Jakie są problemy związane z wyładowaniami koronowymi w transformatorach bardzo wysokiego napięcia?

Jako dostawca transformatorów ekstrawysokiego napięcia (EHV) byłem na własne oczy świadkiem kluczowej roli, jaką odgrywają ci giganci elektryczni w systemach elektroenergetycznych. Jednakże, jak każdy złożony sprzęt elektryczny, transformatory EHV nie są pozbawione wyzwań, a jednym z najważniejszych problemów, z którymi często się spotykamy, są wyładowania koronowe.

Zrozumienie wyładowań koronowych

Wyładowanie koronowe to rodzaj wyładowania elektrycznego, które występuje, gdy natężenie pola elektrycznego wokół przewodnika przekracza siłę przebicia otaczającego ośrodka, zazwyczaj powietrza. W transformatorach EHV zjawisko to może wystąpić z powodu kilku czynników. Po pierwsze, wysokie poziomy napięcia występujące w systemach EHV wytwarzają silne pola elektryczne. Kiedy natężenie pola elektrycznego na powierzchni przewodnika, np. uzwojenia wysokiego napięcia lub przepustu, osiąga wartość krytyczną, otaczające go cząsteczki powietrza ulegają jonizacji.

Proces jonizacji rozpoczyna się od oderwania elektronów od cząsteczek powietrza, tworząc obszar plazmy w pobliżu przewodnika. Ten obszar plazmy może w pewnym stopniu przewodzić prąd elektryczny i emituje światło widzialne, często pojawiające się jako słaba poświata wokół przewodnika. Wyładowania koronowe można podzielić na różne typy, takie jak wyładowania koronowe dodatnie i ujemne, w zależności od polaryzacji napięcia na przewodniku.

Przyczyny wyładowań koronowych w transformatorach EHV

1. Wysokie poziomy napięcia
   • Transformatory NN pracują przy niezwykle wysokich napięciach, często rzędu setek kilowoltów lub nawet wyższych. Te wysokie poziomy napięcia mogą z łatwością generować silne pola elektryczne, które przekraczają wytrzymałość na przebicie powietrza. Na przykład w ATransformator mocy w elektrowniuzwojenia wysokiego napięcia są przeznaczone do przesyłania dużych ilości energii elektrycznej przy wysokich napięciach. Jeśli konstrukcja izolacji nie zostanie zoptymalizowana, pole elektryczne wokół uzwojeń może się skoncentrować, co prowadzi do wyładowań koronowych.
2. Ostre krawędzie i występy
   • Wszelkie ostre krawędzie lub występy na przewodach lub innych elementach transformatora mogą powodować miejscowy wzrost natężenia pola elektrycznego. Jeśli w procesie produkcyjnym przewody nie zostaną odpowiednio wygładzone lub na metalowych częściach pojawią się zadziory, pole elektryczne będzie skupiać się w tych punktach. Ten lokalny wzrost pola elektrycznego może wywołać wyładowanie koronowe nawet przy stosunkowo niższych ogólnych poziomach napięcia.
3. Zanieczyszczenia i wilgoć
   • Zanieczyszczenia na powierzchni izolacji lub przewodów transformatora mogą również przyczyniać się do wyładowań koronowych. Kurz, brud i inne cząsteczki mogą zmieniać właściwości elektryczne otaczającego powietrza i tworzyć obszary o większym natężeniu pola elektrycznego. Wilgoć jest szczególnie problematyczna, ponieważ może obniżyć wytrzymałość powietrza na przebicie. Kiedy powietrze wokół transformatora jest wilgotne, prawdopodobieństwo wyładowania koronowego znacznie wzrasta.

Skutki wyładowań koronowych

1. Utrata mocy
   • Wyładowania koronowe to nieefektywny proces zużywający energię elektryczną. Energia rozproszona w postaci ciepła, światła i dźwięku podczas wyładowania koronowego oznacza utratę mocy z transformatora. Ta strata mocy nie tylko zmniejsza ogólną wydajność transformatora, ale także zwiększa koszty operacyjne. W wielkoskalowych systemach zasilania nawet niewielka strata mocy w każdym transformatorze może z czasem osiągnąć znaczną wartość.
2. Degradacja izolacji
   • Zjonizowane powietrze w obszarze wyładowania koronowego zawiera reaktywne związki, takie jak wolne rodniki i ozon. Te reaktywne związki mogą reagować z materiałami izolacyjnymi transformatora, powodując degradację chemiczną. Z biegiem czasu właściwości mechaniczne i elektryczne izolacji mogą się pogorszyć, zmniejszając jej skuteczność w zapobieganiu awariom elektrycznym. Może to prowadzić do poważniejszych uszkodzeń izolacji i potencjalnie spowodować awarię transformatora.
3. Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)
   • Wyładowanie koronowe generuje fale elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości. Te fale elektromagnetyczne mogą zakłócać pobliskie systemy komunikacyjne i urządzenia elektroniczne. W podstacji energetycznej zakłócenia elektromagnetyczne spowodowane wyładowaniami koronowymi mogą zakłócać normalne działanie sprzętu sterującego i monitorującego, prowadząc do niedokładnych odczytów i potencjalnie niebezpiecznych sytuacji.

