Sprzęt do badania strat dielektrycznych oleju transformatorowego stosowany jest zarówno na etapie sprawdzania jakości oleju przed wprowadzeniem go do transformatora, jak i podczas eksploatacji oleju. W tym artykule omówimy, co oznacza tangens strat dielektrycznych, od jakich parametrów jest on zależny, jaki algorytm jest stosowany do jego wyznaczania i jakiego rodzaju sprzęt jest używany do tego celu.
Co oznacza tangens strat dielektrycznych?
Jeśli elektryczny materiał izolacyjny zostanie umieszczony w polu elektrycznym, będzie w nim obserwowane rozpraszanie energii. Ta energia jest znana jako strata dielektryczna. Ilość rozproszonej energii wyraża się w tangens strat dielektrycznych
Fizyczne znaczenie tangens strat dielektrycznych następująco.
Wyobraź sobie, że dielektryk jest dielektrykiem między okładkami kondensatora wprowadzonego do obwodu pojemnościowego.
Jeśli zmierzysz kąt przesunięcia między prądem a napięciem w tym obwodzie, będzie on mniejszy niż 90°. Kąt potrzebny do uzupełnienia kąta przesunięcia fazowego do 90° jest znany jako kąt δ lub kąt strat dielektrycznych.
Straty energii w kondensatorze charakteryzują tangens strat dielektrycznych, który jest liczbowo równy stosunkowi mocy czynnej do mocy biernej przy napięciu sinusoidalnym o określonej częstotliwości.
Dlaczego ważne jest wyznaczenie tangensa strat dielektrycznych oleju transformatorowego i jaka jest różnica w wartości informacyjnej pomiaru tego parametru i napięcia przebicia? Napięcie przebicia to maksymalne napięcie, które musi być przyłożone do oleju transformatorowego, aby spowodować natychmiastowe przebicie. W ścisłym tego słowa znaczeniu napięcie przebicia jest charakterystyczne dla oleju na miejscu. Tangens strat dielektrycznych jest bardziej elastycznym parametrem, ponieważ pozwala na:
- ocena stopnia oczyszczenia nowych olejów w rafinerii ropy naftowej w trakcie produkcji i ich gotowości do wprowadzenia do urządzeń wysokiego napięcia;
- dla używanych olejów tangens strat dielektrycznych pozwala oszacować, jak długo jeszcze mogą one być używane w urządzeniach wysokiego napięcia przed wymianą lub regeneracją.
Dlatego, sprzęt do badania strat dielznektrycych powinien być obecny w laboratoriach zarówno koncernów paliwowych produkujących oleje elektroizolacyjne jak i firm zajmujących się konserwacją i naprawą transformatorów.
Od czego zależy tangens strat dielektrycznych?
Wartość tangensa strat dielektrycznych zależy od następujących czynników;
- rodzaj dielektryka;
- jakość dielektryka;
- temperatura otoczenia (w temperaturze pokojowej styczna strat dielektrycznych jest zwykle minimalna);
- Częstotliwość prądu przemiennego, przy której wykonywany jest pomiar (wraz ze wzrostem częstotliwości rośnie wartość tangensa strat dielektrycznych).
Jakość oleju transformatorowego jako dielektryka ulega pogorszeniu, co wynika z długotrwałego przechowywania i długotrwałej eksploatacji. Wśród czynników operacyjnych prowadzących do zwiększonej tangensa strat dielektrycznych oleju transformatorowego wyróżniamy nawilżenie i obecność uwięzionego powietrza. Jeśli styczna rośnie wraz ze wzrostem przyłożonego napięcia, oznacza to, że olej zawiera uwięzione powietrze. Pod wpływem czynników eksploatacyjnych tangens strat dielektrycznych może wzrosnąć kilkukrotnie w porównaniu do tego samego wskaźnika dla świeżego oleju. Takie wzrosty muszą być śledzone w odpowiednim czasie za pomocą sprzęt do badania strat dielektrycznych.
Jak mierzy się tangens strat dielektrycznych oleju transformatorowego?
Omówmy zasadę działania sprzęt do badania strat dielektrycznych. Polega ona na pomiarze różnicy między amplitudami i fazami sygnałów uzyskanych podczas jednoczesnego przyłożenia testowego napięcia sinusoidalnego o wartości skutecznej do 2 kV do kondensatora wzorcowego i obiektu pomiarowego reprezentowanego przez celę pomiarową.
