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1、估计Overpressures 在波兰人类型发行变压器第部分I: 坦克承受评估抽象当电弧引起在变压器油里, 强的超压力也许迅速地显现出在坦克, 特别是为低阻抗非难。本文提出测试方法和结果被获得在项目瞄准估计人和环境风险与相关这类型缺点。极限能量和压力价值被定义了根据不同的安全水平。限制能量和压力最佳的方法在安全水平在变压器坦克在内部缺点大于1.7 钾期间将保护变压器与一根当前的限制的保险丝。其它方式增加变压器坦克机械承受在这样缺点之下并且被谈论。ndex 期限弧放电, 缺点潮流, 保险丝, 保护, 安全, 测试压力, 变压器。I. 介绍 HYDRO-QU3EBEC 的动力系统包括成千上万杆类型
2、顶上的变压器。这些变压器核心和绕被浸没在提供必需的电子绝缘材料和帮助凉快单位油的容量。油和零件全部被附寄在一辆密封地被关闭的坦克紧身盖子。每当有一个瑕疵在变压器绝缘材料, 电弧被创造, 并且超压力可能迅速地显现出在坦克里面。缺点的后果可能是相当严厉的, 根据缺点高度和期间一方面和坦克的超压力抵抗容量在另一边。本文谈论测试方法和结果使用确定坦克可能承受没有危害人和环境安全的极限超压力和能量价值。在提出测试结果以后, 它描述措施被介绍减少高压水平和改进变压器坦克承受。测试并且提供了一个机会确认加压气体射入方法为变压器坦克在努力再生产压力上升和同样失败形式的同样率(参见伴侣纸 1 ) 。II. 上下
3、文A. 最坏的缺点当变压器绝缘材料失败, 它引起电弧。什么对这项研究感兴趣我们是导致最伟大的超压力的类型缺点, 换句话说, 低阻抗缺点。它是在潮流和能量是最高的这些缺点并且是很可能引起强的overpressures 。为我们的测试, 因此, 弧将被创始在一活部份在额定的电压和被着陆的其他部份之间。B. 电弧电弧根本上包括血浆由潮流的段落创造。这是一个好电指挥, 但它有一相当数量能量将消散的有些抵抗, 帮助保留温度上流和因此加热当地环境。C. 气泡和超压力电弧迅速地加热任一油在近的附近以巨大强度, 导致一些石油化工分解入另外气体和碳。气体的数量导致与能量连接严密被消散在弧。新气体由弧导致占去某一
4、空间量但, 由于大多数的惯性油在弧之上和气体的高温, 后者被压缩在非常小空间。气泡在压力下无法扩展在向下方向因为坦克的核心和墙壁是坚实并且油是实际上不可压缩的。它将扩展因此向上和将推挤反对油在它之上。油的容量开始因此行动朝坦克的上面, 如此压缩空气的容量在坦克盖子之下。根据弧并且/或者它的与油表面的接近度的深度, 气泡由弧生产将驾驶油的容量往坦克(活塞作用的) 上面或将刺穿油表面涌现入空气的容量在变压器。在每个这些箱子, 超压力将显现出在坦克和将强加机械重音给坦克 2-4 。D. 弧缺点的后果当变压器坦克的底部和墙壁被服从对有时可观的压力, 试验证明, 缺点弧的作用是最可看见的在盖子。这是可理
5、解的考虑, 坦克是圆柱形的以它的基地牢固地被固定对圆筒, 但是盖子有没有比勾子或金属带附有它坦克。根据超压力的价值, 主要作用可能范围从没什么明显对气体的盖子、石油、气体、和有时燃烧甚至爆炸的猛烈投射在坦克。值得注意的是, 超压力阀门没有时间起反应对上升和价值的超压力率导致当低阻抗缺点发生并且没有, 因此, 作用在结果。这个研究计划焦点将估计弧缺点人和环境风险。对变压器的损伤本身未被考虑到除非它有反映在人或环境安全。但是, 变压器失败形式被审查为了确认再生产机械重音一个供选择的方法由电子测试导致由注射空气的容量在压力下入坦克(参见伴侣纸 1 ) 。II. 方法过去经常确定坦克承受A. 测试描述
