Zkouška izolace vinutí výkonových transformátorů

Diagnostika izolace vinutí výkonového transformátoru

Kontrola stavu izolace transformátoru je jedním z hlavních důvodů provádění zkoušek pro preventivní účely.

Provozní negativní dopady na izolaci

Během provozu transformátoru je izolace vystavena různým typům provozních vlivů:

• tepelný;
• mechanické;
• elektrický.

V důsledku toho můžete pozorovat zrychlení stárnutí izolace vlivem změn chemických procesů, protože se v izolaci objevují určité vady, které izolaci oslabují. Patří sem:

• vzduchové inkluze v kapalných a pevných dielektrikách
• delaminace a přerušení v izolační konstrukci
• emise plynu
• porušení vakua
• výskyt částečných výbojů a poruch.

Všechny tyto faktory ovlivňují kvalitu izolace a vyžadují sledování, identifikaci pomocí testování a následnou eliminaci. (podrobnosti o službě testování výkonových transformátorů v sekci služby).

Zkouška izolace vinutí transformátoru je povinná provozní nutnost

Účelem zkoušek je ověření kvality izolace a kontrola změn přechodových odporů.

Výkon testu závisí na předpokladech o degradaci izolace.

Hodnocení stavu se provádí porovnáním nových informací získaných jako výsledek zkoušek izolace s předchozími výsledky a regulačními údaji. Díky posouzení jsou vytvořeny předpoklady a prognózy pro další provoz transformátoru a volba typu opravy: velká nebo preventivní.

Co je zahrnuto v seznamu testovacích aktivit

Testy vinutí zahrnují následující seznam činností, které jsou určeny k identifikaci různých závad v transformátoru.

Měření proudových ztrát a ztrát naprázdno při nízkém napětí detekce mezizávitového zkratu ve vinutí, zkrat na kostru, přerušené obvody, problémy s kontakty.

Demagnetizace – odstraňuje zbytkovou magnetizaci

Analýza dielektrické frekvenční odezvy vinutí – vlhčení pevné izolace vinutí, stárnutí, vysoká vlhkost, znečištění izolačního oleje

Analýza proudového transformátoru – Poměrová nebo úhlová chyba na základě zatížení, nadměrná zbytková magnetizace, neshoda s požadovanými normami IEEE nebo IEC. Vliv zatížení na Ktt a úhlový posun, zkrat zatáčky

Analýza částečného výboje – částečné výboje v izolaci, částečné poruchy mezi vyrovnávacími vinutími, praskliny a poškození papírové izolace.

Měření kapacity a tangens dielektrických ztrát se provádí při frekvenci 50 – 60 Hz, se změnou napětí a proměnnou frekvencí.

Pojďme se na to blíže podívat. Při frekvenci 50 – 60 Hz:

• Ve vysokonapěťových průchodkách — částečné porušení mezi vyrovnávacími deskami vysokonapěťového vstupu, praskliny v papírové izolaci slepené pryskyřicí, opotřebení a vlhkost.
• Izolované vinutí — pronikání vlhkosti do pevné izolace, stárnutí izolace, znečištění izolačního oleje,
• Ve vinutích : zemní spojení, mechanická deformace ve vinutí.
• V jádru – krátké přezimování a mechanické deformace.

Úhel tečna při změně napětí detekuje částečné výboje v izolaci vinutí transformátoru i ve vysokonapěťových průchodkách – PD a otevřený a vadný měřicí kohout.

Tangenta úhlu při proměnné frekvenci

• ve vysokonapěťových průchodkách: stanovení průrazu mezi deskami, opotřebení izolace, vlhkost, vadné větve.
• izolace – vysoká vlhkost, znečištěný olej.
• ve vinutích a jádru – mechanické poškození, zkrat a uzemnění plovoucího jádra.

Měření ohmického odporu stejnosměrných vinutí a kontrola stavu přepínače odboček odhaluje:

• Ve vinutích – mezizávitový zkrat a zkrat mezi samotnými vinutími, přerušené obvody v paralelních vodičích, problémy v kontaktním systému a přerušený obvod v elektrickém obvodu.
• V přepínači kohoutků – Ohmický odpor odhalí problémy s kontakty v přepínači odboček a ve spínači
• V RPN — otevřený obvod, zkratované závity, zvýšený přechodový odpor
• V PBB — Problémy s kontakty
• Závěry – problémy v kontaktním systému

Měření transformačního poměru umožňuje identifikovat zkraty mezi závity vinutí a vinutími samotnými. (více podrobností o transformačním poměru v článku na našem webu)

Měření magnetizačního proudu:

• U přepínače odboček jsou problémy s kontakty ve přepínači a ve spínači, přerušený obvod v elektrickém obvodu, zkratované závity, zvýšený přechodový odpor.
• V PBB jsou problémy s kontakty

Měření impedance nakrátko a stanovení reaktance netěsnosti odhaluje mechanické deformace uvnitř transformátoru, které mohou být způsobeny během přepravy.

