Partiële ontlading in oliegekoelde transformatoren: aard en veelvoorkomende oorzaken van te hoge PD-niveaus

01 Inleiding

Gedeeltelijke ontlading (PD) in olie-ondergedompelde Stroomtransformatoren Het blijft een wereldwijd erkende uitdaging in de transformatorindustrie. Talrijke fabrikanten hebben aanzienlijke verliezen geleden als gevolg van PD-gerelateerde storingen.

PD-overschrijdingen kunnen optreden tijdens fabriekstests, inspecties door derden of bij klanten. Het opsporen van de bronnen van PD is vaak als "zoeken naar een speld in een hooiberg", wat leidt tot herstelwerkzaamheden die dagen of zelfs maanden duren en aanzienlijke kwaliteitsverliezen veroorzaken voor fabrikanten of eindgebruikers.

Het is daarom van cruciaal belang om de oorzaken van overmatige PD wetenschappelijk te diagnosticeren en snel te identificeren.

02 Definitie en aard

Hoewel er geen officiële definitie bestaat, definieert de auteur PD als volgt:
[Ontlading die optreedt op gelokaliseerde plaatsen in een transformator en die nog geen onmiddellijke isolatiedoorslag of overslag heeft veroorzaakt.]

PD-scenario's lopen sterk uiteen, maar hebben een gemeenschappelijke essentie:
[Structurele, materiaal- of fabricagefouten in het isolatiesysteem veroorzaken een plaatselijke vervorming van het elektrische veld die de diëlektrische sterkte op dat punt overschrijdt, wat resulteert in herhaalde, microscopische, niet-doordringende ionisatie-doorslag.]

Kort gezegd schuilt de aard van PD in een gelokaliseerde concentratie van het elektrische veld die de veldsterkte overschrijdt die nodig is om PD te veroorzaken.

03 Primaire oorzaken

Op basis van PD-mechanismen kan elke factor die te sterke, gelokaliseerde elektrische velden veroorzaakt, leiden tot overschrijdingen van de PD-drempel.

3.1 PD-locaties
PD kan de volgende oorzaken hebben:

Bussen

 

OLTC/DETC-tapwisselaars

 

Leidingen

 

Wikkelingen

 

Aardingscomponenten

 

Isolatieoppervlakken/interne defecten

 

Transformatorolie

Meest kwetsbare locaties:Luchtholtes in vaste isolatie of gasbellen in olie.
Reden:Onder spanning is de elektrische veldsterkte omgekeerd evenredig met de diëlektrische constante (ε).

Papierisolatie ε ≈ 4,4

 

Luchtporiën ε ≈ 2,0
→ Luchtholtes ondervinden een ongeveer 2,2 keer hogere veldsterkte.
Met een lage doorslagsterkte (AC ≈2kV/mm), waardoor holtes/bellen zwakke punten worden voor het ontstaan ​​van PD.

3.2 PD-typen
Veelvoorkomende PD-typen in Oliegekoelde transformatorS:

Gasbelontlading

 

Vochtgeïnduceerde ontlading(vochtwerende isolatie)

 

Scherpe elektrode-ontlading(hoogspannings-/aardelektrodepunten)

 

Drijvende potentiële ontlading

 

Wigvormige oliespleetontlading

 

Ontlading van metaal-/verontreinigende deeltjes

 

Hechtingsdefecten(te veel/slechte kwaliteit lijm in klemplaten/eindringen)

Kerninzicht:

Overschrijdingen van de PD-waarden zijn zelden gerelateerd aan het ontwerp (≈0,5% kans).
Meer dan 95% van de problemen is te wijten aan materiaal-, proces- of fabricagefouten.

Motivering:Wanneer overspanningen (LI, LIC, SI, LTAC) worden omgerekend naar een equivalente 1-minuut netfrequentie-doorslagspanning (DIL-conversie), die allemaal de PD-testspanning (IVPD) overschrijden. De hoofd-/langsisolatie is ontworpen voor het hoogste overspanningsscenario.

Nee.	PD-type	Locatie	Mechanisme	Veelvoorkomende gevallen
1	Scherpe elektrode-ontlading	Klemonderdelen, tank, opgaande bus, krimpklemmen voor kabels	Kleine kromtestraal → hoge ladingsdichtheid → extreme veldconcentratie	Onbeschermde bouten in de buurt van hoogspanningselektroden; scherpe randen op de magnetische afscherming.
2	Gasbel-/holteontlading	Luchtbellen in olie / holtes in vaste isolatie	Lage diëlektrische constante (ε≈1) → hoge veldspanning + lage doorslagsterkte (2kV/mm)	Onvolledig vacuüm; snelle olievulling; overmatige/slechte hechting in eindringen/balancerende bollen
3	Vochtgeïnduceerde ontlading	Wikkelingen, kernisolatie, aansluitingen	Vocht vermindert de diëlektrische sterkte met 60-70%.	Onvoldoende droging van de kern; overmatige blootstelling aan omgevingslucht tijdens de montage.
4	Drijvende potentiële ontlading	Perskarton, loodsteunen, magnetische shunts	Ladingsaccumulatie → plotselinge ontladingspuls	Niet-geaarde magnetische afscherming; slecht verbonden elektrostatische ringen
5	Lozen van verontreinigende stoffen	Water/vezels/metaaldeeltjes in olie	Veldvervorming + water verhoogt de veldspanning met een factor 2,9.	Onvoldoende oliefiltratie; verontreinigde kern; vochtindringing

04 Outlook

Inzicht in veelvoorkomende typen Parkinson, mechanismen, locaties en casestudies is essentieel voor gerichte probleemoplossing.

In combinatie met principes voor transformatoraansluitingen, constructief ontwerp, kenmerken van partiële ontladingsgolven, polariteitslokalisatie en diagnostische tests, maakt deze kennis snelle identificatie van de oorzaak mogelijk en minimaliseert kwaliteitsverlies.