การคายประจุบางส่วนในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมัน: ลักษณะและสาเหตุทั่วไปของระดับการคายประจุบางส่วนที่สูงเกินไป

01 บทนำ

การปล่อยประจุบางส่วน (PD) ในของเหลวที่แช่ในน้ำมัน หม้อแปลงไฟฟ้า ปัญหาการปล่อยประจุบางส่วน (PD) ยังคงเป็นความท้าทายที่ได้รับการยอมรับทั่วโลกในอุตสาหกรรมหม้อแปลงไฟฟ้า ผู้ผลิตจำนวนมากประสบความสูญเสียอย่างมากเนื่องจากความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับ PD

การเกินค่า PD อาจเกิดขึ้นระหว่างการทดสอบในโรงงาน การตรวจสอบโดยบุคคลที่สาม หรือที่ไซต์งานของลูกค้า การค้นหาแหล่งที่มาของ PD มักเป็นเรื่องยากลำบากราวกับ "การหาเข็มในกองฟาง" ซึ่งนำไปสู่การแก้ไขงานที่กินเวลาหลายวันหรือหลายเดือน ส่งผลให้คุณภาพลดลงอย่างมากสำหรับผู้ผลิตหรือผู้ใช้ปลายทาง

ดังนั้น การวินิจฉัยทางวิทยาศาสตร์และการระบุสาเหตุของภาวะ PD ที่มากเกินไปอย่างรวดเร็วจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

02 คำจำกัดความและลักษณะ

แม้ว่าจะไม่มีคำจำกัดความอย่างเป็นทางการ แต่ผู้เขียนได้ให้คำจำกัดความของ PD ไว้ดังนี้:
[การปล่อยประจุเกิดขึ้นในตำแหน่งเฉพาะจุดภายในหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งยังไม่ทำให้ฉนวนเสียหายหรือเกิดการวาบไฟในทันที]

สถานการณ์ของโรคพาร์กินสันมีความหลากหลาย แต่มีแก่นแท้ร่วมกันดังนี้:
[ข้อบกพร่องด้านโครงสร้าง วัสดุ หรือการผลิตในระบบฉนวน ทำให้เกิดการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าเฉพาะจุด ซึ่งเกินค่าความแข็งแรงของฉนวน ณ จุดนั้น ส่งผลให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนซ้ำๆ ในระดับจุลภาค โดยไม่ทะลุผ่าน]

กล่าวโดยสรุป ลักษณะของ PD อยู่ที่การรวมตัวของสนามไฟฟ้าเฉพาะที่ซึ่งเกินกว่าความแรงของสนามไฟฟ้าเริ่มต้นของ PD

03 สาเหตุหลัก

ตามกลไกของ PD ปัจจัยใดๆ ที่ก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าเฉพาะที่มากเกินไป อาจกระตุ้นให้เกิดการเกินขีดจำกัดของ PD ได้

3.1 สถานที่ตั้งของ PD
โรคพาร์กินสันอาจมีสาเหตุมาจาก:

บูช

 

ตัวเปลี่ยนแท็ป OLTC/DETC

 

ลีดส์

 

ขดลวด

 

ส่วนประกอบการต่อลงดิน

 

พื้นผิวฉนวน/ข้อบกพร่องภายใน

 

น้ำมันหม้อแปลง

สถานที่ที่มีความเสี่ยงสูงที่สุด:ช่องว่างอากาศในฉนวนแข็ง หรือฟองก๊าซในน้ำมัน
เหตุผล:ภายใต้แรงดันไฟฟ้าสูง ความเข้มของสนามไฟฟ้าจะแปรผกผันกับค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (ε)

ฉนวนกระดาษ ε ≈ 4.4

 

ช่องว่างอากาศ ε ≈ 2.0
→ ช่องว่างอากาศมีสนามไฟฟ้าแรงสูงกว่าประมาณ 2.2 เท่า
ด้วยความแข็งแรงในการแตกหักต่ำ (กระแสสลับ ≈2kV/มม.ช่องว่าง/ฟองอากาศกลายเป็นจุดอ่อนที่ทำให้เกิดโรคพาร์กินสันได้

3.2 ประเภทของโรคพาร์กินสัน
ประเภทของ PD ที่พบได้ทั่วไปใน หม้อแปลงแบบแช่น้ำมันส:

การปล่อยฟองก๊าซ

 

การปล่อยประจุที่เกิดจากความชื้น(ฉนวนกันความชื้น)

 