Měření frekvenční charakteristiky ztráty rozptylem detekuje zkrat ve vinutí v paralelních vodičích a zkrat mezi nimi.

Sledování stavu izolace vinutí

Před testováním je transformátor podroben vizuální kontrole, poté je provedeno měření odporu. Pokud je transformátor nový, byl dlouho skladován nebo byl pouze opraven, dosud se nezúčastnil práce, vypočítá se koeficient absorpce v souladu s GOST 3484.3-88, změří se izolační odpor a tangens dielektrické ztráty se měří. Teprve poté se provádějí vysokonapěťové zkoušky.

Měření izolačního odporu se provádí pomocí megaohmmetru pro napětí 2500V s horním limitem měření ne menším než 10000 MOhm

Metody preventivního testování a monitorování izolace

Existují dva typy testování:

1. destruktivní;
2. nedestruktivní (preventivní).

Destruktivní metoda zkoušení izolace

Účinným, ale vzácným způsobem identifikace izolačního stavu je použití zkušebního napětí, jehož povaha je podobná provozním vlivům, ale je větší. Takové testy jsou zničující. Jejich použití je přípustné pouze pro transformátory určené pro napětí do 35 kV.

Důvodem je drahé vybavení a možnost dalšího poškození.

Díky takovým opatřením se zjišťuje vhodnost zařízení pro další použití v práci. Provádějí se k určení

• parametry charakterizující stav izolace (jsou schopny změřit a předpovědět výskyt případné poruchy);
• posouzení stavu provozní spolehlivosti izolací.

Při provádění preventivních zkoušek jsou velmi důležité zkušenosti a kvalifikace pracovníků elektrolaboratoře. Jejich schopnost přesně a správně určit a následně porovnat získané výsledky s předchozími je zárukou dlouhé doby provozu transformátoru. Informace o pasech a normy pouze nepřímo poskytují informace o schopnosti zařízení fungovat. Jsou pouze hranicemi šíření hodnot řízeného prvku.

Stupeň zhoršení izolace se posuzuje odchylkou sledovaných charakteristik od hodnot získaných po továrních testech. Patří sem:

• metody řízení bez odstavení transformátoru, přispívají k akumulaci testovacích informací důležitých pro posouzení spolehlivosti zařízení;
• použití zařízení, která umožňují kontrolu změn izolačního stavu v automatickém režimu, instalací příslušných zařízení a připojením k systému telemechaniky;
• Komplexní systém zahrnuje monitorování izolačního stavu a ověřování výsledků zkoušek.

Pomocí různých metod testování stejnosměrného a střídavého napětí se zjišťuje odchylka hodnot jednotlivých prvků obvodu od normálních hodnot. Jinými slovy, umožňují nám posoudit stav a přítomnost vad v izolaci.

Provedení testů k identifikaci tečny úhlu dialektické ztráty v izolaci odhalí:

• ztráty způsobené vodivým proudem při přívodu stejnosměrného a střídavého napětí;
• ztráty způsobené absorpčními proudy a dipólové ztráty;
• ionizační ztráty v plynových inkluzích v konstrukcích využívajících elektropapír a lepenku, podobně jako izolace kabelů.

Dielektrická pevnost izolačního odporu vinutí se měří mezi dvěma elektrodami a je určena jako podíl dělení konstantního rozdílu potenciálu mezi těmito elektrodami výsledným proudem procházejícím izolací. Kvalita měření závisí na vnějších faktorech, jako je teplota, vlhkost a znečištění.

Schéma zapojení vinutí transformátoru je normalizované.

Po ukončení zkoušek se elektrolaboratoř zavazuje vygenerovat standardizované protokoly se závěrem a doporučeními pro provoz elektrických zařízení.

Zkušební protokol pro výkonové transformátory

Po obdržení výsledků je specialisté elektrické laboratoře zpracují a provedou výpočty.

V procesu zpracování výsledků se počítá:

• proud naprázdno, výsledná hodnota je porovnána s tovární informací;
• izolační odpor vinutí naprázdno – hodnota získaná po použití měřicího můstku P333;
• vypočítat poměr izolačního odporu k teplotě vzduchu;
• vypočítat Ktr – neměl by se lišit od instalačních charakteristik o více než 2%;
• odolnost proti zkratu.