Cela pomiarowa to metalowe naczynie składające się z dwóch izolowanych elektrycznie części (elektrody wewnętrznej i zewnętrznej), pomiędzy którymi wlewany jest olej transformatorowy.
W rzeczywistości cela pomiarowa jest kondensatorem elektrycznym, którego okładki stanowią elektrody wewnętrzne i zewnętrzne. Napięcie testowe przykładane jest do elektrody zewnętrznej, a z elektrody wewnętrznej odbierany jest żądany sygnał.
Amplituda i faza sygnału pochodzącego z kondensatora odniesienia mieszczą się w zakresie dopuszczalnych tolerancji i są uważane za stałe.
Różnica amplitud sygnałów odbieranych z kondensatora odniesienia i elektrody wewnętrznej celi pomiarowej jest proporcjonalna do przenikalności dielektrycznej badanej cieczy.
Charakteryzuje się różnicą faz między sygnałami odbieranymi z kondensatora odniesienia i elektrody wewnętrznej celi pomiarowej tangens strat dielektrycznych wartość.
Tester tangensa oleju TOR-3
GlobeCore rozwinął się tester strat dielektrycznych znany jako TOR-3 co obejmuje pomiar przenikalności dielektrycznej olejów izolacyjnych. Głównymi zaletami przyrządu są automatyczne pomiary, precyzja, uniwersalność, wygoda, bezpieczeństwo obsługi i niezawodność.
Pracą przyrządu TOR-3 steruje się za pomocą komputera wydając polecenia wykonania określonych czynności. Komenda rozpoczęcia pomiarów wydawana jest po wprowadzeniu oleju do celi pomiarowej i podłączeniu przyrządu do sieci zasilającej. Przyrząd osiąga określoną charakterystykę i zaczyna przyjmować pierwsze wartości tangensa strat dielektrycznych, a następnie przenikalności dielektrycznej.
Tolerancja pomiaru tangensa strat dielektrycznych nie przekracza jednego procenta plus osiemset tysięcznych, a przenikalności dielektrycznej dwóch procent. Wysoka dokładność pomiaru została osiągnięta dzięki nowemu GlobeCore technologie wykorzystane przy opracowaniu struktury kondensatora wzorcowego, a także z góry ustalona kalibracja pustej celi pomiarowej za pomocą specjalnego programu.
Nie jest konieczne wyjmowanie kuwety przy przystąpieniu do badania następnej próbki. Wystarczy wydać polecenie z komputera, aby otworzyć zawór spustowy oleju do specjalnej tacy. Olej z tacki jest usuwany do osobnego pojemnika, a następna próbka jest wprowadzana do kuwety.
Wszystkie moduły elektroniczne i części są kompaktowo umieszczone w jednej obudowie; tak więc żaden z całkowitych wymiarów instrumentu nie przekracza czterdziestu pięciu centymetrów, a waga nie przekracza pięciu i pół kilograma. Dzięki zwartości i niewielkiej wadze oraz uchwytom zintegrowanym z obudową, przyrząd TOR-3 można z łatwością przenosić po biurku lub przenosić w laboratorium.
Zawarty w przyrządzie mikroprocesor, przetwornik cyfrowo-analogowy oraz wzmacniacz wysokonapięciowy pozwalają na generowanie sygnału testowego o dowolnym kształcie i działaniu 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 eksploatacji tester delta stycznej oleju uzyskuje się poprzez wykonanie obudowy i wierzchniej warstwy osłony celi pomiarowej z trwałego materiału izolacyjnego. Zabezpiecza personel laboratorium przed porażeniem prądem elektrycznym.
Obecność testera strat dielektrycznych TOR-3 w Państwa laboratorium pozwala rozwiązać jednocześnie dwa problemy: określić przydatność nowego oleju do zasilenia transformatora oraz dowiedzieć się, jak długo olej może być używany bez wymiany lub regeneracji. Zwiększa niezawodność pracy transformatorów oraz eliminuje sytuacje awaryjne związane z awariami układu izolacyjnego. Przestrzegając zasad działania, możesz być pewien, że te problemy zostaną z powodzeniem rozwiązane przy użyciu jednego instrumentu przez co najmniej dziesięć lat.