Diagnostyka transformatorów rozdzielczych SN/nn – wprowadzenie

Diagnostics of distribution transformers – introduction
Transformator rozdzielczy SN/nn
Transformator rozdzielczy SN/nn
Fot. archiwum redakcji

Transformatory rozdzielcze stanowią jeden z najliczniejszych elementów infrastruktury systemu energetycznego, których czas eksploatacji to minimum 20 – 30 lat. Transformatory pracujące w systemie elektroenergetycznym poddaje się badaniom diagnostycznym dostarczającym informacji o ich stanie. Cykliczne badania umożliwiają wykrycie, identyfikację i obserwację rozwijających się uszkodzeń, które mogą doprowadzić do awarii.

W artykule:

• Podstawowe badania
• Pomiary rezystancji izolacji
• Stan izolacji uzwojeń transformatorów
• Współczynnik strat dielektrycznych

Podstawowe badania

Zgodnie z Zarządzeniem Ministra Górnictwa i Energetyki obligatoryjne było wykonywanie wszystkich lub niektórych (w zależności od grupy, do której zaliczono transformator) z następujących pomiarów i badań [1, 2]:

  • pomiar rezystancji izolacji i współczynnika absorpcji R60/R15,
  • pomiar pojemności i współczynnika stratności tgδ,
  • pomiar rezystancji uzwojeń,
  • badania wyładowań niezupełnych,
  • badania oleju,
  • badania podobciążeniowego przełącznika zaczepów,
  • analiza chromatograficzna składu gazu rozpuszczonego w oleju,
  • analiza wibroakustyczna.

W przypadku podejrzenia zmiany stanu technicznego (pomimo pozytywnych wyników powyższych badań), dodatkowo wykonuje się pomiary [2]: przekładni, reaktancji rozproszenia, reaktancji magnesującej oraz prądu magnesującego przy zasilaniu niskim napięciem.

Obecnie nie ma normy dotyczącej kompleksowych badań diagnostycznych transformatorów energetycznych. Istnieją natomiast instrukcje opracowane przez organizacje naukowo-techniczne i przedsiębiorstwa energetyczne. Określają one zakres i częstość wykonywania badań, sposób interpretacji wyników oraz zawierają wskazówki dotyczące podejmowania działań w zależności od wyników badań. W Polsce istotną rolę w tym zakresie odgrywa Ramowa Instrukcja Eksploatacji Transformatorów [3], która (w wydaniu z roku 2012) kładzie nacisk, między innymi, na nowoczesne techniki pomiarów oraz systemy monitoringu pracy transformatora, działające w czasie rzeczywistym (online). Zakres badań oraz czas ich wykonywania zależą od grupy (podział ze względu na moc i napięcie znamionowe), do jakiej zaliczony jest transformator.

Czytaj też: Analiza możliwości ograniczenia strat w transformatorach rozdzielczych SN/nn >>

Częstym tematem publikacji jest analiza chromatograficzna gazów rozpuszczonych w oleju (DGA – Dissolved Gas Analysis), umożliwiająca wczesne wykrywanie szkodliwych procesów fizycznych i chemicznych występujących w transformatorze [2]. Można wykryć takie zjawiska jak: wyładowania niezupełne, zupełne (łukowe) oraz ślizgowe, nadmierne przyrosty temperatury (przegrzania), jak również prądy wirowe występujące w rdzeniu, kadzi lub w uzwojeniach. Poruszana jest również problematyka ciągłej kontroli (online) stanu technicznego transformatora. Do określania stanu technicznego rdzeni proponuje się stosowanie metody wibro-akustycznej[2].

Pomiary rezystancji izolacji

Stan izolacji ma decydujący wpływ na bezpieczeństwo obsługi i prawidłowe funkcjonowanie instalacji oraz urządzeń elektrycznych. Dobra izolacja to obok innych środków ochrony również gwarancja ochrony przed dotykiem bezpośrednim.

Systematyczne wykonywanie badań jest niezbędne w celu wykrycia pogarszającego się stanu izolacji i jest stałym elementem prac kontrolno-pomiarowych. W przypadku pomiarów urządzeń przemysłowych oprócz aktualnego stanu izolacji decydująca jest przede wszystkim tendencja zmian wartości rezystancji, mogąca wskazywać stopniowe pogarszanie się stanu izolacji i pozwalająca przewidzieć konieczność podjęcia działań zapobiegawczych. Stąd też konieczność przechowywania uzyskanych wyników i porównywania ich z aktualnymi dla każdego badanego obiektu [4].