6、变压器在测试之下附有了木杆使用标准勾子。它是穿孔的在三个地点为了安置三个压力传感器: 一在盖子的中心, 一个在坦克的边在空气容积的水平, 和三在边并且, 但在油面之下。缺点潮流和弧电压被测量了和被保存了在计算机为进一步分析。各个测试被摄制了在实时使用一台摄象机和在高速使用照相机采取2000 images/s 。弧缺点被创始了在油面之下使用保险丝导线。可利用的短路潮流可能被调整在2 之间并且13 钾和电压是15 千伏。开关的关闭的角度能被调整为再生产对称和不对称的潮流的目的。变压器绕依然是在坦克但未包括在电电路保证, 低阻抗缺点会被获得。保险丝导线熔化1 或2 女士在潮流以后开始流动和创造电弧在
7、油。潮流被中断在少于一个周期被开关在测试电路代表开除保险丝中断潮流在它的第一zero.crossing 的系统条件(即, 在少于一个周期) 。根据灰色 5 , 能量包含在潮流的前半周期有一个确定的作用是否坦克盖子可能承受缺点。B. 测试对象选择顶上的变压器与氢结合Qu3ebecs 的存货和它购买的趋向在过去几年被学习为了选择变压器为会是特点顶上的变压器被安装在它的发行系统的测试。变压器从三位制造商被选择为这些测试是所有的目的圆柱形单位。主要区别在三型之间是盖子附有坦克的方式(金属带, 均匀地间隔了勾子, 和参差不齐地间隔了勾子) 并且稍微, 在坦克直径上一些变化和高度。四变压器容量被选择了,
8、即25, 50, 100 和167 kVA, 全部同不同的坦克维度和容量联系在一起。C. 弧启蒙和位置方法被使用和广泛被接受为举办这类型测试将创始电弧在固定的电极之间通过或超电压或一根小保险丝导线 1 , 5 , 6 。这并且是方法被指定在ANSI 标准 6 。这个方法被使用了因此为我们的测试目的。它被决定, 为了保证测试参量的更好的控制我们会创始弧与小保险丝导线。图1. 典型的弧潮流、电压、抵抗, 和能量为弧缺点在油里。图1. 典型的弧潮流、电压、抵抗, 和能量为弧缺点在oil.According 对各种各样的作者 2-4 并且从测试和模仿的结果进行在IREQ 7 并且 8 , 那里是充足的
9、证据, 导致最巨大的机械重音在坦克的弧位置是在核心之上在油面之下; 这是实际上什么ANSI 标准指定 6 。静态压力检测执行了在IREQ 在变压器以被焊接的坦克盖子表示, 坦克底部开始漏在600 之间和2000 年kPa 根据变压器类型。数字模仿并且执行了在缺点IREQ 在不同的地点, 包括在坦克的底部, 显示出, 盖子将结束坦克和将发布内部压力在压力到达底部的最大抵抗之前, 除非它被腐蚀或非常被损坏。为我们的测试目的, 因此, 电极被安置了在核心之上和很好在油面之下。作者不同意, 然而, 距离被尊敬在电极之间。ANSI标准指定2.5 cm, 但是Cuk 4 , 灰色 5 , 和Mahieu
10、9 执行了他们的测试以距离范围从7.6 到12.7 cm 。Mahieu 9 , 另一方面, 声称, 弧长度在变压器频繁地是按2.5 cm 或较少的顺序但弧长度相等与坦克半径或较少是还可能发生。Goodman 10 ,为他的部份, 报道, 最初的弧长度为一个典型的缺点在发行变压器是大约1.25 cm 并且弧那么延伸, 可能到达四次它最初的长度。距离5 cm 似乎对我们是现实价值并且这是价值最后被选择为我们的测试; 5 cmlies 分开方式在指定值和价值之间由各种各样的作者使用被咨询。III. 测试结果一共计47 测试进行了在17 台不同变压器。当测试没有造成对变压器的任何重大损伤, 一根新保
11、险丝导线被安置了在电极并且其他测试之间执行了在同样单位。典型的潮流和电压测量也许看在图1 与弧抵抗和能量一起的故意的价值。弧抵抗由划分获得弧电压由测试潮流, 能量由集成潮流的产品由弧电压在弧期间。潮流有正常60 赫兹正弦形状和由不看得出限制HAMEL 等: 估计OVERPRESSURES 在POLE-TYPE 发行变压器第部分I 表1弧测试参量和结果为顶上的变压器弧电压。弧电压和抵抗是基本上长方形以峰顶在当前的zero.crossings 附近。短时间延迟在弧电压的开始对应于时期为保险丝导线于融解。测试结果被总结在Table.i, 给潮流rms 和高峰价值和期间并且弧抵抗的弧电压、弧能量、平均
