Блог о качестве/конденсаторах
Высоковольтные резисторы для контроля проходных изоляторов трансформаторов
В сложной экосистеме современной электросети силовой трансформатор представляет собой монументальный и важнейший элемент.
Высоковольтные резисторы для мониторинга трансформаторных втулок: наблюдение за активом через делитель напряжения.
Инженерный ответ
Вводы трансформатора пропускают токоведущий провод через стенку бака, и их состояние определяет состояние трансформатора: отказ вводов является одной из основных причин выхода трансформаторов из строя. Онлайн-мониторинг вводов считывает показания емкостного вывода вводов через прецизионный высоковольтный резистивный делитель, и стабильность этих резисторов определяет, зафиксирует ли система мониторинга реальное изменение в вводе или изменение сопротивления. Высоковольтные источники питания квартира в стиле и трубчатого типа Высоковольтные резисторы, разработанные для использования в качестве делителей, разрядников и резисторов для мониторинга трансформаторных вводов в диапазоне напряжений от 110 кВ до 500 кВ.
- Выбирайте резистор, ориентируясь на номинальное напряжение, сопротивление, температурный коэффициент сопротивления и стабильность, а не только на номер детали; делительный резистор и разрядный резистор — это совершенно разные устройства, работающие в разных условиях.
- Перед выпуском в производство необходимо проверить компонент в реальных условиях эксплуатации — при напряжении сети, температуре масла и влажности.
- Подберите способ крепления и диэлектрик в соответствии с механическими и электрическими требованиями применения: плоская пленка для разделителей, трубчатый тип для высоковольтных блоков.
Резюме
Каждый силовой трансформатор поступает в сеть через изолятор — изолированный канал, по которому токоведущий провод проходит через заземленную стенку бака. Изоляция изолятора медленно изнашивается под воздействием влаги, температуры и электрических нагрузок, и когда она выходит из строя, трансформатор, как правило, также повреждается. Онлайн-мониторинг преобразует собственный емкостной вывод изолятора в сигнал в реальном времени: прецизионный резистивный делитель уменьшает напряжение на выводе до уровня, который может считать монитор, и изменение этого сигнала с течением времени показывает состояние изоляции. Резисторы в этом делителе находятся в центре цепочки управления активами, и их точность, температурная стабильность и долговременный дрейф определяют, получит ли владелец трансформатора раннее предупреждение или неожиданный отказ. В этой статье рассматриваются конструкция делителя, электрические и тепловые требования к контрольным резисторам, режимы отказов ненадежных компонентов и то, как выбираются резисторы HVC для многолетней надежной работы.
1. Контекст применения: резьбонарезной наконечник представляет собой «окно» для доступа к изоляции.
В трансформаторном вводе встроен емкостной отвод — внутренний емкостной слой C1 расположен между проводником и отводом, а внешний слой C2 — между отводом и землей. Отвод выдает слабый сигнал, пропорциональный напряжению сети, но он слишком слаб и имеет слишком высокое сопротивление, чтобы напрямую подавать его на монитор. Прецизионный резистивный делитель нагружает отвод, масштабирует сигнал до нескольких вольт и подает его на контрольную электронику, которая отслеживает напряжение, ток утечки и вычисленный тангенс угла диэлектрических потерь изоляции.
Любое изменение сопротивления R1 или R2 выглядит в точности как изменение в изоляторе — ложная тревога, которая приводит к простою и проверке, или, что еще хуже, замаскированная тревога, скрывающая реальное ухудшение состояния. Поэтому делительные резисторы — это не удобство; они являются эталоном, относительно которого калибруется вся система мониторинга, и их необходимо выбирать с той же тщательностью, что и сам трансформатор.
2. Технические требования
2.1 Точность соотношения и температурная стабильность. Пороговые значения срабатывания сигнализации монитора устанавливаются в зависимости от коэффициента деления. Если сопротивление резисторов изменяется в зависимости от температуры, показания также изменяются в зависимости от погодных условий:
Толстопленочные резисторы на оксиде алюминия с лазерной подгонкой обеспечивают требуемое соотношение; подобранная пара с низким температурным коэффициентом сопротивления поддерживает стабильное соотношение при колебаниях температуры окружающей среды от самого холодного зимнего утра до тепла в нагруженном трансформаторном помещении.
2.2 Номинальное напряжение и устойчивость к переходным процессам. Делитель напряжения устанавливается на отводе изолятора, который отслеживает линейное напряжение. Для изолятора класса 220 кВ отвод может подвергаться воздействию десятков киловольт в нормальном режиме работы и гораздо больших значений во время переходных процессов при переключении:
Высокое суммарное сопротивление (десятки мегаом) делает нагрузку на отводе незначительной, а сборка блока состоит из достаточного количества последовательно соединенных элементов, так что каждый элемент остается в пределах своего номинального напряжения даже во время переходного процесса. Резисторы лампового типа здесь превосходят все ожидания: их длинный корпус распределяет напряжение вдоль одного резистивного столбца с большим расстоянием утечки.
