Współczynnik sprawności transformatora nigdy nie osiąga 100%; w zasadzie, tak jak w przypadku każdego innego urządzenia. Wynika to z faktu, że występują straty mocy transformatorów podczas operacji. Straty te występują w przewodach miedzianych uzwojenia oraz w rdzeniu magnetycznym (obwodzie magnetycznym) wykonanym ze stali. W tym artykule porozmawiamy o innym rodzaju strat — stratach dielektrycznych oleju transformatorowego.
Przyczyny nagrzewania się i przegrzewania transformatorów
Jeśli utrata stali jest spowodowana prądami wirowymi i cyklicznym odwróceniem magnesowania (histerezą), wówczas utrata miedzi powstaje, gdy prąd przepływa przez miedziany przewodnik. Przewodnik ma pewną rezystancję, dzięki której następuje spadek napięcia, a co za tym idzie utrata mocy. Energia elektryczna zamieniana jest na ciepło — miedziany przewodnik nagrzewa się. Aby zapobiec przegrzaniu transformatora i zapewnić jego normalne funkcjonowanie, ciepło musi być odprowadzane. Do tego zadania służy olej transformatorowy, który pełni funkcję izolacji przewodzących prąd części transformatora.
Dopóki olej jest w dobrym stanie i odprowadza ciepło, transformator nie ulegnie przegrzaniu. Jednak z biegiem czasu stan oleju ulega pogorszeniu pod wpływem wysokich temperatur, wysokiego napięcia, wilgoci, zanieczyszczeń mechanicznych i procesów utleniających. Olej starzeje się i gorzej spełnia swoje funkcje. Dlatego ważne jest, aby wiedzieć, jak postarzany jest olej i jak dobrze spełnia swoje zadania.
Ocena starzenia się oleju transformatorowego
Ocena wymiany oleju transformatorowego wykonywana jest na podstawie wyników pobrania próbek i ich analizy w laboratorium lub przy użyciu specjalnych przyrządów do ekspresowej oceny diagnostycznej. W tym przypadku można przeprowadzić zarówno ocenę chemiczną oleju, jak i ocenę jego właściwości fizycznych: numeryczną ocenę barwy, badanie rozkładu oleju , pomiar liczby kwasowej, wyznaczanie tangensa strat dielektrycznych, napięcia międzyfazowego, zawartości wody i gazu, zawartości węglowodorów itp.
Stopień utlenienia i starzenia się oleju transformatorowego charakteryzuje się w różnym stopniu styczną stratności dielektrycznej, liczbą kwasową, napięciem międzyfazowym, zmętnieniem i kolorem. Podczas długotrwałej eksploatacji znaczny wzrost tangensa strat dielektrycznych bardziej wskazuje na starzenie, liczba kwasowa — na utlenienie, a zmętnienie — na starzenie koloidalne oleju transformatorowego.
Co oznaczają straty dielektryczne i przenikalność dielektryczna oleju transformatorowego?
Jeśli dielektryk zostanie umieszczony w polu elektrycznym, część energii pola zostanie wykorzystana do ogrzania dielektryka. Strata dielektryczna oznacza moc, która jest rozpraszana przez pole elektryczne w postaci ciepła w dielektryku. Zdolność dielektryków do rozpraszania energii pola elektrycznego jest szacowana za pomocą tangensa strat dielektrycznych.
Zmiany właściwości oleju nawet przy niewielkiej ilości zanieczyszczeń mogą być ujawnione na podstawie zmierzonych wartości tangensa strat dielektrycznych.
Ponadto, dla celów ogólnych właściwości dielektryków, aw szczególności oleju transformatorowego, wykorzystuje się parametr taki jak przenikalność dielektryczna. Może być wyrażona jako wartość bezwzględna lub względna. Względna przenikalność charakteryzuje właściwości dielektryka i pokazuje, o ile siła oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych w ośrodku dielektrycznym jest mniejsza niż w próżni.
W jakim zakresie powinien mieścić się tangens strat dielektrycznych oleju transformatorowego?
Jakie wartości tangensa strat dielektrycznych należy uznać za takie, przy których olej może być nadal używany w transformatorze? Wartości te mogą się różnić w zależności od kraju; stąd tutaj podajemy przybliżone wartości:
- transformatory 110-150 kV — nie więcej niż 10% (przy 70°С) i nie więcej niż 15% (przy 90°С);
- transformatory 220-500 kV — nie więcej niż 7% (przy 70°С) i nie więcej niż 10% (przy 90°С);
- transformatory 750 kV — nie więcej niż 3% (przy 70°С) i nie więcej niż 5% (przy 90°С).
Wpływ różnych zanieczyszczeń na straty dielektryczne oleju transformatorowego
Straty dielektryczne zwiększają się z powodu obecności w oleju następujących substancji:
- substancje asfaltowo-żywiczne;
- mydła;
- woda.
Kwasy nie zwiększają utraty dielektrycznej oleju w temperaturze pokojowej. Jednak wraz ze wzrostem temperatury straty dielektryczne rosną, a im wyższa liczba kwasowa oleju, tym większy jest wzrost.
