Transformatory elektryczne Opor izolacji i analiza strat dielektrycznych

1 Wprowadzenie

Transformatory elektryczne są jednym z najważniejszych urządzeń w systemach energetycznych, dlatego kluczowe jest maksymalne zapobieganie i minimalizacja awarii oraz wypadków transformatorów. Awarie izolacji różnych typów stanowią ponad 85% wszystkich wypadków transformatorów. Aby zapewnić bezpieczne działanie transformatora, niezbędne są regularne testy izolacji, które umożliwiają wykrycie wad izolacji na wczesnym etapie i szybkie usuwanie potencjalnych zagrożeń. Przez cały mój zawodowy staż często uczestniczyłem w pracach związanych z testowaniem transformatorów, nabywając obszerne doświadczenie w tej dziedzinie. Niniejszy artykuł zawiera szczegółowe wprowadzenie do kompleksowego testowania izolacji transformatorów oraz warunki izolacji odzwierciedlone przez wyniki testów.

2 Pomiar oporu izolacji i współczynnika absorpcji

2.1 Pomiar oporu izolacji

Podczas pomiaru należy użyć megomometru zgodnie ze standardowymi specyfikacjami, aby sekwencyjnie zmierzyć opór izolacji między każdym cewkowaniem transformatora a ziemią, jak również między cewkowaniami. Zawory cewki poddanej pomiarowi powinny być skrócone, podczas gdy zawory niepomiarowych cewek powinny być skrócone i zazemione. Lokalizacje i sekwencja pomiarów powinny być zgodne z poniższą tabelą.

Podczas porównywania wartości oporu izolacyjnego powinny one być przeliczane do tej samej temperatury za pomocą następującego wyrażenia matematycznego:

W formule:

R1 oznacza wartość oporu izolacyjnego (w megaomach) zmierzoną przy temperaturze t1

R2 oznacza wartość oporu izolacyjnego (w megaomach) obliczoną przy temperaturze t2

Zmierzone wartości oporu izolacyjnego są głównie oceniane poprzez porównanie wyników kolejnych pomiarów każdego zwinięcia. W porównaniu z wcześniejszymi wynikami testów nie powinno być znacznej zmiany, zazwyczaj nie mniej niż 70% poprzedniej wartości. Podczas testów komisyjnych wartość ta powinna zazwyczaj nie być mniejsza niż 70% wartości testu fabrycznego (przy tej samej temperaturze).

Gdy brak jest wartości referencyjnych, standard dla wartości oporu izolacyjnego jest zwykle taki jak w poniższej tabeli.

2.2 Pomiar współczynnika wchłaniania i indeksu polaryzacji

Współczynnik wchłaniania to stosunek wartości oporu izolacyjnego zmierzonych megommetrem po upływie 60 sekund i 15 sekund od podania napięcia. Współczynnik wchłaniania jest bardzo wrażliwy na wilgoć w izolacji. Gdy temperatura mieści się w zakresie od 10°C do 30°C, współczynnik wchłaniania nie powinien być mniejszy niż 1.3.

Dla transformatorów o napięciu znamionowym 220kV i wyżej lub mocy znamionowej 120MVA i wyżej, powinien być mierzony indeks polaryzacji. Ten wskaźnik to stosunek odczytów wykonanych po dziesięciu minutach i jednej minucie, przy czym indeks polaryzacji nie powinien być mniejszy niż 1.5.

Pomiar oporu izolacyjnego i współczynnika wchłaniania to prosta i powszechna metoda sprawdzania stanu izolacji transformatorów. Ten test może skutecznie wykrywać wilgoć w izolacji oraz lokalne defekty, takie jak pęknięte izolatory porcelanowe, przewody ziemne itp. Jeśli zmierzony opór izolacyjny i współczynnik wchłaniania nie spełniają określonych wartości, istnieją pewne defekty tego typu w izolacji.

3 Test prądu wycieku

Podczas testu używa się generatora wysokiego napięcia DC i mikroamperometru. Punkty podania napięcia są przedstawione w poniższej tabeli:

Standardy zastosowania napięcia testowego przedstawiono w poniższej tabeli.