การปล่อยประจุไฟฟ้าจากขั้วไฟฟ้าที่คมชัด(ปลายขั้วไฟฟ้าแรงสูง/ขั้วไฟฟ้ากราวด์)

 

การปล่อยน้ำเสียที่อาจเกิดขึ้นได้แบบลอยตัว

 

การระบายช่องว่างน้ำมันรูปทรงลิ่ม

 

การปล่อยประจุจากอนุภาคโลหะ/สารปนเปื้อน

 

ข้อบกพร่องของกาว(ใช้กาวมากเกินไป/คุณภาพต่ำในแผ่นยึด/วงแหวนปลาย)

ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ:

การเกินค่า PD นั้นเกิดขึ้นได้น้อยมากที่จะเกี่ยวข้องกับการออกแบบ (ความน่าจะเป็นประมาณ 0.5%)
กว่า 95% ของปัญหาเกิดจากวัสดุ กระบวนการ หรือความบกพร่องในการผลิต

เหตุผล:เมื่อแปลงแรงดันเกิน (LI, LIC, SI, LTAC) เป็นแรงดันทนต่อความถี่ไฟฟ้า 1 นาทีที่เทียบเท่า (การแปลง DIL), ทั้งหมดเกินแรงดันทดสอบ PD (IVPD) ฉนวนหลัก/ตามยาวได้รับการออกแบบมาเพื่อรับมือกับสถานการณ์แรงดันเกินสูงสุด

เลขที่	ประเภท PD	ที่ตั้ง	กลไก	กรณีทั่วไป
1	การปล่อยประจุไฟฟ้าจากขั้วไฟฟ้าแหลมคม	ชิ้นส่วนยึด, ถัง, บูชยก, ขั้วต่อสายไฟแบบย้ำ	รัศมีโค้งเล็ก → ความหนาแน่นประจุสูง → ความเข้มข้นของสนามสูงมาก	สลักเกลียวที่ไม่มีฉนวนหุ้มอยู่ใกล้ขั้วไฟฟ้าแรงสูง; ขอบคมบนฉนวนป้องกันสนามแม่เหล็ก
2	การปล่อยฟองก๊าซ/ช่องว่าง	ฟองอากาศในน้ำมัน / ช่องว่างในฉนวนแข็ง	ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ (ε≈1) → ความเค้นสนามสูง + ความแข็งแรงในการแตกตัวต่ำ (2kV/mm)	สุญญากาศไม่สมบูรณ์; การเติมน้ำมันเร็วเกินไป; กาวในวงแหวนปลาย/ทรงกลมปรับสมดุลมากเกินไป/น้อยเกินไป
3	การปล่อยประจุที่เกิดจากความชื้น	ขดลวด, ฉนวนแกน, สายไฟ	ความชื้นจะลดค่าความแข็งแรงทางไฟฟ้าลง 60-70%	การอบแห้งแกนกลางไม่เพียงพอ การสัมผัสกับอากาศโดยรอบมากเกินไปในระหว่างการประกอบ
4	การปล่อยประจุศักย์ลอยตัว	แผ่นไม้อัด, ตัวรองรับตะกั่ว, สวิตช์แม่เหล็ก	การสะสมประจุ → การปล่อยประจุแบบฉับพลัน	การป้องกันสนามแม่เหล็กที่ไม่ได้ต่อลงดิน; วงแหวนไฟฟ้าสถิตที่เชื่อมต่อไม่ดี
5	การปล่อยสารปนเปื้อน	น้ำ/เส้นใย/อนุภาคโลหะในน้ำมัน	การบิดเบือนของสนามแม่เหล็ก + น้ำ ทำให้ความเครียดของสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น 2.9 เท่า	การกรองน้ำมันไม่เพียงพอ; แกนกลางปนเปื้อน; ความชื้นซึมเข้า

04 Outlook

การทำความเข้าใจประเภท กลไก ตำแหน่ง และกรณีศึกษาของโรคพาร์กินสันที่พบบ่อยนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการแก้ไขปัญหาอย่างตรงจุด

ความรู้เหล่านี้ เมื่อผนวกกับหลักการเชื่อมต่อหม้อแปลง การออกแบบโครงสร้าง ลักษณะรูปคลื่น PD การระบุตำแหน่งขั้ว และการทดสอบวินิจฉัย จะช่วยให้สามารถระบุสาเหตุที่แท้จริงได้อย่างรวดเร็วและลดการสูญเสียคุณภาพให้น้อยที่สุด