12、值, 焦耳积分式、最大压力被到达在测试期间, 和安全水平。A. 安全水平他们造成对变压器的录影记录非常殷勤地被审查为了分类测试根据程度他们的冲击对人和环境安全而不是严密地根据相当数量损害,尽管有些交互作用在二之间。四个安全水平被定义了根据标准被总结在表II 。在第一水平, 向外标志不能看在变压器坦克。在领域, 唯一的方式确定是否缺点发生过在变压器将证实是否它的防护保险丝经营。在水平2, 天然气和石油排斥被观察了。油被射出没有共计超过2 升, 并且虽然盖子永久地被扭屈了, 它保留了牢固地附有坦克。油排斥也许超出2 升并且测试仍然被分类在水平2, 在没有火焰条件下并且盖子并且/或者轴衬不被撕毁。除
13、非它被超载加热在弧缺点之前, 油被射出不会是非常热的因为它通常不是直接地与电弧联系。但是, 如果坦克将爆裂和 表2 定义标准为四个安全水平 表3 压力价值为各种安全水平和变压器类型许多油溢出了, 测试会必须被分类在水平3 。在水平3, 变压器坦克盖子不依然是附有并且HV 轴衬有时打破但两个保留在变压器, 由HV 服务导线拿着到位, 即, 宽松和准备好掉下。在这个阶层, 相当数量19 升油抛出从坦克被观察了。偶尔地计划的气体捉住火创造火焰关于1mlong, 被熄灭在几秒钟。在一个案件, 油捉住了火在坦克里面和小火被烧几分钟。在水平4, 盖子和轴衬完全地被撕毁变压器和用力投掷的易变的距离入环境。那
14、里也许并且是爆炸, 猛烈地偷窃盖子, 由于气体的燃烧被压缩在盖子之下。ANSI 标准阐明, 机械组分不必须被射出或秋天从变压器当弧缺点发生。那里必须是对或坦克或焊接的没有损伤。少于1.1 升油必须溢出并且灼烧的油不必须抛出。变压器不能从它的支持出来。水平1 和2 依照被定义以上符合ANSI 标准的要求, 除了我们接受2 升油为水平2, 比较1.1 升, 依照由ANSI 指定; 但是, 我们不认为这个区别是非常重大的。我们考虑, 水平1 和2 是可接受的从安全观点。B. 安全水平作为能量和压力功能表III 给不同的压力范围对应于四个安全水平,但是图2 图解说明同样结果。这锻炼被承担了为三不同类型
15、变压器由信件A, B 辨认, 并且C. Table IV 和图3 提供这同样联系但这时候在安全水平和能量之间。审查的无花果。2 和3, 我们看见, 类型变压器有强的影响对这些的最大值压力或能量范围和对结果的消散。三类型变压器设法维护安全水平2 为55, 92, 和116kPa 或15, 22, 和57 kJ 对应的能量最大压力。它是正常发现或多或少同样现象从压力和能量范围和得出同样结论, 因为有一个直接关系在能量包含在缺点和压力之间被发展在坦克。 IEEE 交易在功率传输, 卷18, 第1, 2003 年1月图2. 压力范围为各种安全水平和变压器类型。表IV 能量价值为各种安全水平和变压器类型
16、图3. 能量范围为各种安全水平和变压器类型。 型A 变压器承受55 kPa 或15 kJ, 完全地然后发布它的夹子在盖子(安全水平3) 。盖子或牢固地被拿着到位(平实1) 或完全地偷窃(平实3) 。有非常少量情况在这两个极端之间至于型B 变压器, 行为相当相似: 盖子承受92 kPa 或22 kJ (平实1), 但在那, 它之上可能不再举行。测试可能随机和甚而生产安全水平2 或3 平实4 时常当更多能量是包含的。它注意到, 与这两种变压器类型能量和压力范围重叠为安全水平2 和3 。但是, 型B 可能保持盖子附有坦克为高能和压力价值比键入A 。型C 变压器行为与其它二相当极大不同。实际上有确定分