2.3 Погружение в масло и непрерывная подача питания. Электроника контроля проходного изолятора размещается на подстанции, но делитель может быть установлен в отсеке клемм проходного изолятора или во влагозащищенном корпусе рядом с трансформатором, где возможны брызги масла и нагрев. Непрерывное рассеивание энергии должно оставаться в пределах номинальных параметров компонента при максимальной температуре окружающей среды:
Для работы в условиях погружения в масло также требуется устойчивость к минеральному маслу и влаге; элемент с толстопленочным покрытием из стекла невосприимчив к обоим веществам, а вывод должен быть герметизирован, чтобы влага не могла попасть на резистивную пленку.
2.4 Долгосрочный дрейф и влажность. Мониторинг — это программа, рассчитанная на десятилетия. Недопустимо, чтобы опорное значение делителя частоты стало причиной неисправности, для обнаружения которой был установлен монитор:
Негерметичные или плохо герметизированные пленки впитывают влагу, изменяют сопротивление и деформируются по поверхности; в этом случае система мониторинга отслеживает резистор, а не изолятор. Толстая пленка с герметизированными выводами сохраняет свои свойства на протяжении всего срока службы изделия.
Рис. 1 — Цепь контроля изоляторов. Делительные резисторы являются эталоном всей системы: их точность и стабильность определяют доверие, которое владелец может оказывать каждому сигналу тревоги.
3. Проблемы, с которыми сталкиваются инженеры (обратная связь с места событий)
Боль 1 — Монитор сработал из-за резистора, а не из-за изолятора. «Мы обнаружили, что устройство сработало из-за проблемы с изолятором, но изолятор оказался в порядке — просто уровень влажности в перегородке снизился на 3%». Немаркированные толстопленочные детали не имели налета и впитывали влагу. Замена их на герметичные элементы HVR с запасом прочности ±1% устранила ложные срабатывания.
Боль 2 — Перемычка разделителя срабатывает в переходный процесс. «Переключение напряжения привело к растрескиванию верхнего элемента, и отвод сразу же замкнулся на землю». Рассчитанная схема рассчитана только на рабочее напряжение, без запаса на переходные процессы. Последовательная схема с номинальным напряжением, в 1.5 раза превышающим переходное, с ламповыми элементами, распределяющими напряжение, пережила скачок напряжения без повреждений.
Боль 3 — Чтения шли в ногу со временем года. «Тамблевское изменение сопротивления (Tn-delta) увеличивалось каждое лето и уменьшалось каждую зиму — температурный коэффициент сопротивления резистора (TCR) смещал базовый уровень». Пленки с высоким TCR превращали изменение температуры в видимый дрейф изоляции. Подобранные пары с низким TCR стабилизировали базовый уровень, так что монитор наконец смог увидеть изолятор.
4. Параметры выбора
| Компонент | Серия HVC | Напряжение | Ключевая спецификация |
|---|---|---|---|
| Разделитель для крана (верхняя сторона) | Трубка HVR | 10–100 кВ | Длинная колонна, высокая скорость утечки |
| Разделитель для крана (нижняя сторона) | Квартира HVR | 5–50 кВ | ±1%, подобранный Т-клеточный рецептор |
| Кровотечение / выделения | Квартира HVR | 5–50 кВ | Высокая мощность, стабильность |
| Втулка соединительной крышки | Керамический диск | 10–150 кВ | N4700, низкий DF |
| Стресс | Режим отказа | Основная причина | ответ HVC |
|---|---|---|---|
| Влажность | Дрейф сопротивления | Непокрытая пленка впитывает влагу | Глазурь + герметизированные торцы |
| Переключение всплесков напряжения | Элементный перелив | Отсутствует временный запас прочности | Рассчитано на штабелирование, 1.5-кратное увеличение переходного процесса. |
| Колебания температуры | блуждание базовой линии | Пленка с высоким TCR | Соответствующая пара с низким TCR |
| Нефтяное погружение | Повреждение пленки | Несовместимые с маслом материалы | Маслостойкая конструкция |
Руководство по отбору. При проектировании делителя учитывайте концепцию контроля: выберите общее сопротивление таким образом, чтобы нагрузка на отводы была незначительной, разделите блок так, чтобы каждый элемент оставался в пределах номинальных параметров при переходных процессах, и потребуйте низкого температурного коэффициента сопротивления на обоих плечах, чтобы коэффициент не менялся в зависимости от погодных условий. Настаивайте на герметичной конструкции — с защитным покрытием и влагозащищенными выводами — для обеспечения 20-летнего срока службы и проверяйте дрейф при номинальном напряжении и 95% относительной влажности перед выпуском. Трубчатый тип используется при высоком напряжении, а длинный корпус — при компактности делителя.
