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
-
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
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
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
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
Оригинал статьи: Индивидуальная температурная коррекция
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.
