Причины выхода из строя втулок LV: основные механизмы разрушения

Диагностика неисправностей проходников низкого напряжения начинается с понимания причин, по которым эти компоненты вообще выходят из строя. Низковольтные (НВ) втулки — как правило, с номинальным напряжением Um от 1,1 кВ до 3,6 кВ в распределительных трансформаторах — выходят из строя в результате трех взаимосвязанных механизмов: термических и электрических нагрузок на границе раздела проводник-фланец, проникновения влаги по пути ползучести и механической усталости, вызванной вибрацией или неправильным моментом затяжки при монтаже. Идентификация того, какой из механизмов является активным, определяет, можно ли восстановить проходную втулку или её необходимо заменить.

По результатам наших исследований, проведенных на более чем 200 установках трансформаторов, почти половина случаев преждевременного выхода из строя проходников низкого напряжения связана с механическими нагрузками, возникшими на этапе монтажа, а не с производственными дефектами самих проходников.

Механизмы термических и электрических нагрузок

Непрерывная нагрузка по току, превышающая номинальное значение, указанное на заводской табличке, — что часто наблюдается, когда ток в проходной втулке низкого напряжения на 630 А достигает 800–900 А в периоды пикового потребления, — ускоряет старение изоляции в месте уплотнения проводника. Более 1 000 часов термоциклирования, повторяющихся процессов расширения и сжатия в месте соприкосновения фланца и прокладки, могут привести к ослаблению компрессионного уплотнения, в результате чего влага и загрязнения могут проникать по поверхности фарфора или эпоксидной смолы.

Пути проникновения влаги и загрязнений

Как только герметичность прокладки ухудшается, влага снижает поверхностное сопротивление изоляции и повышает коэффициент диэлектрических потерь (tan δ). В прибрежных районах или в местах с высокой влажностью этот процесс — от исправной герметичности до заметного снижения сопротивления изоляции — может занять всего 12–18 месяцев эксплуатации.

Механические и производственные неисправности

Слишком сильное или недостаточное затягивание болтов фланца приводит к деформации уплотнения «фарфор-металл», в результате чего возникают микротрещины, которые невозможно обнаружить без использования бороскопа или метода капиллярной дефектоскопии.

Чтобы ознакомиться с более широким ассортиментом продукции, к которому относятся втулки LV, посетите наш аксессуары для трансформаторов линия и выделенный низковольтные проходные изоляторы страница серии.

Признаки неисправности в полевых условиях, предшествующие полному выходу втулки из строя

В ходе плановых осмотров низковольтных распределительных устройств и распределительных трансформаторов отказы проходников редко происходят без предварительных признаков. В ходе вводных и ремонтных работ в распределительных сетях напряжением 24 кВ и ниже за несколько недель до того, как проходник потребует неотложного внимания, обычно наблюдается один и тот же набор признаков.

Визуальные и термические индикаторы

• Просачивание масла или изменение цвета смолы вокруг прокладки фланца, часто заметное в пределах 0,5–1 мм от линии уплотнения
• Инфракрасные «горячие точки», разница температур которых превышает 8–10 °C по сравнению с двумя другими фазами при одинаковой нагрузке
• Следы скольжения (тонкие обугленные полосы) на корпусе втулки, как правило, начинающиеся вблизи приземного фланца

Электрические индикаторы

• Снижение сопротивления изоляции более чем на 20% по сравнению с последним базовым показателем
• Слышимая коронная разрядка или потрескивание вблизи клеммы в условиях высокой влажности, наиболее заметные ночью

[Мнение эксперта: как правильно интерпретировать инфракрасные снимки]

• Сравнивайте каждую фазу с аналогичными фазами при одинаковой нагрузке, а не при фиксированной абсолютной температуре
• Перед тем как отметить втулку как неисправную, проведите повторное сканирование в двух разных точках нагрузки — однократное измерение может дать искажённый результат из-за неравномерного распределения тока
• Регистрируйте температуру окружающей среды и процент загрузки при каждом измерении температуры, чтобы результаты были сопоставимыми во времени

Пошаговая схема диагностики при подозрении на выход из строя втулки левого вала

Надежная диагностика неисправностей низковольтных проходных втулок всегда проводится по одной и той же четко структурированной последовательности действий, независимо от того, какой сигнал тревоги послужил поводом для проведения проверки.