Wykrywanie i zapobieganie wyładowaniom koronowym

1. Metody wykrywania
   • Istnieje kilka metod wykrywania wyładowań koronowych w transformatorach EHV. Jedną z najpopularniejszych metod jest kontrola wizualna. Ponieważ wyładowanie koronowe często wytwarza widoczną poświatę, przeszkoleni technicy mogą używać specjalistycznych kamer lub lornetek do sprawdzania obecności poświaty w nocy lub w warunkach słabego oświetlenia. Detektory ultradźwiękowe można również wykorzystać do wykrywania fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości generowanych przez wyładowania koronowe. Inną metodą jest wykorzystanie elektrycznych urządzeń pomiarowych do wykrywania zmian prądu i napięcia związanych z wyładowaniami koronowymi.
2. Techniki zapobiegania
   • Optymalizacja projektu ma kluczowe znaczenie w zapobieganiu wyładowaniom koronowym. Transformatory powinny być zaprojektowane z gładkimi przewodnikami i zaokrąglonymi krawędziami, aby zmniejszyć koncentrację pól elektrycznych. Materiały izolacyjne powinny być starannie dobrane i prawidłowo zainstalowane, aby zapewnić ich odporność na działanie środowiska wysokiego napięcia. Na przykład zastosowanie wysokiej jakości materiałów izolacyjnych o dobrych właściwościach dielektrycznych może poprawić odporność systemu izolacyjnego na przebicie.
   • Ważna jest także kontrola środowiska. Transformatory można instalować w obudowach lub na obszarach zewnętrznych z odpowiednią wentylacją i środkami pyłoszczelnymi. Na obszarach o dużej wilgotności można zastosować urządzenia osuszające, aby zmniejszyć zawartość wilgoci w powietrzu wokół transformatora.

Przykłady transformatorów EHV i ich rozważania dotyczące wyładowań koronowych

W naszej ofercie znajdziesz szeroką gamę transformatorów NN, m.inCertyfikat UL Transformator mocy podstacji 35 kV wypełniony ciecząITransformator elektrowni elektrycznej. Transformatory te zostały zaprojektowane przy użyciu najnowocześniejszej technologii, aby zminimalizować ryzyko wyładowań koronowych.

W przypadku transformatora mocy podstacji wypełnionego cieczą 35 kV izolacja płynna zapewnia lepsze właściwości dielektryczne w porównaniu z powietrzem. Pomaga to zmniejszyć prawdopodobieństwo wyładowania koronowego nawet przy wyższych poziomach napięcia. Konstrukcja uzwojeń i tulei została starannie zoptymalizowana, aby zapewnić równomierny rozkład pola elektrycznego.

W przypadku transformatora elektrowni, który jest zwykle stosowany w dużych elektrowniach, elementy wysokiego napięcia poddawane są niezwykle wysokim naprężeniom elektrycznym. Aby zapobiec wyładowaniom koronowym, stosujemy zaawansowane materiały izolacyjne i techniki produkcyjne. Transformator jest również wyposażony w systemy monitorowania wykrywające wszelkie wczesne oznaki wyładowań koronowych, co pozwala na terminową konserwację.

Wniosek

Wyładowania koronowe to istotny problem w transformatorach EHV, mający daleko idące konsekwencje dla wydajności, niezawodności i żywotności sprzętu. Jako dostawca transformatorów EHV jesteśmy zobowiązani do dostarczania produktów wysokiej jakości, które zostały zaprojektowane tak, aby minimalizować ryzyko wyładowań koronowych. Poprzez ciągłe badania i rozwój staramy się udoskonalać procesy projektowania i produkcji, aby zapewnić optymalną wydajność naszych transformatorów.

Jeśli są Państwo zainteresowani naszymi transformatorami EHV lub mają Państwo jakiekolwiek pytania dotyczące wyładowań koronowych lub innych kwestii technicznych, zapraszamy do kontaktu z nami w celu omówienia zamówień. Nasz zespół ekspertów jest gotowy udzielić Ci szczegółowych informacji technicznych i rozwiązań dostosowanych do Twoich konkretnych potrzeb.

Referencje

• Grover, AK „Projektowanie maszyn elektrycznych”. Międzynarodowy Nowy Wiek, 2007.
• Blackburn, JL „Przekaźniki ochronne: zasady i zastosowania”. Marcel Dekker, 1998.
• Korporacja Elektryczna Westinghouse. „Książka referencyjna dotycząca przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej”. Westinghouse Electric Corporation, 1964.