Próby i badania rutynowe transformatorów suchych żywicznych

Data dodania: 2019-06-17
Autor:

Po wyprodukowaniu każdy transformator suchy żywiczny EG-CR-T przechodzi przez próby i badania mające na celu potwierdzenia zgodności jego parametrów techniczny z obowiązującymi normami oraz wymaganiami Zamawiającego. Próby, wykonanie których dla każdego nowo-wyprodukowanego transformatora jest wymagane przez normy, zwane są rutynowymi. Zakres prób rutynowych jest ściśle określony przez normę IEC 60076-1 punkt 10.1.1. Szczegółowe wymagania dotyczące warunków i sposobów przeprowadzenia badań w przypadku transformatorów suchych żywicznych są opisane w normie IEC 60076-11 oraz innych normach specjalistycznych.

Do testów rutynowych należą:

1. Pomiar rezystancji uzwojeń - normy IEC 60076-1 (p. 10.2) i IEC 60076-11 (p. 15) - wykonywany jest w celu wykrycia jakichkolwiek nieprawidłowości w uzwojeniach transformatora. Możliwe jest wykonanie pomiaru na dwa sposoby:
a) Pomiar z wykorzystaniem źródła zasilania prądu stałego, amperomierza (podłączonego na początku uzwojenia) oraz woltomierza. Rezystancja oblicza się na podstawie znanego wzoru R=U/I. Schemat takiego podłączenia jest pokazany na rysunku 1. 
b) Pomiar z wykorzystaniem źródła zasilania prądu stałego i omomierza cyfrowego (schemat jest identyczny do pokazanego na rysunku 1, tylko że amperomierz i woltomierz są połączone w jednym urządzeniu zamiast dwóch). 
W każdym z przypadków podczas badań prąd przepływający w obwodzie ma stanowić mniej niż 10% prądu znamionowego (w celu uniknięcia przegrzania uzwojeń), a temperatura uzwojeń ma być ciągle kontrolowana za pomocą układu pomiaru temperatury, składającego z czujników zainstalowanych w uzwojeniach nN oraz przekaźnika. W celu uzyskania prawidłowych wartości transformator umieszcza się w komorze do testów co najmniej 3 godziny przed rozpoczęciem testów, a po miary są wykonywane po uzyskaniu stabilnych wartości napięcia i prądu.

Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru rezystancji uzwojeń.

Rysunek 1 - Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru rezystancji uzwojeń.

2. Pomiar przekładni napięciowej i przesunięcia fazowego - normy IEC 60076-1 (p. 10.3) i IEC 60076-11 (p. 16) - wykonywany jest w celu potwierdzenia powyższych parametrów transformatora.

2.1. Przekładnia transformatora jest to stosunek wartości górnego napięcia do wartości dolnego napięcia transformatora.
2.2. Układ połączeń transformatora (wraz z przesunięciem godzinowym) zależy od sposobu połączenia uzwojeń transformatora i różni się w zależności od kraju oraz przeznaczenia transformatora.

W obu przypadkach stosowane jest urządzenie do pomiaru przekładni (ang. „ratiometer”), a schemat układu pomiarowego pokazany jest na rysunku 2. Pomiar wykonywany jest na każdym doczepie do regulacji napięcia.

Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru przekładni i przesunięcia fazowego.

Rysunek 2 - Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru przekładni i przesunięcia fazowego.

3. Pomiar impedancji zwarcia i strat obciążeniowych - normy IEC 60076-1 (p. 10.4) i IEC 60076-11 (p. 17) - wykonywany jest w celu potwierdzenia wartości wyżej zaznaczonych parametrów transformatora. Straty obciążeniowe są jednym z dwóch składników do obliczenia strat cieplnych. Pomiar odbywa się z wykorzystaniem źródła zasilania o napięciu sinusoidalnym oraz o częstotliwości znamionowej transformatora podłączonego do uzwojeń górnego napięcia badanego transformatora. Uzwojenie dolnego napięcia podczas testu zostaje zawarte. Schemat układu pomiarowego jest przedstawiony na rysunku 3.

Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru impedancji zwarcia i trat obciążeniowych.

Rysunek 3 - Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru impedancji zwarcia i trat obciążeniowych.

