Индивидуальная температурная коррекция

Page 1
background image

Page 2
background image

136

Индивидуальная
температурная коррекция

ДИАГНОСТИКА

И МОНИТОРИНГ

Робалино

 

Диего

,

 Ph.D., Megger (

Даллас

США

)

Алеев

 

А

.

П

.,

 

к

.

т

.

н

., 

руководитель

 

группы

 

испытаний

 

ООО

 «

Меггер

»

ВВЕДЕНИЕ

Одним

 

из

 

важнейших

 

и

 

широко

 

используемых

 

мето

-

дов

 

контроля

 

состояния

 

трансформаторов

 

является

 

измерение

 

тангенса

 

угла

 

диэлектрических

 

потерь

 

изоляции

 (

tg

 

). 

В

 

соответствии

 

с

 [1] 

испытания

 

про

-

водятся

 

при

 

напряжении

 10 

кВ

 

промышленной

 

часто

-

ты

 50 

Гц

 

при

 

вводе

 

в

 

эксплуатацию

 

нового

 

трансфор

-

матора

после

 

ремонта

 

и

 

в

 

условиях

 

эксплуатации

Методические

 

указания

 

СТО

 34.01-23.1-001-2017 

также

 

определяют

 

минимальную

 

температуру

 

изоля

-

ции

 

для

 

проведения

 

испытаний

а

) 10 °

С

 — 

у

 

трансформаторов

 

напряжением

 

до

 

150 

кВ

 

включительно

б

) 20 °

С

 — 

у

 

трансформаторов

 

напряжением

 220–

750 

кВ

в

) 60 °

С

 — 

для

 

всех

 

трансформаторов

 

при

 

выпол

-

нении

 

оценки

 

влагосодержания

 

твердой

 

изоляции

 

расчетным

 

путем

При

 

этом

 

значения

полученные

 

на

 

различных

 

тем

-

пературах

приводятся

 

к

 

исходным

 

условиям

  (

завод

-

ских

 

или

 

пусконаладочных

 

испытаний

в

 

соответствии

 

с

 

рекомендациями

 

методики

 

на

 

основе

 

таблиц

 

попра

-

вочных

 

коэффициентов

полученных

 

эмпирическим

 

путем

Таким

 

образом

сравнительный

 

анализ

 

вели

-

чин

 

достигается

 

ценой

 

организационных

 

мероприя

-

тий

  (

нагрев

и

 

практических

 

ограничений

 

на

 

измере

-

ния

 

в

 

холодное

 

время

 

года

Значения

 

коэффициентов

 

приводились

 

в

 

методических

 

пособиях

 [2].

До

 

определенного

 

времени

 

подобные

 

методики

 

использовались

 

и

 

за

 

рубежом

стандартные

 

значения

 

поправочных

 

коэффициентов

 

были

 

доступны

 

в

 

раз

-

деле

 10.10.5 

документа

 C57.12.90-2006 

Института

 

инженеров

 

электротехники

 

и

 

электроники

 (IEEE) [3]. 

Однако

в

 

версии

 C57.12.90-2010 [4] 

они

 

уже

 

были

 

удалены

 

со

 

следующим

 

примечанием

: «

Опыт

 

пока

-

зал

что

 

изменение

 

tg

 

 

при

 

колебаниях

 

температуры

 

является

 

существенным

 

и

 

неустойчивым

при

 

этом

ни

 

одна

 

поправочная

 

кривая

 

не

 

будет

 

являться

 

под

-

ходящей

 

для

 

всех

 

возможных

 

частных

 

случаев

».

В

 

данной

 

статье

 

предоставляются

 

сведения

 

об

 

измерениях

 

диэлектрических

 

характеристик

 

в

 

час

-

тотной

 

области

 (dielectric frequency response — 

DFR), 

также

 

известных

 

как

 

частотная

 

спектроскопия

 

(Frequency Domain Spectroscopy — FDS) 

и

 

приво

-

дятся

 

примеры

 

использования

 

этой

 

методики

 

для

 

оценки

 

изоляции

 

маслонаполненных

 

силовых

 

транс

-

форматоров

а

 

также

 

для

 

получения

  «

уникальных

» 

индивидуальных

 

температурных

 

зависимостей

 

анали

 

зируемых

 

объектов

.

