淺析低氣壓環(huán)境下的隔離變壓器可靠性
作者:admin | 發(fā)布時間:2022-08-12
在地球引力作用下,空氣依附在地球周圍,形成大氣層,大氣層從地面一直向上延伸到數(shù)百公里高空。地球的引力使空氣具有一定重量形成大氣壓力,在某高度上的大氣壓力,是該點以上垂直于地面的單位面積上整個空氣柱的重量。
大氣壓是各向同性的,即在某一點上,不管在哪個方向上測量大氣壓都是相等的。大氣壓力的大小主要取決于海拔高度,隨高度的增加,大氣壓力逐漸降低,大氣逐漸變得稀薄。高度接近于5.5km處,大氣壓力降低到大約海平面標準大氣壓值的一半;接近16km處的大氣壓力為標準海平面值的1/10;在接近31km處的大氣壓力為海平面標準大氣壓值的1/100。
大氣壓力的降低,必然對高海拔地區(qū)使用的電工隔離變壓器產(chǎn)品產(chǎn)生影響。我國約有50個點的地球表面積高于海平面1000m,約有25個點的面積高于海平面2000m。壓力梯度越大,壓力改變得越快,隔離變壓器損壞的機會就越多。
電工隔離變壓器產(chǎn)品中有相當一部分是散熱產(chǎn)品,如電機、變壓器等,這些產(chǎn)品在使用中要消耗一部分電能,使其變成熱能,使產(chǎn)品溫度升高。散熱產(chǎn)品的溫升隨大氣壓的降低而增加。表1列出了小型三向異步電動機溫升隨海拔高度的變化。
溫升與海拔高度大致成線性關系,如圖1所示。其斜率取決于本身結(jié)構(gòu)、散熱情況、環(huán)境溫度等因素。
大量散熱產(chǎn)品的散熱主要依靠對流,即依靠產(chǎn)品周圍的空氣流動來散熱,對流散熱一般又可分為強迫通風散熱和自然對流散熱。自然對流散熱是依靠產(chǎn)品發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場,造成產(chǎn)品周圍空氣的溫度梯度,使空氣流動散熱。強迫通風散熱是通過強制措施,迫使空氣流過產(chǎn)品,帶走產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。
對強迫對流散熱來說,在體積流不變情況下,隨高度增加,大氣壓將伴隨著空氣密度降低??諝饷芏冉档蛯⒅苯佑绊憦娖葘α魃岬男Ч_@是由于強迫對流散熱是依靠氣體的流動帶走熱量的。一般電機用的冷卻風扇,是保證流過電機的體積流量不變,當高度增加時,由于空氣密度下降,即使體積流量不變,氣流的質(zhì)量流量將隨之降低。
高度增加氣壓降低,對隔離變壓器的性能也會產(chǎn)生影響。特別是以空氣作為絕緣介質(zhì)的設備,低氣壓對其影響更為顯著。在正常大氣條件下,空氣是絕好的絕緣介質(zhì),許多電器產(chǎn)品采用空氣作為絕緣介質(zhì)。當這些產(chǎn)品用于高海拔地區(qū)作為械設備時,由于大氣壓力降低,常常在電場強度較強的電ji附近產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。更嚴重的是有時會發(fā)生空氣間隙擊穿,這意味著設備的正常工作受到破壞。
根據(jù)隔離變壓器在電路中的使用特性進行設計分析并合理選用隔離變壓器,是隔離變壓器可靠性的基礎。隔離變壓器的可靠性控制點應前移,從源頭抓起,即從設計選用、優(yōu)選廠家、壓縮品種、可靠性試驗、提高質(zhì)量等級抓起,使那些用代價換來的預防措施在源頭就發(fā)揮作用,而不能總是處于補救措施狀態(tài)。并且,應該從隔離變壓器可靠性物理分析角度,系統(tǒng)地進行失效信息的收集與分析、失效分析、破壞性物理分析、密封器件內(nèi)部氣氛分析、失效模式及機理與工藝的相關性分析、失效模式與影響分析等隔離變壓器的質(zhì)量與可靠性分析技術(shù)等,將隔離變壓器質(zhì)量與可靠性分析技術(shù)融入隔離變壓器產(chǎn)品設計、制造過程,實現(xiàn)隔離變壓器的可靠性增長。
