Проблема надЕжности работы устройств рпн Силовых Трансформаторов

САУБАНОВ Р.И., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. д-р техн. наук, профессор ГАРИФУЛЛИН М.Ш.

Анализ гистограмм распределения напряжения на шинах 10 кВ районных трансформаторных подстанций показывает, что без регулирования напряжения на них практически невозможно обеспечить приемлемый режим напряжения у потребителя. И на данном этапе развития электроэнергетики существует проблема повреждаемости РПН.

Актуальность проблемы обусловлена тем, что РПН силовых трансформаторов – сложный и недостаточно надежный узел силового трансформатора. Согласно статистике, 35–60 % общих отказов трансформаторов связано с повреждением РПН.

Одним из вариантов решения проблемы является замена существующих систем РПН тиристорными переключающими устройствами с вольтодобавочными трансформаторами (ТПУ с ВДТ), которые обеспечивают изменение коэффициента трансформации с высоким быстродействием.

В данной системе использован принцип геометрического сложения и вычитания векторов напряжения первичной обмотки силового трансформатора с векторами напряжения вторичной обмотки ВДТ.

Было произведено технико-экономическое сравнение трансформаторов ТМН-1000/10 (http://ru-transformator.ru/tmn-price/tmn-1000-35-10-536.html) и ТМ-1000/10 (http://ru-transformator.ru/tm-price/tm-1000-35-10-102.html) с ТПУ ВДТ. Стоимость вспомогательного трансформатора – 350 тыс. руб. Выбрали тиристоры для регулирования напряжения Т161-200. В количестве 32 шт., цена за штуку – 780 руб. (http://bizorg.su/komplektuyushtie-i-materialy-dlya-elektroniki-obshtee-r/p124144-t161160-t161200-tiristor).

В результате было выявлено, что стоимость ТМ-1000/10 с ТПУ ВДТ ниже стоимости ТМН-1000/10 на 15 %. Также надо учесть, что изменение коэффициента трансформации в ТПУ с ВДТ происходит без образования электрической дуги, увеличивается срок службы трансформатора.

Перспективой данной темы является решение проблемы надежности работы РПН путем использования отличных от принятых принципов регулирования, а именно – полупроводников и вспомогательного трансформатора.

УДК 621.319

Влияние механических напряжений в структуре танталового конденсатора на вероятность отказа при испытаниях импульсным током

СИБГАТУЛЛИН Б.И., ИжГТУ им. М.Т. Калашникова, г. Ижевск

Науч. рук. канд. техн. наук, профессор БАРСУКОВ В.К.

При организации испытаний танталовых конденсаторов импульсным током необходимо учитывать совокупность множества факторов, которые могут оказать влияние на достоверность испытаний. В предыдущих работах автора было исследовано влияние параметров цепи испытательного стенда на условия испытаний. Исследуемому в этой работе вопросу до настоящего времени не было уделено должного внимания.

Всего можно выделить несколько источников механических напряжений в структуре танталового конденсатора:

1. Напряжения, индуцированные в результате нагрева. Нагрев конденсатора может быть вызван условиями окружающий среды, пайкой или превышением допустимого значения тока в конденсаторе. Из-за различного коэффициента температурного расширения слоев танталового конденсатора в его структуре могут возникать механические напряжения, которые могут приводить к расслоению или растрескиванию его слоев либо к сдвигу его электрических параметров. При незначительных механических напряжениях изменение параметров конденсатора может быть обратимым.

2. Напряжения, обусловленные монтажом чип-конденсатора на печатной плате. Так как чип-конденсатор не имеет гибких выводов, деформации печатной платы ничем не компенсируются и передаются танталовому конденсатору. Вследствие пористой структуры танталового конденсатора механические напряжения будут распределены неравномерно по его объему, образуя локальные перенапряжения.

3. Напряжения, развиваемые при быстром заряде танталового конденсатора от источника с малым внутренним сопротивлением. Этот режим работы моделируется испытаниями импульсным током. При протекании зарядных токов большой амплитуды могут развиваться локальные механические напряжения, обусловленные действием электромагнитных и электростатических сил. Здесь важную роль играют амплитуда зарядного тока и скорость нарастания напряжения на обкладках конденсатора. Вещество не может мгновенно поляризоваться в ответ на приложенное электрическое поле. В течение времени, при котором поляризация вещества достигает соответствующих приложенному полю значений, атомные связи диэлектрика могут подвергаться воздействию сил, превышающих силы электрического поля. При большой скорости нарастания напряжения разница между приложенным электрическим полем и поляризацией растет, что приводит к увеличению разрывов атомных связей и, следовательно, к снижению напряжения пробоя. Это может являться одной из причин снижения напряжения пробоя танталовых конденсаторов при заряде от источника с низким внутренним сопротивлением. Это явление было экспериментально подтверждено в исследованиях A. Teverovsky, J. Prymak, Erik K. Reed, Jonathan L. Paulsen.

На скорость нарастания напряжения влияют индуктивность и сопротивление цепи испытательного стенда, а также емкость и эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора. Поэтому важно достаточно точно определять эти параметры при испытаниях. Также необходимо ограничить усилие контактного устройства испытательного стенда в допустимых пределах, для того чтобы избежать изменения условий теста. Согласно оценкам A. Teverovsky, это усилие не должно превышать 10 Н.

Для моделирования механических напряжений, развивающихся в структуре танталового конденсатора под воздействием различных факторов, можно применить метод конечных элементов. При этом необходимо решить задачу построения пористой структуры танталового конденсатора, а также разбиения этой структуры, включая тонкий слой пентаоксида тантала, на конечные элементы, что является нетривиальной задачей.

Тем не менее, даже 100 %-е тестирование конденсаторов не гарантирует в дальнейшем их безотказную работу. Дело в том, что при монтаже конденсаторов на печатной плате могут быть сгенерированы механические напряжения, которые приведут к появлению новых потенциально ненадежных областей. Поэтому рекомендуется при первом включении устройство подключать к источнику питания через добавочное сопротивление (около 1000 Ом) для того, чтобы запустить процессы самовосстановления в конденсаторах и избежать зарядных токов большой амплитуды, которые могут привести к немедленному выходу конденсатора из строя. При первом включении используется повышенное напряжение источника питания (~110 %). Как показывает практика, этот метод позволяет значительно снизить вероятность пробоя конденсаторов при первом включении.

УДК 621.316.9