СТАНДАРТНОЕ

 

ИЗМЕРЕНИЕ

 

ТАНГЕНСА

 

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

ПОТЕРЬ

 

И

 

КОЭФФИЦИЕНТА

 

МОЩНОСТИ

 

НА

 

ПРОМЫШЛЕННЫХ

 

ЧАСТОТАХ

Измерения

 

тангенса

 

угла

 

диэлектрических

 

потерь

 

проводятся

 

при

 

частоте

 

испытательного

 

напряже

-

ния

 50 

Гц

Это

 

позволяет

 

нам

 

сравнивать

 

различ

-

ные

 

измерения

так

 

как

 

в

 

общем

 

случае

 

значение

 

tg

 

 

является

 

функцией

 

частоты

Но

 

частота

 

яв

-

ляется

 

не

 

единственным

 

фактором

влияющим

 

на

 

значение

 

tg

 

.

При

 

повторных

 

испытаниях

 

tg

 

 

одного

 

и

 

того

 

же

 

образца

при

 

условии

что

 

влажность

состоя

-

ние

 

масла

 

и

 

уровень

 

его

 

старения

 

остались

 

неиз

-

менными

а

 

температура

 

системы

 

изменилась

tg

 

 

станет

 

другим

и

 

его

 

значения

 

при

 

двух

 

разных

 

тем

-

пературах

 

будут

 

несопоставимыми

Температура

 

оказывает

 

значительное

 

влияние

 

на

 

результирую

-

щее

 

значение

 

tg

 

и

 

этот

 

факт

 

следует

 

учитывать

 

и

 

улучшать

 

существующие

 

методы

используемые

 

для

 

внесения

 

поправки

 

в

 

измерения

 

tg

 

 

при

 

изме

-

нении

 

температуры

.

Испытания

 

tg

 

 

на

 

промышленной

 

частоте

 

сами

 

по

 

себе

 

способны

 

обнаруживать

 

влагу

 

и

 

загрязне

-

ние

 

в

 

трансформаторах

Однако

 

они

 

не

 

позволя

-

ют

 

отличить

выходят

 

ли

 

факторы

определяющие

 

значения

 

tg

 

 , 

за

 

рекомендуемые

 

пределы

 

или

 

на

-

ходятся

 

в

 

состоянии

 

ускоренного

 

роста

 

из

-

за

 

на

-

личия

 

влаги

 

в

 

твердой

 

изоляции

 

или

 

загрязнения

 

в

 

масле

Дальнейший

 

анализ

 

проводится

 

с

 

целью

 

исследования

 

причины

 

выхода

 

факторов

опреде

-

ляющих

 

значения

 

tg

 

за

 

установленные

 

преде

-

лы

Для

 

этого

 

обслуживающий

 

персонал

 

проводит

 

такие

 

испытания

 

как

 

физико

-

химический

 

анализ

 

масла

 

и

 

определение

 

частотных

 

диэлектрических

 

характеристик

ТЕМПЕРАТУРНАЯ

 

ЗАВИСИМОСТЬ

Для

 

определения

 

правильного

 

температурного

 

попра

-

вочного

 

коэффициента

 

необходимо

 

изучить

 

темпе

-

ратурную

 

зависимость

 

изоляционной

 

системы

Вос

-

приимчивость

 

изоляционного

 

материала

 

может

 

быть

 

выражена

 

как

 

функция

 

частоты

 

и

 

температуры

 [6]:

 

 

X

(

T

) = 

A

(

T

)

 

· 

F

(

)

, (1)

 

c

(

T

)

где

 

A

(

T

) — 

амплитудный

 

коэффициент

зависящий

 

от

 

температуры

F

(

x

) — 

спектральная

 

функция

c

(

T

) — 

характеристическая

 

частота

Коэффици

-


Page 3
background image

137

энергия

 

активации

 0,5 

эВ

энергия

 

активации

 0,7 

эВ

энергия

 

активации

 0,9 

эВ

Рис

. 1. 

