Como equipamento fundamental no sistema de transmissão e transformação de corrente alternada da indústria de energia, o transformador capacitivo óleo-papel tem a importante responsabilidade de transmitir energia elétrica. Na faixa de média tensão de 60 a 110 kV, esse tipo de transformador desempenha um papel vital. Sua estrutura básica é imersa em óleo, ou seja, o enrolamento e o núcleo do transformador são selados em um tanque de óleo de ferro, e o óleo isolante do transformador é injetado nesse tanque. A conexão entre o corpo do transformador e a linha externa de transmissão e transformação depende da bucha do transformador capacitivo óleo-papel instalada na tampa da caixa. Essa bucha não só tem a função de transmitir corrente, como também é um componente essencial para garantir a operação segura do sistema.
A bucha, como dispositivo de saída condutora de corrente, deve possuir a rigidez dielétrica especificada e resistência mecânica suficiente. Sua parte superior entra em contato com o dispositivo de saída de ar externo ou cabo, a parte intermediária é firmemente fixada no dispositivo de medição ou na flange da tampa da caixa, e a parte inferior fica imersa no óleo interno do tanque de óleo. É importante observar que uma certa distância de isolamento deve ser mantida entre a parte energizada da bucha inferior e a parte aterrada, como a parede do tanque, a flange e a braçadeira do núcleo. Essa distância é definida de acordo com a tensão de teste do transformador e aumenta com o aumento do nível de tensão. Além disso, o tamanho da distância de isolamento também está intimamente relacionado à estrutura da parte energizada da bucha e ao formato da parte aterrada. Especialmente para níveis de tensão acima de 60 kV, a extremidade inferior da bucha geralmente é equipada com uma esfera de classificação com bordas arredondadas, enquanto o formato da parte aterrada pode incluir várias formas, como cantos vivos, arcos ou planos.
O anel de classificação na parte superior da bucha do transformador geralmente é instalado na parte superior da bucha isoladora e tem a forma de um anel de aço. Qual é a função principal desse dispositivo?
Como a distribuição de tensão em um isolador é frequentemente irregular quando atingido por um raio, a maior parte da queda de tensão se concentra em uma distância muito curta próxima à extremidade atingida. Isso significa que a resistência do isolamento nessa área deve ser muito alta; caso contrário, se ocorrer uma ruptura local, essa distribuição irregular de tensão afetará a seção seguinte do isolador. A situação se torna mais grave à medida que o comprimento da ruptura no isolador aumenta. No entanto, aumentar a resistência do isolamento acarreta um aumento significativo no custo. Para solucionar esse problema, um anel de equalização de tensão pode ser instalado na extremidade do isolador (ou seja, na parte atingida pelo raio). O anel de equalização de tensão utiliza seu efeito indutivo para equilibrar a corrente capacitiva para o terra, de modo que a sobretensão do raio possa ser distribuída de forma relativamente uniforme. Dessa forma, toda a extensão do isolador pode ser melhor aproveitada para resistir ao impacto do raio, melhorando a distribuição do campo elétrico e evitando intensidade excessiva do campo em partes ou pontos específicos.
Como otimizar a esfera equalizadora de tensão na parte inferior da bucha do transformador e o efeito sinérgico do riser?
Como elemento fundamental da rede elétrica, a bucha do transformador desempenha um papel vital como ponte entre a energia e o transformador. Em cada etapa da transmissão de energia, a estabilidade da bucha afeta diretamente a segurança do transformador e até mesmo de toda a rede elétrica. Em um ambiente de alta tensão, a falha de isolamento do transformador torna-se o perigo oculto mais comum, sendo, portanto, particularmente urgente analisar profundamente o problema de isolamento dentro da bucha. Atualmente, a pesquisa sobre isolamento de buchas concentra-se em sua própria resistência à tensão, mas raramente a combina com o próprio transformador. No entanto, a bucha será instalada no transformador, e seu ambiente operacional real é muito diferente daquele em que é testada isoladamente. Portanto, é necessário combinar a bucha com o riser do transformador para explorar conjuntamente a distribuição do campo elétrico dentro da bucha, visando melhorar a confiabilidade de seu isolamento e viabilizar o projeto de um riser mais leve.