Výsledky zkoušek získané jako výsledek výpočtů jsou zahrnuty do pracovního protokolu a je vyplněn protokol o zkoušce.

Výsledkem protokolu je závěr na základě výsledků zkoušek a doporučení pro další provoz transformátorů.

Měření odporu vinutí je diagnostický postup, který dokáže odhalit vady, opotřebení a poškození transformátoru, které jsou pouhým okem neviditelné. Tento parametr ovlivňuje spolehlivost zařízení, jeho účinnost a úroveň ztrát. Zkouška se provádí jak při uvádění transformátoru do provozu, tak i během jeho údržby. Podívejme se, proč a jak se měření provádí, jaké metody se používají a jaké vady lze odhalit.

• Co jsou vinutí transformátoru
• Proč se provádějí měření?
• Kdy a jak často se provádějí měření?
• Důležité zvážit před provedením měření
• Metody a vlastnosti měření
• Jaké vady lze identifikovat?
• Otázky a odpovědi

Co jsou vinutí transformátoru

Vinutí transformátoru jsou měděné nebo hliníkové dráty navinuté na jádře a určené k přenosu energie mezi primárním a sekundárním obvodem. Jejich hlavním úkolem je transformovat napětí: zvyšovat ho nebo snižovat v závislosti na typu transformátoru. Každé vinutí má svůj vlastní vnitřní odpor, který závisí na materiálu drátu, jeho délce, průřezu a teplotě. Tento parametr určuje, kolik energie se ztratí jako teplo při průchodu proudu. Čím vyšší je jeho hodnota, tím větší jsou ztráty a zahřívání. V praxi se odpor vinutí měří stejnosměrným proudem, protože to umožňuje získat přesné údaje o stavu vodičů, spojů a celkovém opotřebení transformátoru. Abnormální hodnoty naznačují špatné kontakty, přerušení, mezizávitové zkraty nebo jiné vady, které mohou časem vést k vážným poruchám.

Proč se provádějí měření?

• Posuďte kvalitu spojů a pájení. Časem mohou kontakty oxidovat, oslabovat nebo se poškozovat, což vede ke zvýšenému odporu a přehřátí;
• Zkontrolujte funkci spínačů. Kontakty v regulátorech napětí musí zajistit spolehlivé spojení, jinak se zvýší energetické ztráty;
• Identifikujte přerušení a zkontrolujte počet paralelních vodičů. Nesrovnalost může vést k nerovnoměrnému rozložení proudu a selhání zařízení;
• Porovnejte skutečné charakteristiky s údaji z pasu. Průřez vodičů a jejich měrný odpor musí odpovídat vypočítaným hodnotám, jinak bude transformátor pracovat se zvýšenými ztrátami.

Kromě toho tento postup umožňuje vypočítat ztráty výkonu v transformátoru.

Kdy a jak často se provádějí měření?

Měření se provádějí v různých fázích provozu transformátoru:

• Během výroby – kontrolovat dodržování konstrukčních parametrů a identifikovat možné vady ve fázi montáže;
• Před uvedením do provozu – ujistit se, že zařízení nebylo během přepravy a instalace poškozeno;
• Během plánované údržby – pravidelná měření umožňují sledovat změny stavu vinutí a předcházet poruchám;
• Po opravě nebo modernizaci – aby se zajistilo, že všechna připojení jsou správně provedena a transformátor je připraven k provozu;
• Pokud máte podezření na závadu – pokud se transformátor přehřívá, pracuje nestabilně nebo se jeho charakteristiky odchylují od normy – měření odporu pomáhá identifikovat problém.

Četnost měření závisí na typu a napěťové třídě transformátoru, jeho provozních podmínkách a požadavcích regulačních dokumentů. U výkonových transformátorů se měření provádějí v průměru při každé plánované opravě, která se obvykle provádí jednou za 3–5 let.

Důležité zvážit před provedením měření

Pro dosažení přesných a spolehlivých výsledků při měření odporu vinutí transformátoru je důležité dodržovat několik pravidel:

• Před zahájením měření se vinutí nabíjí, dokud není magnetický obvod nasycen. Tím se snižuje dopad přechodových procesů a zajišťují se stabilní hodnoty;
• Odpor se určuje na základě měření proudu a úbytku napětí na vinutí pomocí Ohmova zákona;
• Pokud má transformátor přepínač odboček (např. OLTC), měření se provádějí pro každou polohu zvlášť. Tímto způsobem lze nejen určit požadovaný parametr, ale také zkontrolovat provozuschopnost kontaktů a spínacího mechanismu.