Кривые

 

поправочных

 

коэффициентов

 

для

 

различных

 

значений

 

энергии

 

активации

Температура

, °C

Поправ

очный

 

коэффициент

50

40

30

20

10

0

100

10

1

0,1

0,01

при

 5 °C

при

 20 °C 

при

 35 °C 

при

 50 °C

Рис

. 2. 

Диэлектрические

 

характеристики

 

в

 

частотном

 

диапазоне

 

для

 

слу

-

чая

 

содержания

 1% 

влаги

 

в

 

целлюлозе

 

при

 5, 20, 35 

и

 50 °C

Частота

Гц

tg

 

1000

100

10

1

0,1

0,01

0,001

1

0,1

0,01

0,001

ент

 

A

(

T

является

 

постоянным

 

для

 

целлюлозы

Это

 

означает

что

 

форма

 

спектра

 

остается

 

неизменной

 

при

 

разных

 

температурах

Диэлектрическая

 

харак

-

теристика

 

перемещается

 

на

 

более

 

высокую

 

часто

-

ту

 

с

 

увеличением

 

температуры

 

или

наоборот

на

 

более

 

высокую

 

температуру

 

по

 

мере

 

увеличения

 

частоты

Если

 

увеличить

 

частоту

 

или

 

температу

-

ру

то

 

можно

 

добиться

 

подобного

 

эффекта

Одна

-

ко

форма

 

характеристики

 

обычно

 

не

 

изменяется

В

 

частном

 

случае

 

идеальной

 

функции

 

Дебая

 

ком

-

плексную

 

диэлектрическую

 

проницаемость

 

можно

 

записать

 

в

 

виде

:

 



 



 

+ ———, (2)

 1 

j



 · 

e

(

            

)

Ea

kT

где

 

Ea

 — 

энергия

 

активации

 (

термин

который

 

следу

-

ет

 

рассматривать

 

как

 

экспериментально

 

определен

-

ный

 

параметр

указывающий

 

на

 

чувствительность

 

скорости

 

реакции

 

к

 

температуре

); 

k

 — 

постоянная

 

Больцмана

 (8,6173324(78) · 10

-5

 

эВ

·K

-1

), 

 — 

время

 

релаксации

Из

 

формулы

 (2) 

видно

что

 

диэлектри

-

ческая

 

проницаемость

 

является

 

функцией

  –

Ea

/

kT

 

в

 

логарифмическом

 

масштабе

.

Энергия

 

активации

 

пропитанной

 

маслом

 

целлю

-

лозы

 

составляет

 

около

 0,9–1,1 

эВ

а

 

минеральное

 

масло

 

имеет

 

энергию

 

активации

 0,4–0,5 

эВ

Общая

 

форма

 

кривой

 

часто

 

сохраняется

если

 

она

 

строится

 

на

 

логарифмической

 

шкале

.

Кривые

 

поправочных

 

коэффициентов

 

для

 

разных

 

температур

 

и

 

трех

 

различных

 

энергий

 

активации

 

по

-

казаны

 

на

 

рисунке

 1.

Уравнение

 (1) 

демонстрирует

что

 

увеличение

 

температуры

 

имеет

 

тот

 

же

 

эффект

что

 

и

 

при

 

увели

-

чении

 

частоты

Степень

 

их

 

связи

 

друг

 

с

 

другом

 

вы

-

ражается

 

энергией

 

активации

 

согласно

 

формуле

 (2). 

Кривые

 

являются

 

примерами

показывающими

что

 

при

 

определенном

 

повышении

 

температуры

 

матери

-

ал

 

с

 

большей

 

энергией

 

активации

 

необходимо

 

испы

-

тывать

 

на

 

более

 

высокой

 

частоте

чтобы

 

получить

 

ту

 

же

 

диэлектрическую

 

проницаемость

.