Com base na teoria de ruptura do óleo isolante de transformadores, alguns trabalhos têm explorado profundamente as características de distribuição do campo elétrico ao redor da esfera equalizadora de tensão na extremidade da bucha. Este estudo não só apresenta em detalhes a teoria fundamental do projeto de isolamento de transformadores, a teoria do volume de óleo, como também propõe um método de cálculo para a intensidade de campo admissível no projeto de isolamento interno de transformadores. Tomando como objeto de estudo a esfera equalizadora da bucha de alta tensão e a base do riser de um transformador de 220 kV da State Grid, este artigo utiliza duas técnicas de simulação de campo elétrico, nomeadamente o método da carga superficial e o método dos elementos finitos, para realizar uma análise detalhada. Com base no cálculo preciso da intensidade do campo superficial da esfera equalizadora, o artigo concentra-se nos fatores que afetam a intensidade do campo, especialmente o raio de concordância da esfera equalizadora e a espessura da cobertura isolante superficial. Ao mesmo tempo, considerando a viabilidade de fabricação, é proposto um esquema de otimização para o raio de concordância e a espessura da cobertura isolante. Além disso, este estudo também explora o projeto de miniaturização do diâmetro da base do riser. O método dos elementos finitos é utilizado para calcular detalhadamente a variação do campo elétrico na superfície da esfera equalizadora após a redução do diâmetro da sede do riser. A intensidade de campo admissível é determinada em conjunto com a teoria do volume de óleo para garantir uma margem de segurança suficiente. Finalmente, o esquema de otimização é aplicado à bucha de um transformador de 220 kV, e testes de isolamento são realizados separadamente e com a bucha totalmente montada no transformador, todos com sucesso, verificando assim a eficácia do esquema de otimização. Esta solução começa com o chanfro da esfera equalizadora e o revestimento isolante da superfície, o que reduz efetivamente o diâmetro da sede do riser, não apenas economizando custos de fabricação, mas também fornecendo uma referência e orientação úteis para a seleção do tamanho da sede do riser da bucha equalizadora correspondente no futuro. Para testes de isolamento de alta tensão, anéis equalizadores de alta tensão e testes de tensão suportável de isolamento, entre em contato com a Shanghai DEMIKS Power Technology Co., Ltd. E-mail para contato: contact@demikspower.com
Lista completa de itens para testes de alta tensão em buchas de alta tensão
(Classificados em Testes de Fábrica, Testes de Entrega e Testes Preventivos, incluindo itens essenciais como teste de resistência à tensão com anel de classificação e medição de descarga parcial)
Produtos aplicáveis: Buchas de transformadores imersas em óleo , buchas GIS, buchas passantes, buchas de transformadores de instrumento (35 kV/110 kV/220 kV/500 kV) Normas aplicáveis: GB/T 4109, DL/T 596, DL/T 1476
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Inspeção visual geral e pré-testes básicos (pré-requisito para todos os testes)
Inspeção visual, dimensional e do anel de graduação: Verifique o isolador de porcelana da bucha quanto a rachaduras, danos e vazamentos de óleo; confirme a integridade da vedação do flange; assegure-se de que o anel de graduação esteja concêntrico, sem rebarbas e montado corretamente para eliminar riscos de descarga corona em bordas afiadas.
Teste de óleo isolante (exclusivo para buchas imersas em óleo): Os testes incluem perda dielétrica do óleo isolante, tensão de ruptura, teor de umidade e análise cromatográfica.
Teste de resistência de isolamento (teste com megômetro): Utilize um megômetro de 2500V / 5000V.
- Medição de Perda Dielétrica e Capacitância (Teste Obrigatório do Núcleo com a Maior Sensibilidade para Identificação de Defeitos)
Objetos de teste: Isolamento principal da bucha, isolamento da tela terminal. Itens: Fator de perda dielétrica tanδ do isolamento principal + capacitância Cₓ.
III. Teste de resistência à tensão de frequência de potência (Teste de resistência de isolamento integral equipado com anel de classificação, item mencionado anteriormente)
Teste de resistência à frequência de potência de curta duração (teste de resistência de 1 minuto)
Conecte o terminal de alta tensão do transformador de teste ao anel de calibração na parte superior da bucha; aterre firmemente o flange e a blindagem final. Procedimento de Elevação de Tensão: Aumente a tensão a uma velocidade uniforme; reduza a taxa de elevação após atingir 75% da tensão de teste; mantenha a tensão nominal suportável por 60 segundos. Critérios de Aceitação: Ausência de ruptura dielétrica, descarga superficial, ruído anormal perceptível e surto repentino de corrente de fuga.
Teste de resistência à ignição espontânea a seco e à ignição espontânea a úmido (teste de fábrica)
Simule condições de operação chuvosas e poluídas para verificar o desempenho de fuga de corrente do isolamento externo da bucha. Obrigatório para buchas de passagem de parede externa e de transformadores.
2. Teste de Descarga Parcial (DP) (Teste obrigatório de alta tensão para buchas de 110 kV e acima)
Medição de descarga parcial em frequência de potência (com anel de classificação instalado)
Aplique tensão de pré-tensão e tensão de medição, e monitore continuamente a magnitude da descarga parcial em pC durante todo o teste. Método de fiação: Conecte a alta tensão à haste condutora da bucha e ao anel de classificação; o detector de descarga parcial adquire os sinais da tela final. Critérios de aceitação: 110 kV: ≤10 pC; 220 kV: ≤5 pC; 500 kV: ≤3 pC. Funções: Detectar vazios de ar internos, delaminação do isolamento, rebarbas metálicas e descargas por distorção do campo elétrico causadas pela montagem excêntrica do anel de classificação.
3. Teste de resistência a impulsos de raio (Teste de tipo / Teste de rotina de fábrica)
Aplicar impulso de onda completa (1.2/50 μs) e impulso de onda interrompida para verificar a capacidade da bucha de suportar sobretensão atmosférica. Obrigatório para fábricas de alta tensão.
Teste de resistência à tensão CC / Medição de corrente de fuga (Comum para buchas tradicionais de papel-óleo e buchas de cabos)
Conecte o gerador de corrente contínua de alta tensão ao anel de classificação na parte superior da bucha; aumente a tensão gradualmente e registre a corrente de fuga em cada etapa. Compare as diferenças de corrente de fuga entre as três fases sob tensão idêntica. Uma diferença de fase superior a 50% indica isolamento amortecido ou degradado. Nota: O teste de resistência à frequência da rede é preferível para buchas novas de epóxi e compósito; o teste de corrente contínua é usado apenas como um método de diagnóstico auxiliar.