Po podniesieniu napięcia do napięcia testowego, odczytaj prąd stały przepływający przez testowane cewki po upływie jednej minuty; ta wartość to mierzony prąd przeciekowy.

Test prądu przeciekowego w istocie mierzy opór izolacyjny. Jednak ponieważ do pomiaru prądów przeciekowych używa się wyższego napięcia stałego, może on wykryć defekty izolacji, których nie jest w stanie wykryć megomomierz, takie jak częściowe uszkodzenia transformatorów i defekty wyprowadzeń. W analizie i ocenie wyników pomiarów porównuje się głównie z podobnymi transformatorami oraz między różnymi cewkami, a także z wynikami testów z poprzednich lat, bez oczekiwania na znaczne zmiany. Jeśli wartości rosną z każdym rokiem, należy zwrócić na to uwagę, ponieważ często to wskazuje na stopniowe pogorszenie izolacji. Gdy wystąpi nagły wzrost w porównaniu z poprzednimi latami, może to wskazywać na poważne defekty wymagające badania.

4 Pomiar Tangensa Kąta Strat Dielektrycznych

Ponieważ obudowa transformatora jest bezpośrednio zazemblowana, do pomiaru tangensa kąta strat dielektrycznych używa się mostka AC typu QS1 z odwrotnym podłączeniem. Miejsca pomiarów są przedstawione w poniższej tabeli.

Uwaga: rzeczywiste zawartości tabeli nie zostały podane w tekście, dlatego są tutaj wspomniane ogólnymi słowami. Jeżeli posiadasz konkretne dane lub szczegóły dotyczące tabeli, te mogłyby być uwzględnione w tłumaczeniu dla większej precyzji.

To tłumaczenie obejmuje techniczną procedurę testowania kąta strat dielektrycznych oraz uzasadnienie użycia określonego sprzętu ze względu na kwestie ziemienia. Odbija również ważność porównywania bieżących wyników testów z historycznymi danymi w celu identyfikacji potencjalnych problemów w systemie izolacji transformatora.

Podczas pomiaru, dwa zakończenia przewodniki testowanego zwinięcia powinny być połączone szeregowo, podczas gdy wszystkie niebadane przewodniki fazowe muszą być połączone szeregowo i zazemione. Zapobiega to błędom pomiarowym spowodowanym indukcyjnością zwinięć.

Standardowe wartości tangensa kąta strat dielektrycznych izolacji zwinięć transformatora (przy 20°C) są przedstawione w poniższej tabeli:

Tangens kąta strat dielektrycznego nie powinien ulec znaczącym zmianom w porównaniu z historycznymi wartościami (ogólnie nie przekraczając 30%). Napięcie testowe wynosi 10 kV, gdy napięcie zwinięcia jest równe lub większe niż 10 kV, i jest równe napięciu znamionowemu (Un), gdy napięcie zwinięcia jest poniżej 10 kV.

Podczas pomiaru tangens kąta strat dielektrycznych powinien być przeliczony na tę samą temperaturę za pomocą następującego wyrażenia matematycznego:

W formule:

tgδ1 i tgδ2 reprezentują wartości tan delta przy temperaturach t1 i t2, odpowiednio.

Pomiar tangensa kąta strat dielektrycznych izolacji zwinięć transformatora służy głównie do sprawdzenia wilgoci w transformatorze, starzenia się izolacji, zepsucia oleju, nagromadzenia osadów na izolacji oraz poważnych lokalnych defektów. Jeżeli zmierzony tangens kąta strat dielektrycznych nie spełnia określonych wartości, to z pewnością istnieją pewne defekty typu wymienionych w izolacji.

5 Próba wytrzymałości na napięcie zmiennoprądowe częstotliwości sieciowej

Do prób wytrzymałości na napięcie zmiennoprądowe częstotliwości sieciowej zwykle wymagane są transformator próbowy, regulator napięcia, wysokonapięciowy elektrostatyczny woltomierz i przerwa kulista. W razie potrzeby można również podłączyć amperomierz zmiennoprądowy i opór wodny szeregowo po stronie wysokiego napięcia. Podczas próby należy właściwie wybrać sprzęt do prób, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące napięcia i mocy próbki.