ВЛИЯНИЕ

ВЛАГИ

 

В

 

ЦЕЛЛЮЛОЗЕ

Измерения

 

диэлектрических

 

характеристик

 

и

 

ма

-

тематическое

 

моделирование

 

изоляции

 

с

 

исполь

-

зованием

 

так

 

называемой

 XY-

модели

 [5] 

сегодня

 

являются

 

одними

 

из

 

наиболее

 

предпочтительных

 

методов

 

определения

 

содержания

 

влаги

 

в

 

бумаж

-

номаслянной

 

изоляции

 

силовых

 

трансформаторов

Результаты

 

измерений

 

обычно

 

представляются

 

в

 

виде

 

емкости

 

и

/

или

 

тангенса

 

диэлектрических

 

потерь

 

и

/

или

 

коэффициента

 

мощности

  (

в

 

северо

-

американских

 

источниках

как

 

функции

 

широкого

 

частотного

 

спектра

который

как

 

правило

находится

 

в

 

диапазоне

 

от

 1 

кГц

 

до

 1 

МГц

Ожидается

что

 

содержание

 

влаги

 

в

 

целлюлозе

 

новых

 

сило

-

вых

 

трансформаторов

 

не

 

будет

 

превышать

 0,5%. 

На

 

протяжении

 

всего

 

срока

 

службы

нормаль

-

ного

 

процесса

 

старения

 

и

 

фак

-

торов

негативно

 

влияющих

 

на

 

изоляцию

 

в

 

трансформаторе

концентрация

 

влаги

 

в

 

целлюло

-

зе

 

будет

 

повышаться

Обслужи

-

вающий

 

персонал

 

по

 

всему

 

миру

 

предпочитает

 

не

 

превышать

 

по

-

рог

 

содержания

 

влаги

 

в

 

целлю

-

лозе

 

в

 3,5%, 

так

 

как

 

это

 

серьезно

 

ускоряет

 

процесс

 

старения

 

изо

-

ляции

 

и

 

повышает

 

риск

 

выхода

 

из

 

строя

.

Пример

 

графика

 

межобмо

-

точной

 

емкости

 

при

 

комбиниро

-

ванной

 

изоляции

 

из

 

минераль

-

ного

 

масла

 

и

 

бумаги

 

показан

 

на

 

рисунке

 2. 

Концентрация

 

влаги

 

в

 

образце

 

составляет

 1%, 

а

 

из

-

мерения

 

проводятся

 

при

 

темпе

-

ратурах

 5, 20, 35 

и

 50 °C.

Если

 

взять

 

только

 

значения

 

частоты

 50 

Гц

 

и

 

сгруппировать

 

их

 

в

 

таблице

то

 

можно

 

увидеть

что

 

при

 50 

Гц

 

tg

 

 

может

 

как

 

увеличи

-

ваться

так

 

и

 

уменьшаться

 

в

 

за

-

 1 (46) 2018


Page 4
background image

138

висимости

 

от

 

температурного

 

состо

-

яния

 

изоляции

В

 

том

 

случае

когда

 

образец

 

содержит

 

только

 1% 

влаги

поправочный

 

коэффициент

 

в

 

диапа

-

зоне

 

температур

 

от

 5 

до

 50 °

С

 

очень

 

близок

 

к

 

единице

Графические

 

зави

-

симости

 

представлены

 

на

 

рисунке

 3 

и

 

рисунке

 4.

Важно

 

подчеркнуть

что

 

все

 

диэ

-

лектрические

 

характеристики

пока

-

занные

 

на

 

рисунке

 2, 

образуют

 

только

 

одну

 

тепловую

 

характеристику

 (

рису

-

нок

 3).

Тот

 

же

 

образец

 

изоляции

испытан

-

ный

 

при

 

высокой

 

концентрации

 

влаги

 

(3,5%) 

в

 

одном

 

и

 

том

 

же

 

температур

-

ном

 

диапазоне

дает

 

уже

 

другие

 

ди

-

электрические

 

характеристики

  (

рису

-

нок

 5).