17、离在各种各样的能量和压力范围为四个辨认的安全水平。型C 变压器可能承受116 kPa 或57 kJ, 维护安全水平2 。在这种情况下, 相背与其它型, 一个压力或能量范围对应于各个安全水平。另外, 这类型变压器显示结果的更多一贯性和更好的反复性以便它提供更好的控制从安全观点因为同样相当数量能量或压力总将导致同样安全水平, 不同于其它二同样相当数量能量或压力可能生产多达三个不同安全水平。 IV. 最大压力和能量承受一定数量的参量可能影响单位的行为在弧错误条件下。但是, 它不会是实用的确定极限能量和压力价值为变压器各类型和容量。实际上, 这会要求对变压器的一个更大的数字的许多测试。我们的宗旨将宁可
18、确定一个唯一极限值为它是高度不太可能的, 为多数变压器的能量并且/或者压力, 一个内部缺点将代表一个严重的威胁对人或环境。 和可以被看见在表III, 有不能超出的三极限压力价值如果一个可接受的安全水平是保证: 55, 92, 和116 kPa, 各自地, 为三类型变压器A 、B, 和C 。最低(55 kPa) 对应于型A 。这类型变压器是非常变化莫测的, 能在将来被避免或被改进。它的最大压力价值为安全水平2 是非常降低和实际上对应于水平1 的其它二型。型C 的极限值是116 kPa 但这可能导致安全水平4 以型A 和B 和是因而太高的以至于不能被考虑一个安全极限值为所有变压器。92 的价值kP
19、a 为型B 变压器似乎提供更好的妥协为变压器整体上。这压力价值也许导致安全水平4 为变压器类型A, 但看图3, 我们看对应的能级是相当低, 即22 kJ, 和一个缺点的结果以这相当数量能量不威胁是非常危害的。而且, 它是相当清楚从这个图, 22 kJ 缺点从未被发现在安全水平4 。总而言之, 在弧缺点情形下在一台顶上的变压器对167 kVA 或较少估计, 看起来会允许一个合理的人和环境安全水平被尊敬的极限压力和能量价值是92 kPa 和22 kJ 。但是, 因为准确性水平不是非常高和从电弧行为, 是是什么它, 导致某一相当数量消散在结果, 极限值被选择被环绕了对100 kPa 和25 kJ 。
20、它值得指出, 测试并且进行了在其它相似的变压器由注射依照被获得再生产上升的同样压力率在坦克以电测试的被加压的气体。在这测试, 极限压力价值维护安全水平2 并且被评估了在100 附近kPa (参见伴侣纸 1 ) 。因而, 25 kJ 和100 kPa 是变压器可能承受, 并且这些价值可能由潮流1.7 钾导致不对称, 依照被显示在下个部分的最大值。让我们是精确在事实价值25 kJ 和100 kPa 是被测试的变压器可能承受的最大值。他们不是我们建议投入在测试, 如果通过, 会保证变压器安全行为在内部缺点之下的价值。它只会保证变压器的安全行为被安装在短路潮流不会超出1.7 钾的点。V. 变压器在领域
21、顶上的变压器由中断短路潮流在第一zero.crossing 的开除保险丝通常保护在它的保险丝元素熔化了之后。缺点潮流的充分的高度将流动因此为至少0.5 周期在对称缺点潮流情况下和大约0.85 周期在完全不对称的缺点潮流情况下。在后者案件, 第一当前的峰顶也许到达一样高象2.8 倍缺点潮流的rms 价值, 根据系统参量。相当数量能量在弧缺点是:短路潮流的价值在故障定位必须为人所知与缺点弧抵抗一起在变压器。短路水平是期间取决于保护的系统参量。所有保留被确定为计算能量是缺点弧抵抗。它被观察了在我们的测试并且在其它出版物 4里 那, 下面相同情况, 弧缺点抵抗在油里总不是相同而是变化在一个平均值附近追
22、踪很大地类似正常分配的可能性曲线。图4 说明弧抵抗重视编组就象获得他们的发行曲线。根据Cuk 4 , 弧抵抗的平均值为不对称的缺点比那低对称缺点, 但我们没有区分在我们的研究中。因为介入的相当数量能量是更高的当缺点潮流是不对称的, 但我们不区别在对称和不对称的缺点之间, 这给我们有些安全限度。比价值安置价值从图4 在可能性曲线和密谋曲线通过这些点, 我们获得了曲线被看见在图5, 的地方轴代表相等或低在- 的可能性轴当低阻抗弧缺点发生在发行变压器的坦克。它应该被记住, 弧测试的一个更大的数字在油会允许更加准确可能性曲线被获得。让我们假设, 例如, 我们想要计算弧缺点的能量在变压器被安装在地点在短