隔離變壓器的生產(chǎn)、試驗和驗收,是保證隔離變壓器質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),也是航天產(chǎn)品隔離變壓器可靠性的關鍵控制點,其過程控制的好壞決定了隔離變壓器的固有質(zhì)量。隔離變壓器按功能劃分,有隔離變壓器元件、分立器件和微電路等;按采購渠道劃分,有進口和國產(chǎn)隔離變壓器之分;按產(chǎn)品成熟性劃分,有貨架產(chǎn)品和新品器件。不同隔離變壓器有不同的控制要求,在下廠監(jiān)制和驗收、到貨檢驗時應有不同的處理方法和程序。因此,應將隔離變壓器分門別類地進行劃分,規(guī)定各類隔離變壓器的監(jiān)制方式、特殊試驗要求和驗收辦法,并明確相應的程序和執(zhí)行單位或部門。
隔離變壓器DPA(破壞性物理分析)的主要目的是要防止有明顯或潛在缺陷的隔離變壓器裝機使用。除用于隔離變壓器的質(zhì)量鑒定外,在航天產(chǎn)品中,還用于隔離變壓器的驗收、裝機前隔離變壓器的質(zhì)量復查、隔離變壓器超期復驗以及隔離變壓器的失效分析。在一般產(chǎn)品上,DPA通常用于已裝機隔離變壓器的質(zhì)量驗證。在航天產(chǎn)品上,DPAbixu在隔離變壓器裝機以前完成,因此,需明確航天產(chǎn)品用隔離變壓器進行DPA的時機、DPA的試驗項目、實施DPA的機構(gòu)、DPA的數(shù)據(jù)記錄要求和DPA結(jié)果的處理方法。
隔離變壓器失效分析的主要任務是對失效的隔離變壓器進行必要的電、物理、化學的檢測,并結(jié)合隔離變壓器失效前后的具體情況及有關技術(shù)文件進行分析,以確定隔離變壓器的失效模式、失效機理和造成失效的原因。通過失效分析可以發(fā)現(xiàn)失效隔離變壓器的固有質(zhì)量問題,也有可能發(fā)現(xiàn)隔離變壓器因不按規(guī)定條件使用而失效地使用質(zhì)量問題,通過向有關方面反饋,促使責任方采取糾正措施,提高隔離變壓器的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。
相對來說,失效模式的確定比較簡單,而確定失效機理的難度較大,分析人員bixu掌握隔離變壓器的設計、工藝和有關的理化知識,并有一定的實踐經(jīng)驗。此外,還要具備較復雜的儀器、設備。在明確失效機理后,還bixu找出失效原因,才能避免重復失效,提高隔離變壓器的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。但根據(jù)失效機理確定失效原因,往往涉及失效現(xiàn)場和責任人等具體情況,確定起來有相當大的難度。
因此,首先要確定進行失效分析的單位,規(guī)定提交失效分析的程序和失效信息,以及產(chǎn)品研制各階段失效隔離變壓器的失效信息記錄要求等,然后,根據(jù)失效分析的結(jié)論,對引起失效的原因進行歸零處理。若為設計缺陷,應和生產(chǎn)廠家一起找出問題所在并進行改進;若為操作失誤,bixu嚴格操作規(guī)范,避免引入人為的失誤。從而達到失效分析的目的,使器件制造和生產(chǎn)操作更上一個臺階。
在隔離變壓器選用、采購、監(jiān)制和驗收、篩選和復驗以及失效分析質(zhì)量保證環(huán)節(jié)中,存在大量的隔離變壓器質(zhì)量信息,例如,選用目錄外隔離變壓器的規(guī)格、型號、生產(chǎn)廠商、質(zhì)量等級以及在航天產(chǎn)品上的使用情況;國內(nèi)新品器件的研制廠家及新品器件使用情況;進口器件的質(zhì)量保證情況;隔離變壓器失效分析報告和處理情況等。
綜上所述,低氣壓會使隔離變壓器的性能受到很大影響,有時會導致直接損壞。
低氣壓環(huán)境條件對隔離變壓器的影響在正常大氣條件下是無法模擬的,bixu按相關標準進行試驗。為此,一定要加強環(huán)境條件試驗的標準化工作,從設計環(huán)節(jié)就開始考慮環(huán)境變化對產(chǎn)品的影響,增強產(chǎn)品對環(huán)境的適應性,從而提高產(chǎn)品的可靠性。