W tym artykule omówimy, co należy rozumieć przez wytrzymałość dielektryczną oleju transformatorowego, w jaki sposób pomiar wytrzymałości dielektrycznej jest podejmowana i jakie instrumenty są w tym celu wykorzystywane.
Wraz ze styczną stratności dielektrycznej, wytrzymałość dielektryczna jest główną cechą opisującą właściwości dielektryczne oleju izolacyjnego. Dlatego zainteresowanie jej eksploracją pojawiło się niemal w momencie, gdy oleje mineralne zaczęto stosować jako środek izolacyjny w transformatorach, czyli ponad sto lat temu.
Fizyczne znaczenie wytrzymałości dielektrycznej oleju transformatorowego
Fizyczne znaczenie wytrzymałości dielektrycznej można wyjaśnić na przykładzie. Wraz ze stopniowym wzrostem napięcia przyłożonego do oleju transformatorowego, po pewnym czasie rezystancja oleju gwałtownie spadnie do zera. Oznacza to, że olej utracił swoje właściwości dielektryczne i zaczął przepuszczać prąd elektryczny. Napięcie, przy którym następuje przebicie oleju, jest znane jako napięcie przebicia.
W praktyce napięcie przebicia dielektryków zależy od ich grubości: im grubsza warstwa materiału, tym większa wartość napięcia przebicia. Ale jeśli weźmiesz dwa dielektryki różnego pochodzenia o tej samej grubości, to ich napięcie przebicia będzie inne. Dlatego wprowadzono parametr charakteryzujący odporność materiałów na przebicie — wytrzymałość dielektryczną. W najprostszym przypadku równa się stosunkowi napięcia przebicia do grubości dielektryka. Wytrzymałość dielektryczną mierzy się w V/m, ale w praktyce stosuje się również inne jednostki:
- kV/mm;
- kV/cm;
- V/mcm itp.
Fizycznie wytrzymałość dielektryczna to natężenie pola elektrycznego w dielektryku, po osiągnięciu którego następuje przebicie w tym miejscu.
Zanim przejdziemy do sprawy pomiar wytrzymałości dielektrycznej, omówmy od czego zależy ten parametr w przypadku oleju transformatorowego.
Jakie czynniki wpływają na wytrzymałość dielektryczną oleju transformatorowego
Świeży i czysty olej transformatorowy ma zwykle wytrzymałość dielektryczną wystarczającą do stosowania w urządzeniach wysokiego napięcia.
Ale podczas użytkowania na olej wpływają różne czynniki: wysoka temperatura, wilgoć, tlen z otoczenia i wysokie napięcie. W efekcie olej zostaje zanieczyszczony szkodliwymi zanieczyszczeniami: cząstkami mechanicznymi, wodą i pęcherzykami gazu. W szczególności zmniejszają wytrzymałość dielektryczną. Woda jest głównym wrogiem wytrzymałości dielektrycznej oleju transformatorowego.
W urządzeniach przełączających wytrzymałość dielektryczna oleju zmniejsza się proporcjonalnie do liczby operacji przełączania. Wynika to ze zwiększonej zawartości węgla, który powstaje w wyniku wystąpienia łuku elektrycznego.
Jak zmierzyć wytrzymałość dielektryczną oleju transformatorowego
Z reguły wytrzymałość dielektryczną oleju transformatorowego określa się w środowisku laboratoryjnym za pomocą specjalnych przyrządów. Klasyczna metoda tzw pomiar wytrzymałości dielektrycznej polega na zastosowaniu transformatora wysokiego napięcia z regulatorem napięcia i celą pomiarową, do której wlewa się próbkę oleju transformatorowego. W ogniwie znajdują się również dwie elektrody, których kształt i odległość między nimi określa obowiązująca norma.
Napięcie na uzwojeniu wtórnym transformatora stopniowo rośnie, aż do przebicia dielektryka. Rejestrowana jest wartość napięcia przebicia.
Wartości napięcia przebicia dla różnych próbek tego samego oleju mogą się różnić; dlatego w praktyce stosuje się matematyczne oczekiwanie napięcia przebicia, które jest obliczane jako średnia na podstawie kilku kolejnych pomiarów. Wytrzymałość dielektryczną oblicza się dzieląc otrzymaną wartość napięcia przebicia przez grubość dielektryka, która w tym przypadku pokrywa się z odległością między elektrodami.
TOR-80 GlobeCore jednostka miary wytrzymałości dielektrycznej oleju transformatorowego
GlobeCore rozwinął się Instrument TOR-80 stosowanie nowych technologii i standardów branżowych. To jest jednostka miary wytrzymałości dielektrycznej do oleju transformatorowego o następujących zaletach:
- zwartość wielkości;
- czas odcięcia napięcia probierczego wraz z początkiem przebicia nie przekracza 4 mcs;
- możliwość badania oleju zgodnie z dowolną z obowiązujących norm (IEC 60156, ASTM D877 itp.);
- tolerancja pomiaru nie przekracza 1%;
- wydruk wyników pomiarów za pomocą zintegrowanej drukarki termicznej;
- możliwość przeniesienia wyników pomiarów do komputera za pomocą pendrive’a;
- bezpieczeństwo eksploatacji: otwarcie pokrywy blokuje podanie napięcia pomiarowego i eliminuje porażenie personelu laboratorium.
Sposoby utrzymania wysokiego poziomu wytrzymałości dielektrycznej oleju transformatorowego
Sposoby utrzymania wytrzymałości dielektrycznej oleju transformatorowego wynikają z przyczyn jej spadku. Najskuteczniejsze sposoby polegają na okresowym oczyszczaniu oleju za pomocą specjalnych urządzeń:
- jednostki filtracyjne;
- odgazowujące termiczne urządzenia próżniowe (usuwanie wody i gazów);
- jednostki zeolitu (usuwanie wody);
- kompleksowe instalacje łączące różne procesy robocze i zdolne do filtrowania, suszenia i odgazowywania olejów transformatorowych.
Zastosowanie jednostek miary wytrzymałości dielektrycznej i jednostek przetwarzania oleju pozwala na wydłużenie żywotności olejów, a także na zwiększenie niezawodności transformatorów, wyłączników wysokiego napięcia, podobciążeniowych przełączników zaczepów i innych wysokonapięciowych sprzęt.