توجهی برای تولیدکنندگان یا کاربران نهایی می‌شود.

بنابراین، تشخیص علمی و شناسایی سریع علل پارکینسون بیش از حد بسیار مهم است.

02 تعریف و ماهیت

اگرچه هیچ تعریف رسمی وجود ندارد، نویسنده PD را اینگونه تعریف می‌کند:
[تخلیه الکتریکی در نقاط موضعی درون ترانسفورماتور که هنوز باعث شکست عایقی یا جرقه ناگهانی نشده است، رخ می‌دهد.]

سناریوهای PD بسیار متفاوت هستند اما جوهره مشترکی دارند:
[نقص‌های ساختاری، مواد یا تولید در سیستم عایق‌بندی باعث اعوجاج میدان الکتریکی موضعی می‌شوند که از قدرت دی‌الکتریک در آن نقطه فراتر می‌رود و منجر به شکست یونیزاسیون مکرر، در مقیاس میکرو و غیرنافذ می‌شود.]

به طور خلاصه، ماهیت PD در غلظت میدان الکتریکی موضعی بیش از قدرت میدان اولیه PD نهفته است.

03 علل اصلی

بر اساس مکانیسم‌های PD، هر عاملی که باعث ایجاد میدان‌های الکتریکی موضعی بیش از حد شود، ممکن است باعث تجاوز PD شود.

۳.۱ مکان‌های PD
PD ممکن است از موارد زیر ناشی شود:

بوشینگ ها

 

تپ چنجرهای OLTC/DETC

 

سرنخ‌ها

 

سیم‌پیچ‌ها

 

اجزای اتصال زمین

 

سطوح عایق/عیوب داخلی

 

روغن ترانسفورماتور

آسیب‌پذیرترین سایت‌ها:حفره‌های هوا در عایق جامد یا حباب‌های گاز در روغن.
دلیل:تحت تنش ولتاژ، شدت میدان الکتریکی با ثابت دی‌الکتریک (ε) نسبت معکوس دارد.

عایق کاغذی ε ≈ ۴.۴

 

حفره‌های هوا ε ≈ ۲.۰
→ حفره‌های هوا تقریباً ۲.۲ برابر قدرت میدان بیشتری را تجربه می‌کنند.
با قدرت شکست پایین (جریان متناوب ≈2 کیلوولت بر میلی‌متر) ، حفره‌ها/حباب‌ها به نقاط ضعفی برای شروع PD تبدیل می‌شوند.

۳.۲ انواع PD
انواع رایج PD در ترانسفورماتور روغنیها:

تخلیه حباب گاز

 

تخلیه ناشی از رطوبت(عایق رطوبتی)

 

تخلیه سریع الکترود(نوک الکترود ولتاژ بالا/زمین)

 

تخلیه پتانسیل شناور

 

تخلیه شکاف روغن گوه‌ای شکل

 

تخلیه از ذرات فلزی/آلاینده

 

نقص‌های چسبندگی(چسب بیش از حد/بی‌کیفیت در صفحات گیره/حلقه‌های انتهایی)

بینش کلیدی:

تجاوز از PD به ندرت مربوط به طراحی است (احتمال ≈0.5٪).
بیش از ۹۵٪ ناشی از نقص در مواد، فرآیند یا تولید است.

منطق:وقتی اضافه ولتاژها (LI، LIC، SI، LTAC) به ولتاژ معادل تحمل فرکانس برق ۱ دقیقه‌ای تبدیل می‌شوند (تبدیل DIL) ، همه از ولتاژ تست PD (IVPD) فراتر می‌روند. عایق اصلی/طولی برای بالاترین سناریوی اضافه ولتاژ طراحی شده است.

خیر.	نوع PD	مکان	مکانیسم	موارد رایج
۱	تخلیه سریع الکترود	قطعات گیره، مخزن، بوش بالارونده، ترمینال‌های پرس سربی	شعاع انحنای کوچک → چگالی بار بالا → غلظت میدان بسیار زیاد	پیچ‌های بدون محافظ نزدیک الکترودهای فشار قوی؛ لبه‌های تیز روی محافظ مغناطیسی
۲	تخلیه حباب/خلاء گاز	حباب در روغن / حفره در عایق جامد	ثابت دی‌الکتریک پایین (ε≈1) → تنش میدان بالا + استحکام شکست پایین (2kV/mm)	خلأ ناقص؛ پر شدن سریع روغن؛ چسبندگی بیش از حد/ضعیف در حلقه‌های انتهایی/کره‌های متعادل‌کننده
۳	تخلیه ناشی از رطوبت	سیم‌پیچ‌ها، عایق هسته، هادی‌ها	رطوبت، قدرت دی‌الکتریک را ۶۰ تا ۷۰ درصد کاهش می‌دهد.	خشک شدن ناکافی هسته؛ قرار گرفتن بیش از حد در معرض هوای محیط در حین مونتاژ
۴	تخلیه پتانسیل شناور	صفحه فشاری، پایه‌های سربی، شنت‌های مغناطیسی	تجمع بار → پالس تخلیه ناگهانی	محافظ مغناطیسی بدون اتصال به زمین؛ حلقه‌های الکترواستاتیک با اتصال ضعیف
۵	تخلیه آلاینده	ذرات آب/الیاف/فلز در روغن	اعوجاج میدان + آب، تنش میدان را افزایش می‌دهد ۲.۹×	فیلتراسیون ناکافی روغن؛ هسته آلوده؛ ورود رطوبت

04 چشم انداز

درک انواع، مکانیسم‌ها، مکان‌ها و مطالعات موردی رایج PD برای عیب‌یابی هدفمند ضروری است.

این دانش، همراه با اصول اتصال ترانسفورماتور، طراحی سازه، ویژگی‌های شکل موج PD، تعیین قطبیت و آزمایش‌های تشخیصی، امکان شناسایی سریع علت اصلی را فراهم کرده و تلفات کیفیت را به حداقل می‌رساند.