Следуя

 

той

 

же

 

логике

что

 

и

 

при

 

низкой

 

концентрации

 

влаги

на

 

рисун

-

ках

 6 

и

 7 

проведены

 

отдельные

 

постро

-

ения

 

графиков

 

значений

 

tg

 

измерен

-

ных

 

при

 

частоте

 50 

Гц

.

Очевидно

что

 

температурный

 

по

-

правочный

 

коэффициент

 

не

 

является

 

одинаковым

 

для

 

всех

 

возможных

 

слу

-

чаев

Старение

влажность

 

и

 

загряз

-

нение

 

влияют

 

на

 

диэлектрические

 

характеристики

 

изоляции

 

и

 

одним

 

из

 

основных

 

способов

 

получения

 

точной

 

корректировки

 

значений

 

tg

 

 

является

 

использование

 

функции

 

индивиду

-

альной

 

температурной

 

коррекции

Ди

-

электрические

 

характеристики

 

транс

-

форматора

заполненного

 

маслом

являются

 

уникальными

как

 

и

 

его

 

диэ

-

лектрический

 

температурный

 

режим

Неправильная

 

корректировка

 

значе

-

ний

 

tg

 

 

может

 

привести

 

к

 

ошибочным

 

решениям

переоценивающим

 

его

 

значение

 

или

 

недооценивающим

 

риск

 

аварийной

 

ситуации

.

Диэлектрическая

 

частотная

 

харак

-

теристика

рассчитываемая

 

только

 

при

 

одном

 

уровне

 

напряжения

 

и

 

по

-

стоянной

 

температуре

может

 

быть

 

преобразована

 

из

 

частотной

 

области

 

во

 

временную

 

область

 

и

как

 

было

 

по

-

казано

из

 

частотной

 

области

 

в

 

темпе

-

ратурную

 

область

Температурно

-

ча

-

стотная

 

модель

 

представляет

 

собой

 

большую

 

важность

поскольку

 

позво

-

ляет

 

привести

 

диэлектрические

 

пара

-

метры

 

тангенса

 

угла

 

диэлектрических

 

потерь

 

к

 

выбранной

 

контрольной

 

тем

-

пературе

 (

например

, 20 °C) 

на

 

частоте

 

50 

Гц

 [8].

Практически

запатентованный

 

фир

-

мой

  «

Меггер

» 

метод

 

индивидуальной

 

температурной

 

коррекции

 

реализуется

 

ДИАГНОСТИКА

И МОНИТОРИНГ

при

 5 °C

при

 20 °C 

при

 35 °C 

при

 50 °C

Рис

. 5. 

Диэлектрические

 

характеристики

 

в

 

частотном

 

диапазоне

 

для

 

случая

 

содержания

 3-5 % 

влаги

 

в

 

целлюлозе

Частота

Гц

tg

 

, %

1000

100

10

1

0,1

0,01

0,001

1

0,1

0,01

0,001

Рис

. 6. 

Тепловая

 

характеристика

 

tg

 

 

для

 

случая

 

содержания

 3–5% 

влаги

Температура

, °C

tg

 

, %

60

50

40

30

20

10

0

2,5

2

1,5

1

0,5

0

Рис

. 3. 

Тепловая

 

характеристика

 

tg

 

 

для

 

случая

 

содержания

 

1% 

влаги

 

в

 

целлюлозе

Температура

, °C

tg

 

, %

60

50

40

30

20

10

0

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

0

Рис

. 4. 

Поправочные

 

коэффициенты

 

tg

 

 

на

 

основании

 

температурных

 

характеристик

 

для

 

случая

 

содержания

 1% 

влаги

 

в

 

целлюлозе

Температура

, °C

Поправ

очный

 

коэффициент

60

50

40

30

20

10

0

1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0


Page 5
background image

139

ЛИТЕРАТУРА

1. 

ГОСТ

 3484.1-88.  