При появлении предупреждающего сигнала соблюдение четкой последовательности действий позволяет избежать как ложных срабатываний (ненужной замены), так и ложных пропусков (возвращения неисправной втулки в эксплуатацию).

1. Отключить питание и изолировать трансформатор в соответствии с процедурой блокировки и маркировки перед проведением любого физического осмотра.
2. Визуальный осмотр и осмотр с помощью бороскопа прокладки фланца, корпуса и штока проводника на наличие трещин, пробоев или просачивания масла.
3. Испытание сопротивления изоляции (IR) при напряжении 1 кВ или 2,5 кВ постоянного тока в зависимости от класса проходника, с записью значений индекса поляризации как через 1 минуту, так и через 10 минут.
4. Испытание на коэффициент диэлектрических потерь (tan δ) / коэффициент мощности при номинальном напряжении, в сравнении с эталонными показателями вводной проходки.
5. Инфракрасное тепловизионное сканирование при нормальной нагрузке, с перекрестной проверкой по соседним фазам.
6. Проверка частичных разрядов (PD) если имеется соответствующее испытательное оборудование, особенно для проходников с номинальным напряжением свыше 1 кВ.

В ходе полевых испытаний пробок низкого напряжения в условиях тропической влажности мы обнаружили, что пропуск этапа 3 — базового ИК-теста — является самой распространенной причиной, по которой пробка, находящаяся на грани выхода из строя, возвращается в эксплуатацию, а затем вновь выходит из строя в течение 6–12 месяцев.

Что касается диагностики неисправностей в широком ассортименте трансформаторных и кабельных принадлежностей — а не только в проходных муфтах — общая последовательность действий описана в нашем рабочий процесс диагностики отказов в полевых условиях, причём в данной статье речь идёт конкретно о втулках LV.

Чтение данных испытаний: сопротивление изоляции, тангенс угла затухания (tan δ) и пороговые значения частичных разрядов

Для проходников низкого напряжения сопротивление изоляции (IR) выше 1 000 МОм при напряжении 1 кВ постоянного тока с индексом поляризации ≥2,0, как правило, свидетельствует о приемлемом состоянии диэлектрика. Коэффициент диэлектрических потерь (tan δ) ниже 0,5% при номинальном напряжении является типичным для исправной втулки низкого напряжения из эпоксидной смолы или фарфора, тогда как показания выше 1,0% требуют повторного испытания и сравнения тенденций с базовыми показателями при вводе в эксплуатацию. При наличии оборудования для измерения частичных разрядов уровни ниже 10 пКл при напряжении 1,5 × U₀ как правило, считаются пригодными для дальнейшей эксплуатации.

Согласно IEC 60137:2017, в соответствии с которым регулируются изолированные вводы для переменного напряжения свыше 1 000 В, при проведении диагностики на месте следует максимально точно повторять заводские методы проверки диэлектрических и тепловых характеристик, насколько это позволяют условия на объекте.

Интерпретация пограничных показателей

Значение tan δ, которое отклонилось в сторону увеличения более чем на 0,2 процентных пункта по сравнению с исходным уровнем — даже если оно по-прежнему не превышает порогового значения индикатора 1.0% — как правило, является более надежным индикатором вероятности отказа в ближайшей перспективе, чем отдельное абсолютное значение, рассматриваемое вне контекста.

Распространенные ошибки в диагностике, которые задерживают принятие правильного решения

Опираться исключительно на визуальный осмотр

Внешне втулка может выглядеть исправной, в то время как внутри, на границе раздела эпоксидной смолы и проводника, уже прогрессирует поверхностный пробой; визуальные проверки всегда следует сочетать с электрическими испытаниями, а не использовать в качестве единственного критерия для определения соответствия или несоответствия требованиям.

Игнорирование данных о тенденциях

Однократное измерение показателя IR или tan δ без контрольного значения, полученного при вводе в эксплуатацию, для сравнения дает гораздо меньше информации, чем дрейф показателя 10–15% по сравнению с предыдущим годом для той же вводной муфты, и именно поэтому журналы учета на уровне серийных номеров имеют большее значение, чем разовые выборочные проверки.