23、路水平是2.5 钾为了查明的系统是否这个水平超出极限被确定保留渴望的安全水平2, 即25 kJ 。图5. 最大R 价值的可能性在弧缺点期间。我们将做演算为最坏的案件, 充分地不对称的潮流以峰顶7 钾(2.8 2.5 钾) 为13.6 女士(0.85 周期) 在弧抵抗0.23 (95%) 。根据图5, 这弧抵抗对应到95% 低阻抗弧缺点箱子; 换句话说, 弧抵抗比0.23 轻微地高级在只5% 低阻抗弧缺点中。能量在这个例子与57 kJ 将是相等的:它是显然的, 因此, 25 kj 极限广泛超出。实际上,为shortcircuit 潮流比1.7 高级钾的所有地点在网络, 最坏的低阻抗弧的能量比25
24、 kJ 非难风险高级, 因为不对称的潮流4.8 钾高峰(1.7 钾rms) 导致25 kJ. 能量现在让我们假设为比较, 测试完成以弧长度的2.5 cm 和在ANSI 标准代替5 cm 。根据Trencham, 我们能假设, 2.5 cm 弧电压和抵抗将是一半5 cmvalue 。能量然后会是相等的与28.5 kJ 和仍然在25 kJ 最大值。不对称的潮流大约2.3 钾代替1.7 钾会导致25 kJ 最大值。在ANSI 标准然而测试潮流是对称的。我们的方法将宁可考虑最坏的可能的案件和使用不对称的缺点潮流。A. 变压器的电子保护适当的电子保护可能对增量安全贡献由限制能量被消散在变压器在一个内部缺
25、点期间。这样缺点能量或压力不是更加高级比安全价值。专家 2-4 , 11 , 12 是一致同意的在他们的信仰, 最佳的方式限制相当数量缺点能量在变压器将保护它与一根当前限制的保险丝。我们分享这信仰因为这类型保险丝减少期间和缺点潮流的高度和, 因此, 将开发在缺点的相当数量能量。这些保险丝制造商引述价值, 保险丝将准许流动在缺点为可利用的短路潮流的不同的价值。保证我们的例子25 kj极限不被超出, 我们需要发现极限值对应于这25kJ 极限和然后选择是适当的为变压器的对估计的当前值并且将保留缺点的价值在这个极限, 即, 1.09 10 A s 之下在我们的例子的一根当前限制的保险丝:值得注意的是,
26、 即使弧抵抗价值被选择根据覆盖物95% 案件, 实际上, 它是为安全水平2 被获得缺点的更高的百分比。实际上这个可能性从再生产最坏的缺点, 即, 充分地不对称的低阻抗弧缺点的测试被获得了。没有所有缺点将是最坏的缺点, 然而。更高的阻抗非难, 短路在卷之间, 发生在空气在油表面之上的缺点轮或列, 或较不不对称的缺点潮流全部比最坏的缺点事例较不极端和强迫较不严厉的被考虑在这研究。B. 变压器的机械保护有还可能贡献减少风险跟随一个内部缺点的机械手段。有些会将增加空气的容量在坦克, 增加坦克半径和减少油面的高度在核心之上。这些方面该当更多解释并且他们详细被谈论在伴侣纸 1 这些手段可能与机械力量被结合
27、变压器, 特殊是弱点的定像的增量盖子如同我们看见了在测试期间。测试结果显示了, 例如, 型C 变压器可能承受57 kJ 当保留同样人和环境安全水平(2) 。当变压器可能安全地承受一个更高的水平能量, 对当前的限制的保险丝的用途必要只在一个更高的水平可利用的短路潮流。VII. 结论一系列的47 弧缺点被举办了在17 台顶上的15 千伏变压器对25 到167 kVA 估计从三位制造商为了确定能量和动压力的价值由这些缺点导致。维护一个可接受的人和环境安全水平, 相当数量弧缺点能量不应该超出25 kJ, 近似地对应于压力100 kPa 。近似结果由机械测试获得了根据被加压的空气和数字模仿的射入, 倾向