Трансформаторы

 

силовые

Методы

 

электромаг

-

нитных

 

испытаний

М

.: 

Издательство

 

стандартов

, 1989. 40 

с

.

2. 

Сборник

 

методических

 

пособий

 

по

 

контролю

 

состояний

 

электрообо

-

рудования

Раздел

 2. 

Методы

 

контроля

 

состояния

 

силовых

 

транс

-

форматоров

автотрансформаторов

шунтирующих

 

и

 

дугогасящих

 

реакторов

М

.: 

СПО

 

ОРГРЭС

, 1997.

3.  IEEE Std C57.106-2006. 

Руководство

 

по

 

приемке

 

и

 

обслуживанию

 

изоляционного

 

масла

 

в

 

электротехническом

 

оборудовании

.

4.  IEEE Std C57.12.90-2010. 

Инструкция

 IEEE 

по

 

типовым

 

испытаниям

 

для

 

жидкостных

 

распределительных

силовых

 

и

 

регулировочных

 

трансформаторов

.

5.  CIGRE TB 445. 

Руководство

 

по

 

обслуживанию

 

трансформаторов

.

6. 

Джонсчер

 

А

.

К

Диэлектрическая

 

релаксация

 

в

 

твердых

 

телах

 / 

A.K. Jonscher. London: Chelsea Dielectric Press, 1983.

7. 

Куффел

 

Э

., 

Заенгл

 

В

.

С

., 

Куффел

 

Д

Основы

 

техники

 

высоких

 

напря

-

жений

, 2-

е

 

издание

на

 

англ

яз

. Butterwort-Heinemann, 2000. 553 

с

.

8. 

Патент

 US2010/0106435A1. 

Индивидуальная

 

температурная

 

кор

-

рекция

.

г

Москва

, 2-

й

 

Рощинский

 

пр

-

д

., 

д

. 8 

+7 (495) 234-91-61

www.rusmegger.ru

info@rusmegger.ru

в

 

приборах

 IDAX300/350, DELTA4000 

и

 

приборах

 

серии

 TRAX.

ВЫВОДЫ

Метод

 

диэлектрической

 

частотной

 

характеристики

 

в

 

настоящее

 

время

 

широко

 

используется

 

для

 

оценки

 

кон

-

центрации

 

влаги

 

в

 

твердой

 

изоляции

 

маслонаполненных

 

трансформаторов

 

через

 

емкость

 

и

 

тангенс

 

угла

 

диэлек

-

трических

 

потерь

 

как

 

функций

 

часто

-

ты

Измеренный

 

tg

 

 

изоляционной

 

системы

 

на

 

одной

 

конкретной

 

частоте

 

зависит

 

не

 

только

 

от

 

температуры

но

 

и

 

от

  «

индивидуального

 

состояния

 

ис

-

пытуемой

 

изоляции

». 

Когда

 

испытания

 

ограничиваются

 

только

 

измерениями

 

на

 

промышленной

 

частоте

точный

 

температурный

 

эффект

 

остается

 

неиз

-

вестным

.

Расширенное

 

применение

 

матема

-

тического

 

подхода

 

дает

 

возможность

 

привести

 

значения

 

tg

 

 

к

 

любой

 

темпе

-

ратуре

 

от

 5 °C 

до

 60 °C 

на

 

любой

 

ча

-

стоте

 

в

 

диапазоне

 

измерения

.  

Р

Рис

. 7. 

Поправочные

 

коэффициенты

 

tg

 

 

на

 

основании

 

температур

-

ных

 

характеристик

 

для

 

случая

 

содержания

 3–5% 

влаги

Температура

, °C

Поправ

очный

 

коэффициент

60

50

40

30

20

10

0

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

 1 (46) 2018


Читать онлайн

Одним из важнейших и широко используемых методов контроля состояния трансформаторов является измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции. В соответствии с [1] испытания проводятся при напряжении 10 кВ промышленной частоты 50 Гц при вводе в эксплуатацию нового трансформатора, после ремонта и в условиях эксплуатации.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»