Wyznaczanie tangensa strat dielektrycznych zgodnie z IEC 60247
Jako przykład omówmy wyznaczanie tangensa strat dielektrycznych oleju transformatorowego metodą opisaną w normie IEC 60247. Składa się ono z następujących kroków:
- Ponieważ styczna strat dielektrycznych jest wrażliwa na temperaturę, wszystkie pomiary należy wykonywać dopiero po osiągnięciu równowagi temperaturowej.
- W celu wykonania punktu 1 olej celi pomiarowej jest podgrzewany do wymaganej temperatury. Jeśli ogrzewanie odbywa się w trybie nieautomatycznym, zaleca się rozpoczęcie pomiaru dopiero po 10 minutach od osiągnięcia ustawionej temperatury ± 1 °С.
- Napięcie podawane jest tylko podczas pomiarów. Przyłożone napięcie powinno wytworzyć w oleju natężenie pola elektrycznego w zakresie od 0,03 do 1 kV/mm. Napięcie powinno zmieniać się sinusoidalnie z częstotliwością 40–62 Hz.
- Po zakończeniu wstępnych pomiarów olej jest spuszczany z celi pomiarowej.
- Wykonanie powtórnych pomiarów przy tych samych ustawieniach i środkach ostrożności, jak w przypadku pierwszej partii oleju. Uzyskane wartości tangensa nie mogą różnić się od siebie o więcej niż 0,0001 plus 25% wyższej wartości z dwóch oznaczeń.
- Jeżeli spełniony jest warunek z kroku 5, pomiary są zatrzymywane. Jeżeli warunek nie jest spełniony, pomiary prowadzi się do uzyskania dwóch kolejnych wartości spełniających wymaganie. Są one traktowane jako wyniki pomiarów.
Oprócz pomiarów tangensa strat dielektrycznych, IEC 60247 reguluje również pomiar parametrów takich jak rezystywność oraz przenikalność dielektryczną oleju. Wskaźniki te, zarówno razem, jak i osobno, dostarczają informacji o jakości i stopniu zanieczyszczenia oleju transformatorowego. Na przenikalność dielektryczną ma wpływ duża liczba zanieczyszczeń, podczas gdy tangens strat dielektrycznych i rezystywność są silnie uzależnione nawet od niewielkiej liczby zanieczyszczeń.
Automatyczny pomiar tangensa strat dielektrycznych. Tester tan delta TOR-3
GlobeCore produkuje TOR-80 analizatory awarii oleju transformatorowego, wagosuszarek i gazów TOR-2 oraz TOR-3 tester strat dielektrycznych i wytrzymałości dielektrycznej oleju izolacyjnego
Tester tan delta TOR-3 — główne cechy i zalety:
- pracą przyrządu TOR-3 steruje się za pomocą komputera wydając polecenia wykonania określonych czynności, a następnie przeprowadza się pomiary w trybie automatycznym z wyjściem wyniku do tego komputera;
- w celu skrócenia czasu pomiarów przyrząd TOR-3 wykorzystuje celę pomiarową, do której wlewany jest olej testowy oraz system podgrzewania celi „od środka”. Dzięki temu nagrzewanie i stabilizacja temperatury odbywa się w przyspieszonym tempie. Przyrząd szybko osiąga określoną charakterystykę iw ciągu kilku minut rozpoczyna pomiar tangensa strat dielektrycznych i przenikalności dielektrycznej;
- tolerancja pomiaru tangensa strat dielektrycznych nie przekracza ±1%+0,00008, a przenikalności elektrycznej dielektrycznej — ±2%. Wysoką dokładność i stabilność pomiaru uzyskuje się dzięki nowemu GlobeCore technologie wykorzystane do opracowania konstrukcji kondensatora wzorcowego, a także z góry ustalona kalibracja pustej celi pomiarowej za pomocą specjalnego programu;
- dla wygody obsługi instrumentu TOR-3 cela nie jest wyjmowana przy przystąpieniu do badania kolejnych próbek. Wystarczy wydać polecenie z komputera, aby otworzyć zawór spustowy oleju do specjalnej tacki, a następnie umieścić nową próbkę w celi;
- włączony przyrząd można łatwo przenosić po biurku lub przenosić w laboratorium, co jest możliwe dzięki kompaktowemu rozmieszczeniu wszystkich modułów elektronicznych, niewielkiej wadze i zintegrowaniu uchwytów z obudową;
- zawarty w przyrządzie mikroprocesor, przetwornik cyfrowo-analogowy oraz wzmacniacz wysokonapięciowy pozwalają na generowanie sygnału testowego o wymaganym kształcie i pracującego w szerokim zakresie amplitud. Dlatego TOR-3 jest wszechstronny i może być używany do pomiaru tangensa strat dielektrycznych zgodnie z normami o różnych wymaganiach dotyczących napięcia probierczego;
- bezpieczeństwo użytkowania przyrządu zapewnione jest poprzez wykonanie obudowy oraz wierzchniej warstwy osłony celi pomiarowej z trwałego materiału izolacyjnego.
Wszystkie specyfikacje instrumentu TOR-3 można znaleźć tutaj. Jeśli masz dodatkowe pytania, możesz je zadać, korzystając z niektórych danych kontaktowych zawartych w odpowiedniej sekcji witryny.