Descărcări parțiale în transformatoare imersate în ulei: natura și cauzele comune ale nivelurilor excesive de descărcare parțială (PD)

01 Introducere

Descărcare parțială (PD) în imersate în ulei Transformatoare de putere rămâne o provocare recunoscută la nivel global în industria transformatoarelor. Numeroși producători au suferit pierderi semnificative din cauza defecțiunilor legate de defecțiunile PD.

Depășirile de PD pot apărea în timpul testelor din fabrică, al inspecțiilor efectuate de terți sau la sediile clienților. Localizarea surselor de PD este adesea ca și cum ai „găsi acul în carul cu fân”, ceea ce duce la reluări care pot dura zile sau chiar luni, provocând pierderi substanțiale de calitate pentru producători sau utilizatorii finali.

Prin urmare, diagnosticarea științifică și identificarea rapidă a cauzelor PD excesive sunt esențiale.

02 Definiție și natură

Deși nu există o definiție oficială, autorul definește PD ca fiind:
[Descărcări care apar în poziții localizate în interiorul unui transformator și care nu au cauzat încă o defecțiune imediată a izolației sau o conturnare electrică.]

Scenariile PD variază foarte mult, dar au o esență comună:
[Defectele structurale, de material sau de fabricație ale sistemului de izolație provoacă distorsiuni localizate ale câmpului electric care depășesc rigiditatea dielectrică în acel punct, rezultând o defecțiune repetitivă, la scară microscopică, prin ionizare nepenetrantă.]

Pe scurt, natura PD constă în concentrația localizată a câmpului electric care depășește intensitatea inițială a câmpului PD.

03 Cauze principale

Pe baza mecanismelor PD, orice factor care provoacă câmpuri electrice localizate excesive poate declanșa depășiri ale PD.

3.1 Locații PD
PD poate proveni din:

Bucșe

 

Comutatoare de prize OLTC/DETC

 

Clienți potențiali

 

Înfășurări

 

Componente de împământare

 

Suprafețe izolatoare/defecte interne

 

Ulei de transformator

Cele mai vulnerabile site-uri:Goluri de aer în izolația solidă sau bule de gaz în ulei.
Motiv:Sub tensiune, intensitatea câmpului electric este invers proporțională cu constanta dielectrică (ε).

Izolația hârtiei ε ≈ 4,4

 

Goluri de aer ε ≈ 2,0
→ Golurile de aer experimentează o intensitate a câmpului de ≈2,2× mai mare.
Cu rezistență redusă la rupere (CA ≈2kV/mm), golurile/bulele devin puncte slabe pentru inițierea PD.

3.2 Tipuri de PD
Tipuri comune de PD în Transformator imersat în uleis:

Descărcarea cu bule de gaz

 

Descărcări induse de umiditate(izolație umedă)

 

Descărcare ascuțită a electrodului(vârfuri de electrod de înaltă tensiune/împământare)

 

Descărcare potențială plutitoare

 

Descărcare în gol de ulei în formă de pană

 

Descărcări de particule metalice/contaminante

 

Defecte adezive(adeziv excesiv/de calitate slabă în plăcile de prindere/inelele de capăt)

Perspectivă cheie:

Depășirile PD sunt rareori legate de proiectare (probabilitate ≈0,5%).
Peste 95% provin din defecte de material, proces sau fabricație.

Justificare:Când supratensiunile (LI, LIC, SI, LTAC) sunt convertite în tensiune de rezistență echivalentă la frecvență industrială pe 1 minut (Conversie DIL), toate depășesc tensiunea de testare PD (IVPD). Izolația principală/longitudinală este proiectată pentru scenariul cu cea mai mare supratensiune.

Nu.	Tip PD	Locaţie	Mecanism	Cazuri comune
1	Descărcarea electrodului ascuțit	Piese de prindere, rezervor, bucșă ascendentă, terminale de sertizare cu cablu	Rază mică de curbură → densitate mare de sarcină → concentrație extremă a câmpului	Șuruburi neecranate lângă electrozii de înaltă tensiune; muchii ascuțite pe ecranarea magnetică
2	Descărcare cu bule de gaz/vid	Bule în ulei / goluri în izolația solidă	Constantă dielectrică scăzută (ε≈1) → tensiune de câmp ridicată + rezistență la străpungere scăzută (2kV/mm)	Vid incomplet; umplere rapidă cu ulei; adeziv excesiv/slab în inelele de capăt/sferele de egalizare
3	Descărcări induse de umiditate	Înfășurări, izolație a miezului, cabluri	Umiditatea reduce rigiditatea dielectrică cu 60-70%	Uscarea inadecvată a miezului; supraexpunere la aerul ambiental în timpul asamblării
4	Descărcare potențială plutitoare	Carton presat, suporturi pentru electrozi, șunturi magnetice	Acumulare de sarcină → impuls brusc de descărcare	Ecranare magnetică neîmpământată; inele electrostatice prost conectate
5	Deversarea de contaminanți	Apă/fibre/particule metalice în ulei	Distorsiunea câmpului + apa crește stresul câmpului de 2,9×	Filtrare inadecvată a uleiului; miez contaminat; pătrunderea umezelii

04 Perspective

Înțelegerea tipurilor, mecanismelor, locațiilor și studiilor de caz comune de PD este esențială pentru depanarea specifică.

Combinate cu principiile de conectare a transformatoarelor, proiectarea structurală, caracteristicile formei de undă PD, localizarea polarității și testele de diagnosticare, aceste cunoștințe permit identificarea rapidă a cauzelor principale și minimizează pierderile de calitate.