Istnieje pięć podstawowych elementów mających wpływ na degradację izolacji: narażenia elektryczne i mechaniczne, agresja chemiczna, narażenia termiczne oraz zanieczyszczenie środowiska Na skutek ich oddziaływania w czasie normalnej pracy instalacji i urządzeń elektrycznych izolacja starzeje się.

Podczas pomiarów, po przyłożeniu napięcia stałego, w izolacji zachodzą zjawiska fizyczne, w efekcie których następuje przepływ prądu. Można rozróżnić następujące składowe prądu płynącego przez izolację podczas pomiaru rezystancji [4]:

  • prąd upływu izolacji – gdzie można wyróżnić kolejne dwie składowe: prąd płynący przez materiał izolacyjny (upływność skrośna) oraz płynący po powierzchni materiału izolacji (upływność powierzchniowa). Prąd ten narasta szybko do stałej wartości i pozostaje niezmienny dla określonego napięcia pomiarowego.
  • prąd polaryzacji (absorpcji), który jest wynikiem przemieszczania się ładunków oraz dipoli w izolacji pod wpływem pola elektrycznego. Dipole ustawiają się równolegle do linii zewnętrznego pola elektrycznego. Prąd absorpcji, początkowo o znacznej wartości, po określonym czasie (dłuższym niż prąd pojemnościowy) dąży do zera.
  • prąd ładowania pojemności – malejący w miarę ładowania się mierzonego obiektu, zależny od pojemności (czyli np. od długości mierzonego kabla).

Całkowity prąd płynący w izolacji zależy od czasu – im dłużej trwa pomiar, tym mniejszy wpływ prądów ładowania i absorpcji. Prąd upływu powinien być mierzony wtedy, kiedy obiekt zostanie naładowany i ustaną zjawiska absorpcji [4].

Czynnikami wpływającymi na pomiar parametrów charakteryzujących rezystancję izolacji są: wilgotność, temperatura, napięcie pomiarowe, czas pomiaru, czystość powierzchni materiału izolacyjnego [4].

Prądy w izolacji podczas pomiaru
Rys. 1. Prądy w izolacji podczas pomiaru: 1 – prąd przewodzenia (upływu) – suma prądów płynących przez materiał oraz po powierzchni, 2 – prąd ładowania pojemności, 3 – prąd całkowity, 4 – prąd absorpcji (polaryzacji) [5]

Podczas pomiarów rezystancji izolacji następuje przepływ prądu zarówno przez materiał izolacyjny, jak i po powierzchni izolacji. Zaawansowane przyrządy pomiarowe mają możliwość wykonywania pomiarów metodą 3-przewodową, która pozwala wyeliminować wpływ prądu upływności powierzchniowej [4].
Zasada pomiaru rezystancji izolacji polega na podaniu na zaciski mierzonego obiektu stałego napięcia pomiarowego i po określeniu płynącego w obwodzie pomiarowym prądu obliczenie przez mikroprocesor wartości rezystancji. Napięcie pomiarowe (od 50 V do 1000 V lub od 250 V do 5000 V) jest wytwarzane przez programowalną przetwornicę o dużej sprawności i dobrej stabilności, nawet przy szerokiej dynamice obciążeń o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym (kable, transformatory) [4].

Przed wykonaniem pomiarów należy upewnić się, że mierzony obiekt jest odłączony od sieci zasilającej. W przypadku wykrycia obecności napięcia na obiekcie (lub pojawienia się napięcia przemiennego w trakcie pomiarów) przyrząd przerywa pomiar i sygnalizuje akustycznie nieprawidłowość. W trakcie trwania pomiaru na wyświetlaczu pokazuje się aktualna, chwilowa wartość rezystancji lub (wybór użytkownika) aktualna wartość prądu upływu. Przyrządy zapamiętują wartości zmierzone w końcu czasów określonych przez użytkownika (wybór z zakresu 1...600 s), oprócz tego upływ czasu jest sygnalizowany sygnałem akustycznym co 5 s [4].

Podczas pomiaru rezystancji izolacji następuje naładowanie mierzonego obiektu. Zgromadzony ładunek stanowi źródło potencjalnego zagrożenia, dlatego po pomiarze powinien być bezwzględnie rozładowany. Pomiary wykonywane są prądem stałym, aby wyeliminować wpływ pojemności na wynik pomiaru. Sposób wykonywania pomiarów rezystancji izolacji oraz wymagane napięcia pomiarowe są określone w normach dla sieci elektroenergetycznych SN i nn oraz ich elementów [4]: PN-HD 60364‑6; PN-E-04700; PN-EN 61557-2:2007.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[transformatory rozdzielcze, SN/nn,  układy elektryczne, izolacje, diagnostyka, transformator, system energetyczny, instalacje elektroenergetyczne]

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 4/2019

Komentarze

(0)
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl