变压器安全性能的分析及设计(2)

2019-01-27 21:41

其材料有氨基醇酸绝缘漆,烘干绝缘漆(A30-11、C30-11)等。但若选用的材料不具有阻燃性或阻燃性能低,仍是引起着火的一个隐患。这也是往往被人们所忽视的。

对以上提及的这些材料均是变压器的关键原材料,应严格加以控制,尤其是对安全认证的变压器,其材料的更换应报中国电工产品认证委员会(CCEE)电子产品分委员会,并做相应的试验,否则均不能替换。 2.3 生产工艺设计与控制 生产工艺控制包括:制定合理的工艺程序以及严格执行按工艺进行操作的纪律。由于生产工艺设计与控制不当,是影响安全性能的又一重要问题。良好的生产工艺控制是保证产品质量及安全性能的重要环节,尤其是对特殊的工序进行控制。

变压器生产的工艺控制应包括绕线工艺、浸漆工艺、质量检验点。 当过程的结果不能通过以后的检验和试验完全验证,如加工缺陷仅在使用后或后续工序中才能得出结果的,必须采取特殊的监控措施,即对这些过程应由具备资格的人员完成或要求进行连续监视和对过程参数加以控制。这些过程能力要预先鉴定的过程,通常被称为“特殊过程”。对于所有这类过程都要对影响质量的各因素加以控制。

变压器的生产过程中的浸漆工序即为“特殊过程”。这个工序的目的是为了提高绝缘物的绝缘强度、机械强度、耐热性和抗潮性等。对于这一目的是否能够达到,也就是说是否能达到预期要求的安全性能,只有通过异常的老化试验(如IEC65中的七次循环,或UL1410标准中的7小时与15天的异常试验)才能验证。而生产过程中,只能对其进行工艺控制,即对影响这一工序的各因素进行综合的连续的控制,而不是简单的某因素的控制。

变压器浸漆工序应控制的因素有:漆的浓度、预烘的时间与温度;浸漆时间与温度;滴漆的时间及固化的时间与温度。 其最好的方法是:运用统计技术进行工艺设计,对这些多因素作用的定量分析的实验设计,得到各因素的统计数据,在工艺中加以规定。同时对这一过程运用统计技术进行连续的监控(如连续监控的控制图),以评价其控制的特性与程度。

工艺纪律是保证产品质量及安全性能的又一重要环节。制定了合理的、科学的生产工艺,若不执行或不严格执行都会对产品质量及安全性能带来直接影响或造成隐患。在试验与检验中由于工艺执行有问题也占一定比例。 2.4 生产过程中的检验对产品的影响

生产线上对安全性能的检验的目的是在制造过程中进行监测,以避免不合格品的产出和流转到下一过程,同时可以及时进行纠正,避免造成更多损失。因此这一检验是必不可少的。 2.4.1 抗电强度试验

变压器生产过程中所进行抗电强度试验是非常重要的,是企业质量控制的质检点,但需指出由于抗电强度试验进行的不当,是变压器不安全问题的产生或隐患的又一重要原因。有的企业在生产过程中或试验中对变压器进行多频次、长时间、高电压的抗电强度试验,因此造成在使用中或试验中出现击穿现象。 因为在一个绝缘结构上施加电应力,可能有以下几种电老化作用:绝缘材料内部或表面气体中的电场超过击穿场强所发生的局部放电效应、泄漏效应、树枝形爬电效应、电解效应。

通常在绝缘介质上施加电应力后,其绝缘性能将随时间而下降。国际上很多专家根据实验数据总结出、并经IEC有关委员会推荐的经验公式(2)是很能说明问题的。

(2)

式中,E为绝缘材料承受的电场强度(或电压),t为承受电场强度的时间,n为与材料性能有关的系数,F(p)为材料的有关性能(抗电强度或机械性能),随电场作用时间而下降的下降量。

公式表明,每一次抗电强度的试验,将使材料损失一部分电老化寿命,而每一种绝缘材料电老化寿命是有限的。因此并非进行抗电强度试验次数多、时间长,电压高,安全性能就越好。 2.4.2 试验电压的选取

如何确定生产线上的试验电压与时间呢?

