Transformátory elektrické energie Analýza odporu izolace a dielektrických ztrát

1 Úvod

Transformátory jsou mezi nejdůležitějším vybavením v elektrických systémech a je klíčové maximalizovat prevenci a minimalizovat výskyt poruch a nehod u transformátorů. Poruchy izolace různých typů představují více než 85 % všech poruch transformátorů. Proto je pro zajištění bezpečného provozu transformátorů nutné pravidelně provádět testy izolace, aby bylo možné předem detekovat vadné místa v izolaci a rychle odstranit potenciální rizika. Během mé kariéry jsem často účastnil testování transformátorů a získal rozsáhlé znalosti v této oblasti. Tento článek poskytuje podrobný přehled o komplexním testování izolace transformátorů a o stavu izolace, který je zobrazen výsledky testů.

2 Měření odporu izolace a absorpčního poměru

2.1 Měření odporu izolace

Při měření se má použít megaommetr podle standardních specifikací k postupnému měření odporu izolace mezi každým vinutím transformátoru a zemí, stejně jako mezi vinutími. Terminály měřeného vinutí by měly být spojené krátkodobě, zatímco terminály neměřených vinutí by měly být také krátkodobě spojené a zazemlené. Místa a pořadí měření by měla následovat tabulka níže.

Při srovnávání hodnot odporu izolace by měly být převedeny na stejnou teplotu pomocí následujícího matematického výrazu:

Ve vzorci:

R1 zastupuje hodnotu odporu izolace (v megaohmech) změřenou při teplotě t1

R2 zastupuje hodnotu odporu izolace (v megaohmech) vypočtenou při teplotě t2

Změřené hodnoty odporu izolace se hlavně posuzují porovnáním výsledků po sobě jdoucích měření každého vinutí. V porovnání s předchozími testovacími výsledky by neměla dojít k významné změně, obvykle by neměla být nižší než 70 % předchozí hodnoty. Při zkouškách za provozních podmínek by měla být hodnota obecně nejméně 70 % hodnoty z tovární zkoušky (při stejné teplotě).

Pokud nejsou k dispozici referenční hodnoty, standard pro hodnoty odporu izolace je obvykle uveden v následující tabulce.

2.2 Měření koeficientu absorpce a polarizačního indexu

Koeficient absorpce je poměr hodnot odporu izolace změřených megommetrem po 60 sekundách a 15 sekundách po aplikaci napětí. Koeficient absorpce je velmi citlivý na vlhkost v izolaci. Při teplotě mezi 10°C a 30°C by měl být koeficient absorpce nejméně 1,3.

Pro transformátory o nominálním napětí 220 kV a vyšší nebo o výkonu 120 MVA a vyšším by měl být změřen polarizační index. Tento index je poměr čtení po deseti minutách a jedné minutě, s tím, že polarizační index by neměl být nižší než 1,5.

Měření odporu izolace a koeficientu absorpce je jednoduchá a univerzální metoda pro kontrolu stavu izolace transformátorů. Tento test může efektivně detekovat vlhkost izolace a lokální defekty, jako jsou trhliny v porcelánových vložkách, zazemlené vodiče atd. Pokud neodpovídají změřené hodnoty odporu izolace a koeficientu absorpce specifikovaným hodnotám, určitě existují některé z uvedených typů vad v izolaci.

3 Test průtoku proudem

Během testu se používá generátor vysokého stejnosměrného napětí a mikroampermetr. Body aplikace napětí jsou uvedeny v následující tabulce:

Standardy pro použití zkoušebních napětí jsou uvedeny v následující tabulce.

Po zvednutí napětí na zkoušební úroveň přečtěte proud DC procházející zkoušeným cívkováním po jedné minutě; tato hodnota je měřený únikový proud.

Test únikového proudu v podstatě měří odpor izolace. Vzhledem k použití vyššího stejnosměrného napětí pro měření únikových proudů však lze odhalit vadu izolace, kterou megohmmetr nemůže detekovat, jako jsou částečné poruchy v transformátorech a vadu vložek. Při analýze a posouzení měřených výsledků se provádějí hlavně srovnání s podobnými transformátory, mezi různými cívkováními a s výsledky testů z předchozích let, aniž by se očekávaly výrazné změny. Pokud hodnoty rostou každý rok, je třeba se zaměřit, protože to často naznačuje postupnou degradaci izolace. Pokud dojde k náhlému nárůstu oproti předchozím letům, může to signalizovat vážné vadu, která vyžaduje vyšetření.

4 Měření tangensu úhlu dielektrických ztrát

Vzhledem k tomu, že obal transformátoru je přímo uzemlen, se pro měření tangensu úhlu dielektrických ztrát používá AC most typu QS1 s obráceným zapojením. Místa měření jsou uvedena v níže uvedené tabulce.

Poznámka: Skutečný obsah tabulky nebyl v textu poskytnut, proto je zde uveden v obecných termínech. Pokud máte konkrétní detaily nebo data pro tabulku, tyto by mohly být do překladu zahrnuty pro vyšší přesnost.

Tento překlad pokrývá technický postup pro testování úhlu dielektrických ztrát a důvody použití určitého zařízení z důvodu ohledů na uzemlení. Taktéž odráží důležitost porovnávání aktuálních výsledků testů s historickými daty pro identifikaci možných problémů v izolačním systému transformátoru.

Během měření by měly být oba terminály zkoumaného vinutí překlopeny, zatímco všechna nezkoumaná fázová vinutí musí být překlopena a zazemněna. Tím se zabrání chybám měření způsobeným indukčností vinutí.

Standardní hodnoty tangensu úhlu dielektrických ztrát izolace vinutí transformátoru (při 20°C) jsou uvedeny v následující tabulce:

Tangens úhlu dielektrických ztrát by neměl ukazovat významné změny ve srovnání s historickými hodnotami (obecně nesmí přesáhnout 30%). Zkouškové napětí je 10 kV, pokud je napětí vinutí 10 kV nebo vyšší, a je rovno nominálnímu napětí (Un), pokud je napětí vinutí nižší než 10 kV.

Při měření se tangens úhlu dielektrických ztrát musí převést na stejnou teplotu pomocí následujícího matematického výrazu:

Ve vzorci:

tgδ1 a tgδ2 reprezentují hodnoty tangensu úhlu dielektrických ztrát při teplotách t1 a t2, respektive.

Měření tangensu úhlu dielektrických ztrát izolace vinutí transformátoru se primárně používá k kontrole proniknutí vlhkosti do transformátoru, stárnutí izolace, znehodnocení oleje, akumulace šlamu na izolaci a závažných lokálních vadách. Pokud měřený tangens úhlu dielektrických ztrát nesplňuje stanovené hodnoty, určitě existují v izolaci některé z uvedených vad.

5 Zkouška odolnosti proti střídavému napětí síťové frekvence

Pro zkoušku odolnosti proti střídavému napětí síťové frekvence obvykle potřebujeme zkouškový transformátor, napěťový stabilizátor, vysokonapěťový elektrostatický voltmeter a kulový mezera. Pokud je třeba, lze na vysokonapěťové straně sériově připojit i ampermetr střídavého proudu a vodní odpor. Při testování by mělo být zkouškové zařízení správně vybráno podle zkouškového napětí a kapacitních požadavků zkoušeného vzorku.