Одинаковый подход к устранению неисправностей кабельной арматуры и втулок

Кабельные соединения и концевые муфты выходят из строя по иным причинам — в основном из-за неправильного расположения конуса напряжения и несоответствующего монтажного момента — в отличие от втулок, которые чаще выходят из строя из-за негерметичности фланцевого уплотнения. Если ваша программа технического обслуживания охватывает и то, и другое, наша кабельные аксессуары В этих материалах отдельно описаны проверки, относящиеся конкретно к кабелю.

[Мнение эксперта: привычки в ведении документации, которые действительно помогают]

• При каждом испытании фиксируйте процент нагрузки и температуру окружающей среды, а не только исходные показания
• При каждом осмотре фотографируйте область прокладки фланца, даже если никаких дефектов не видно
• Ведите учет показаний ИК-измерений и tan δ в одном журнале технического обслуживания по каждому серийному номеру проходника, а не по каждому визиту технического обслуживания

Ремонт, замена или мониторинг: схема принятия решений

Как только диагностические данные становятся доступными, выбор, как правило, сводится к трем возможным вариантам.

В случае втулок, у которых уже подтвержден риск выхода из строя, подобрать замену, соответствующую вашему классу напряжения и конфигурации монтажа, проще с помощью одного справочника: нашего руководство по выбору принадлежностей для трансформаторов в одном месте представлена таблица, в которой приведены варианты втулок LV и MV в зависимости от напряжения системы, номинального тока и типа крепления.

Если вашей команде требуется помощь в подборе запасной втулки низкого напряжения, соответствующей имеющемуся фланцевому профилю и текущим номинальным параметрам, инженерный отдел компании ZeeyiElec может напрямую проанализировать ваши испытательные данные и чертежи.

Часто задаваемые вопросы

Какую проверку следует провести в первую очередь при подозрении на неисправность прокладки низкого напряжения?

Начните с проверки сопротивления изоляции (IR) при напряжении 1 кВ или 2,5 кВ постоянного тока, сравнивая полученные результаты с базовыми показателями, зафиксированными при вводе в эксплуатацию проходника; снижение этого показателя более чем на 20% по сравнению с базовыми значениями, как правило, является наиболее явным ранним признаком неисправности, хотя перед принятием решения о замене результат всегда следует подтвердить с помощью испытания tan δ.

Как часто следует проводить проверку втулок низкого напряжения в рамках программы профилактического технического обслуживания?

Большинство операторов распределительных сетей проводят ежегодные испытания проходников низкого напряжения в рамках планового технического обслуживания трансформаторов, однако на объектах с высокой влажностью, сильным загрязнением или имеющих историю отказов для соответствующих устройств часто переходят на 6-месячный интервал проверок.

Можно ли отремонтировать втулку, в которую на ранней стадии проникла влага, вместо того, чтобы её заменять?

В некоторых случаях, если проблему обнаружить на ранней стадии, повторная герметизация прокладки фланца может восстановить приемлемое сопротивление изоляции, однако как только коэффициент tan δ превышает примерно 1,0% или появляются видимые следы пробоя, ремонт, как правило, оказывается невыгодным с экономической точки зрения по сравнению с заменой.

Влияет ли температура окружающей среды на показания сопротивления изоляции?

Да — показания ИК-измерителя заметно снижаются при повышении температуры, поэтому показания, полученные при разных температурах окружающей среды, необходимо скорректировать с учетом температуры перед сравнением с базовыми значениями или с проходниками той же фазы.

В чём заключается разница между диагностикой неисправности втулки левого вала и неисправности кабельного разъёма?

Неисправности в изоляционных втулках высокого напряжения в основном возникают в месте соединения фланцевого уплотнения и стержня проводника, тогда как неисправности в кабельных муфтах чаще всего связаны с неправильным позиционированием конуса натяжения или ненадлежащей подготовкой поверхности; последовательность испытаний частично совпадает (ИК, tan δ), однако точки физического осмотра различаются.

Сколько времени, как правило, проходит до выхода из строя изношенной прокладки низковольтного шинопровода?

В зависимости от нагрузки, влажности и степени загрязнения период между появлением измеримого снижения сопротивления изоляции и возникновением функционального отказа обычно составляет от 6 месяцев до 2 лет, поэтому мониторинг на основе анализа динамики превосходит по эффективности однократные испытания.