美国UL标准根据理论分析得出了试验电压的计算方法:

L1Vn1=L2Vn2或Vn1=L22Vn2/L1

(3)

这个计算公式再一次说明绝缘材料的寿命L与所加的电源电压U的某个指数成反比关系。式中L2V2表示正常工作寿命时间及工作电压L1V1为寿命试验时间(击穿时间)和试验电压。n值的范围在2~12之间,一般家用电子产品可取5。假设变压器能使用20年,另外考虑由于热应力,产品中绝缘件在有效寿命期内,20年后,预期抗电强度将损失50%。因而20年的产品绝缘寿命就具有13.33年的工作期,一般取15年计算,认为受试后绝缘件抗电强度特性损失应不大与于1%。另外考虑生产线上生产效率,不可能将加试验电压的持续期定为一分钟。因而规定在2~10 s内,由公式(3)可得持续电压为2 s时,其试验电压为:

(V=220 V时,则V=4142 V)

持续电压为10 s时,其试验电压为:

(V=220 V时,则V=3002 V)

由此可见,随着试验电压的持续时间的减少,试验电压应明显增加。当损失不大于1%时,所加试验电压的持续期为2 s,其试验电压增加1.4倍(比10 s时)。在生产线上检查时,不希望损伤绝缘件的绝缘性能。如美国UL1410,UL1270文件曾提出生产线上可为1 s,试验电压增加20%,但不得超过40%,时间不超过2 s。

经以上的计算与分析,认为生产线上的试验电压,在原材料稳定的情况下,主要是考验工艺、安装中的偶然性问题。试验电压的加压时间可以缩短,且试验电压可以适当调整,但应考虑损伤绝缘性能的程度。也就是说良好的绝缘结构设计及严格的工艺规程是确保产品安全性的主要条件,最后的抗电强度试验只是作为辅助的安全措施。

3 安全性能的检验与试验

3.1 选择适用的标准

变压器安全认证标准有国标GB13028《隔离变压器和安全隔离变压器的技术要求》,等同IEC742;部标SJ327-90《隔离变压器的安全要求》,等同IEC65;部标SJ/Z9127-87《音响、收音和电视设备变压器和电动机变压器》,等同UL1411。

由于各标准的应用范围及侧重点不同,应合理的选择适用的标准进行试验与检验,对其安全性能进行分析、改进提供可靠的依据。 3.2 检验的主要项目与要点 3.2.1 变压器结构检查

对通过空气的电气间隙的检查;对固体材料和层压绝缘材料,应检查其使用材料不应是吸水材料、天然橡胶、含有石棉的材料;检查其绝缘的厚度及层数。若对使用的材料不了解其性能时,要进行阻燃性、漏电起痕及湿性试验。 3.2.2 变压器层间耐压击穿试验 倍频倍压,即检查绕组的层间耐压强度。由此可以考核其漆包线的耐压情况。 3.2.3 温升

包括正常工作条件和故障条件的温升。故障条件下的温升,典型的试验如UL1411“7小时故障温升试验”。和“15天故障试验”。试验中不能有着火、击穿、温升超差的可能。

3.2.4 抗电强度与绝缘电阻的检查

将变压器经潮湿处理后进行耐压与绝缘电阻检查。 3.2.5 变压器的老化试验

典型试验如SJ3270-90“七次循环试验”,模拟变压器长期使用的情况,综合验证设计结构的合理性,绝缘材料的老化,工艺的设计与控制。每次试验包括:热冲击、振动、潮热三方面的试验。 3.2.6 阻燃试验

3.3 分析不合格产生原因为改进安全性能提供依据 在安全检测中,最难判定的不合格现象即为内部击穿。因为击穿产生的原因很多,如上述分析可知,爬电距离、间隙不满足最小尺寸要求、介质老化、破损、工艺控制不当等均可能造成内部击穿。正确的确定其产生的原因,才能改进安全性能。利用排除法:首先剖开变压器的截面,检查内部结构;参考工艺文件,分