Před měřením je také nutné očistit kontaktní spoje od nečistot a oxidů.

Metody a vlastnosti měření

Existuje několik metod, z nichž každá se aplikuje s ohledem na podmínky, požadovanou přesnost a dostupnost vybavení.

Metoda ampérmetr-voltmetr

Tato metoda je jednoduchá a univerzální. Je vhodná pro měření odporů v jakémkoli rozsahu, za předpokladu, že se používají zařízení s odpovídající třídou přesnosti.

Podstata metody spočívá v tom, že do vinutí se přivede stejnosměrný proud a změří se úbytek napětí. Poté se podle Ohmova zákona vypočítá odpor:

Při měření odporů do 10 Ohmů se voltmetr připojuje přímo ke svorkám vinutí a požadovaná hodnota se vypočítá pomocí vzorce:

kde U je úbytek napětí na vinutí, I je proud v měřicím obvodu, Rv je vnitřní odpor voltmetru.

Pokud je odpor vinutí větší než 10 Ohmů a u ampérmetru a připojovacích vodičů tento parametr přesahuje 0,5 % naměřené hodnoty, berou se v úvahu další odpory:

kde Ra je odpor ampérmetru a Rpr je odpor vodičů.

Pro zajištění vysoké přesnosti měření je nutné používat zařízení s třídou přesnosti alespoň 0,2.

Metoda přímého hodnocení

Používají se ohmmetry typu M-57D. Lze je použít k měření odporu v širokém rozsahu – od 0,1 do 1 000 000 kOhm. Přesnost metody je však nízká, proto se používá pouze pro předběžná měření nebo kontrolu integrity spínacích obvodů.

Mostová metoda

Používá se k měření odporů menších než 0,1 mOhm a je vysoce přesný. Pro tento účel se používají stejnosměrné můstky:

• Dvojité (pro ultranízké hodnoty) – eliminuje vliv odporu připojovacích vodičů. Přesnost měření závisí na referenčním indikátoru, který musí být stejného řádu jako měřený;
• Jednoduchý (pro hodnoty nad 1 Ohm) – dává dobré výsledky, ale odpor připojovacích vodičů ovlivňuje konečnou hodnotu.

Pro přesná měření se používají galvanometry s vysokou citlivostí.

Jaké vady lze identifikovat?

Při kontrole odporu vinutí transformátoru lze zjistit různé problémy, které negativně ovlivňují jeho provoz. Zde jsou nejčastější závady:

• přerušení vodičů vinutí;
• rozdíl v průřezu vinutého drátu od průřezu vinutých drátů ostatních fází;
• vady kontaktních spojů (šroubované, pájené, svařované);
• vady kontaktů spínacích zařízení (OLTC, PBB);
• chyby ve schématech zapojení vinutí.

Aby se předešlo vážným následkům, je nutné pravidelně měřit odpor vinutí.

Naše elektrotechnická laboratoř poskytuje služby měření odporu vinutí v rámci testování výkonových transformátorů do 35 kV. Spolupracujeme s fyzickými i právnickými osobami v Moskvě a Moskevské oblasti.

Otázky a odpovědi

Jaký proud lze dodat do vinutí transformátoru?

Střídavý proud. Stejnosměrný proud není vhodný pro provoz transformátoru.

Jaký je maximální zatěžovací proud každého vinutí transformátoru?

Zatěžovací proud každého vinutí nesmí překročit jmenovitou hodnotu. Jsou povolena drobná přetížení – tyto informace naleznete v provozní dokumentaci.

Které vinutí transformátoru má větší odpor?

Odpor je vyšší u primárního vinutí snižujícího transformátoru. Důvodem je počet závitů. Čím více závitů a čím menší je průměr drátu, tím vyšší je odpor vinutí.

Je měření odporu vinutí transformátoru a měření izolačního odporu vinutí totéž?

Ne, jedná se o různá měření. Měření izolačního odporu vinutí je zkouška stavu izolačního materiálu mezi vinutími a pouzdrem (nebo mezi různými vinutími). Provádí se megaohmmetrem při vysokém napětí. Cílem je odhalit poškození izolace, znečištění nebo zhoršení jejích vlastností v důsledku stárnutí. Oba parametry jsou důležité pro diagnostiku stavu transformátoru, ale měří se různými metodami a zařízeními.