5. Решение HVC
① Резисторы лампового типа HVR для высоковольтного плеча. Длинный резистивный столбик распределяет напряжение на отводах с большим запасом утечки и выдерживает переходные процессы при переключении — пакет остается целым, даже когда сеть «чихает».
② Плоские резисторы HVR для низковольтного плеча. Лазерная обработка с допуском ±1% и подобранной парой резисторов с низким коэффициентом температурного сопротивления обеспечивает стабильность коэффициента деления в течение всех сезонов работы подстанции, поэтому базовая линия монитора никогда не смещается.
③ Герметичные, покрытые глазурью элементы для многолетней эксплуатации. Влага, масло и сырость не могут достичь резистивной пленки, и дрейф ресурса в пределах ±1% подтверждается на протяжении всего срока службы изделия — делитель не является компонентом, который выходит из строя в рамках программы мониторинга.
6. Случай до/после
| Параметр | До (пленка без покрытия, высокий TCR) | После (герметизированный HVC с низким TCR) |
|---|---|---|
| Ложные срабатывания сигнализации о неисправности втулки в год | 4-6 | 0 |
| Смещение делителя при 95% относительной влажности | -3% за 6 месяцев | <0.5% за 24 месяца |
| Базовая изменчивость (сезонная) | ± 2% | <± 0.2% |
| Прорыв напряжения при переключении напряжения | 1 за 2 лет | 0 |
Обсуждение кейса. Онлайн-программа мониторинга изоляторов одной энергокомпании была завалена ложными срабатываниями: показания колебались в зависимости от влажности, менялись в зависимости от времени года, а иногда из-за импульсных перенапряжений выходил из строя делитель напряжения. Каждое ложное срабатывание приводило к необходимости проверки и, в худшем случае, к ненужному отключению. Причиной были не изоляторы, а делители напряжения, выбранные по цене без учета влагозащиты, температурного коэффициента сопротивления (TCR) или переходных характеристик. Переделка делителей с использованием высоковольтных резисторов на высоковольтном плече, подобранных низковольтных плоских резисторов на низковольтном плече и герметичных элементов с защитным покрытием по всей системе устранила ложные срабатывания, удержала базовый уровень в пределах 0.2% в течение всех сезонов и позволила выдержать три года импульсных перенапряжений без пробоев — программа мониторинга наконец-то обнаружила неисправности в изоляторах, а не в резисторах.
7. Проектные аспекты
- Выберите общее сопротивление делителя таким образом, чтобы нагрузка на отводы была пренебрежимо мала.
- Рассчитывайте мощность последовательно соединенных элементов на 1.5-кратный предел наихудшего переходного процесса при переключении.
- Согласуйте коэффициент TCR для обеих рук таким образом, чтобы это соотношение не менялось в зависимости от температуры.
- Требуются герметичные, остекленные конструкции, обеспечивающие 20-летнюю влагостойкость.
- Проверка дрейфа должна проводиться при номинальном напряжении и относительной влажности 95%, а не при 25 °C в лабораторных условиях.
- Для высоковольтного тонарма используйте трубчатый тип, а для компактного низковольтного — плоский.
- Убедитесь в маслостойкости, если разделитель устанавливается в отсеке втулки.
8. Рекомендации
- МЭК 60137:2017, Изолированные изоляторы для переменного напряжения выше 1000 ВЖенева, Швейцария: МЭК.
- Стандарт IEEE C57.19.00-2017, Стандарт IEEE «Общие требования и процедура испытаний изоляторов силовых аппаратов»Пискатуэй, Нью-Джерси, США: IEEE.
- МЭК 61869-1:2007, Измерительные трансформаторы — Часть 1: Общие требованияЖенева, Швейцария: МЭК.
- Э. Куффель, В.С. Заенгль и Дж. Куффель, Основы высоковольтной техники, 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Newnes (Butterworth-Heinemann), 2000.
- Caddock Electronics, Высоковольтные толстопленочные резисторы — Примечание по применениюРиверсайд, Калифорния, США: Caddock Electronics.
- 吴广宁主编，《高电压技术》(Техника высокого напряжения). 北京: 机械工业出版社, 2013 г. (на китайском языке)
Сопутствующие товары HVC
Высоковольтные компоненты для рентгеновских генераторов. Медицинское и охранное оборудование.
Следующая →Низкопрофильные высоковольтные конденсаторы для дверных ручек, высокоплотный монтаж.