析制造中薄弱环节;依据所报材料清单,对材料性能不了解时进行试验。从这样的检查分析步骤得出正确的原因分析,提供改进的依据,使产品的安全性能得以改进。

作者单位:电子部三所 北京 100015 参考文献

[1]GB13028《隔离变压器和安全隔离变压器的技术要求》,等同IEC742 [2]部标SJ327-90《隔离变压器的安全要求》,等同IEC65

[3]部标SJ/Z9127-87《音响、收音和电视设备变压器和电动机变压器》,等同UL1411

(收稿日期1998 11 23)

自复保险丝在变压器中的应用

1、问题与分析:

带有变压器的电源设备的故障主要是由于过流产生的,而导致过流的原因通常是电路短路或负载减小;发生故障时会导致电路冒烟、着火,以至于损坏电路以及接口。低压卤化灯结构的灯体的变压器常由于短路而产生故障。如果变压器和灯体之间安装和连接不正当,就更易于损坏。由于灯是并联使用的,短路时电流特别大。把自复保险丝安装在变压器的第二线圈上可防止短路和过载故障。 2、有关规定:

IEC742规定:分体式独立变压器系列的第二线圈短路故障时温度不能超过125到210C。IEC950规定:通过第二线圈的电流,在一分钟内电流必须降至8安培。UL697规定:小型变压器在一分钟内输出功率不超过190W,电流不超过30安培。UL1310和UL180规定:NEC二级供应电源和变压器在5秒内电流要限制到8安培以内。我国的电力变压器大多数为A级绝缘材料,线圈的允许温度为105℃。在正常情况下,变压器上层油不超过85℃,最高不超过95℃。 3、技术比较:

目前用于变压器电路保护的有双金属片断路保护器、陶瓷PTC、保险丝等。双金属片断路保护器的局限性在于它会产生恶循环,并且两金属片会粘在一起而起不到保护作用。陶瓷PTC的局限性在于其阻值大,温度变发过大,且在受到震动时易于损坏。保险丝可以起到好的保护作用,但它只是一次性的,烧坏后必须更换。与之比较,自复保险丝具有在正常工作状态下阻值极小,在发生故障时能迅速动作,阻值急剧升高使电路处于隔离保护状态。 4、自复保险丝选型以及常用安装方式:

小型变压器电源特性:电压范围:6~60V;电流范围:1~7安培。对于变压器保护,

PSN110—PSN250,PSL300—PSL1400或者PSM300—PSM900都适用。

安装方式:如右图所示,自复保险丝常安装于变压器的次级绕组保护,也可以安装于原边绕组或整流器的输出端口保护。

国际电工委员会(IEC)技术方面的正式决议或协议是由所有...

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引用网址:http://www.1wen.com.cn/wendang/guoji-weiyuanhui

文档地址: 获取下载文档GO>> GB 4706.1――1998 IEC 前言

国际电工委员会(IEC)技术方面的正式决议或协议是由所有对其感兴趣的国家委员会参加的技术委员会来制定的,因此,在所涉及问题上它们都尽可能如实地表述一种国家性的一致观点.

它们以一种推荐性的方式供国际使用,为各国委员会所接受.

为了促进国际协调,国际电工委员会(IEC)希望各国委员会应在本国条件允许的情况下,在本国标准中采用IEC标准.所有IEC标准与本国对应标准之间的差异都应在后者中尽可能清楚地指出.

中华人民共和国国家标准 家用和类似用途电器的安全 第一部分:通用要求 1范围

本标准涉 的是单相器具额定电压不超过250V,其他器具额定电压不超过480V的家用和类似用途电器的安全.

这些器具可以带有电动机,电热元件或它们的组合.

不打算作为一般家用但对公众仍可以构成危险源的器具,例如:打算在商店中,在轻工业以及在农场中由非电专业人员使用的器具,在本标准的范围之内.


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