28、于证实这些的有效性。标准保护被使用为顶上的变压器(开除保险丝) 不允许必需的安全水平被获得当短路潮流在变压器的设施超出1.7 钾rms 。极限能量价值和弧抵抗价值被获得在这个项目为估计提供依据之外它不再是可能保证一个渴望的安全水平的最大系统短路潮流在。最佳的方式避免超出25 kj 最高水平在弧错误条件下在一台顶上的变压器将保护单位与一根当前限制的保险丝。其它方法譬如坦克直径的增量, 空气容积的增量, 和盖子定像的改善作为手段并且被建议了增加变压器的容量承受高能价值。参考1 J. B. Dastous, M. Foata, and A. Hamel, “Estimating overpressu
29、res inpole type distribution transformers, Part II: Prediction tools,” IEEETrans. Power Delivery, submitted for publication.2 P. Barkan, B. L. Damsky, L. F. Ettlinger, and E. J. Kotski, “Overpressurephenomena in distribution transformers with low impedance faults:Experiment and theory,” IEEE, paper
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32、Rep. no. 91-002,May 1991.8 J. -B. Dastous and M. Foata, “Analyze de la overpressure dans un transformerarien de distribution suite un arc de fault interne,” IREQ, Rep.no. 92-222, Oct. 1992.9 W. R. Mahieu, “Prevention of high fault rupture of pole-type distributiontransformers,” IEEE, Paper no. T75 0
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35、结合Qu3ebec, Varennes, QC 。1979 年, 他是一位测试工程师在大功率测试的实验室在与氢结合Qu3ebecs 的研究所(IREQ) 。1981 年自从他参加了电子用具小组在IREQ, 他主要被介入了在项目关于发行用具譬如变压器、避雷器、开关、保险丝保险开关、和电子弧现象、保护和安全。Hamel 先生是IEC 技术委员会TC32.A 和工作团体的成员TC32.A/MT3 并且Ordre de Ing3enieurs du Qu3ebec 的成员吉恩Bernard Dastous 接受了B.Sc.A. 程度在机械工程方面从Sherbrooke 大学, Sherbrooke,
36、QC, 加拿大, 1989 年和M. Eng. 程度从McGill 大学, 蒙特利尔, QC, 1993 年。1989年, 他加入了与氢结合Qu3ebec 的研究所(IREQ), Varennes, QC, 作为研究工程师和工作自那以后在对电机设备的结构分析领域。他的特别研究领域包括弧遏制在油被绝缘的设备和地震设计。Dastous 先生是IEEE 西海岸分站小组委员会F0的秘书并且它灵活的连接工作小组和它的地震设计工作团体的成员。果渣Foata 接受了B.Sc. 程度在机械工程方面从3Ecole Polytechnique de Montr3eal, Montr3eal, QC, 加拿大, 1983 年和硕士学位在工程学机械工从加州大学在圣迭戈, La Jolla, 1984 年。他是研究工程师以机械工程师的部门, 与氢结合Qu3ebec 的研究所(IREQ), Varennes, QC, 他是负责研究小组在技工(的地方上升暖流和振动) 分站设备。在短的逗留在普拉特& 惠特尼, 1985 年他加入了IREQ 之后。他从那以后被介入了在爆炸高压设备, 振动顶上的送电线, 和音响监视技术的发展的问题。