W celu zmniejszenia błędów pomiaru badania odbywają się szybko (aby uniknąć znacznego wzrostu temperatury uzwojeń), a dla transformatorów powyżej 1000 kVA w odróżnieniu od układu pokazanego na rysunku 3, mogą stosować się 3 osobne watomierze. Podczas pomiaru brane są pod uwagę wszystkie czynniki, które mogą wpłynąć na dokładność. Niezależnie od rodzaju transformatora otrzymane wyniki pomiarów są przeliczane do odpowiedniej temperatury odniesienia (na przykład, w kartach katalogowych transformatorów EG-CR-T wartości strat obciążeniowych są podane dla temperatury 120ºC).

Impedancja zwarcia przedstawiana jest jako szeregowe połączenie reaktancji ,która zgodnie z założeniami jest wartością stałą, i rezystancji, wartość której jest obliczana na podstawie zmierzonej wartości strat obciążeniowych.

4. Pomiar strat i prądu biegu jałowego - normy IEC 60076-1 (p. 10.5) i IEC 60076-11 (p. 18) - wykonywany jest w celu wyznaczenia i potwierdzenia powyższych parametrów transformatora. Straty biegu jałowego są drugim składnikiem do wyznaczenie strat cieplnych transformatora. Podczas badania uzwojenie górnego napięcia transformatora jest zasilane napięciem przemiennych sinusoidalnym o częstotliwości znamionowej. Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na rysunku 4. Straty i prąd biegu jałowego mierzone są dla wartości średniej zarówna jak i dla wartości skutecznej. Jeżeli zmierzone wartości nie są równe schemat na rysunku 4 jest modyfikowany używając jednocześnie dwóch woltomierzy - jedne do pomiaru wartości skutecznej (U’), drugi zaś do pomiaru wartości chwilowej (U). Zmierzona wartość strat jest korygowana z uwzględnieniem współczynnika d=(U’-U)/U. Jednocześnie badania uważają się za udane jeżeli równica pomiędzy wartościami U’ i U jest nie większa od 3%. Prąd biegu jałowego jest mierzony jednocześnie z pomiarem strat.

Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru strat i prądu biegu jałowego.

Rysunek 4 - Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru strat i prądu biegu jałowego.

5. Próby rutynowe dielektryczne.
5.1. Próba rutynowa dielektryczna napięciem indukowanym - normy IEC 60076-3 (p. 20) i IEC 60076-3 (p. 12.2.1.) - wykonywana jest w celu wyznaczenia i potwierdzenia wartości poziomów izolacji transformatora. Podczas próby napięciem indukowanym do uzwojeń dolnego napięcia doprowadzone jest napięcie dwukrotnie większe od napięcia znamionowego transformatora. Jednocześnie uzwojenia górnego napięcia zostają rozwarte. Schemat układu jest przedstawiony na rysunku 5. Próby trwają 60 sekund i zaczynają się z wartości napięcia próby mniejszej niż 1/3 od wartości docelowej. Dalej wartość początkowa napięcia próby jest szybko zwiększana do wartości docelowej i utrzymuje się na takim poziomie przez 60 sekund. Po zakończeniu prób przed odłączeniem transformatora wartość napięcia jest ponownie zmniejszana do wartości mniejszej niż 1/3 od napięcia próby. Wynik prób jest pozytywny, jeżeli transformator nie zostanie uszkodzony.

Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do prób napięciem indukowanym.

Rysunek 5 - Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do prób napięciem indukowanym.

5.2. Próba rutynowa dielektryczna napięciem przyłożonym - normy IEC 60076-3 (p. 19) i IEC 60076-3 (klauzula 11) - wykonywana jest w celu wyznaczenia i potwierdzenia wartości poziomów izolacji transformatora. Podczas próby do badanego uzwojenia jest podłączana strona górna transformatora-źródła. Wszystkie niebadane uzwojenia, ramy, obudowy, itd. muszą zostać uziemione. Rysunek 6 przedstawia układ do prób. Trwałość próby wynosi 60 sekund. Wynik prób jest pozytywny, jeżeli transformator nie zostanie uszkodzony.

Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do prób napięciem przyłożonym.

Rysunek 6 - Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do prób napięciem przyłożonym.

6. Pomiar wyładowań niezupełnych - normy IEC 60076-11 (p. 22), IEC 60270 i IEC 60076-3 (aneks A) - wykonywany jest dla transformatorów suchych żywicznych w celu wyznaczenia i potwierdzenia powyższego parametru. Wyładowanie niezupełne jest to lokalne przebicie izolacji w transformatorach. Powstaje ono w wyniku wad w izolacji żywicznej transformatorów takich jak kiszenie powietrzne, domieszki, zabrudzenia wewnątrz uzwojeń. Lokalne uszkodzenie izolacji grozi zwarciem i dalszym uszkodzeniem transformatora. Poziom wyładowań niezupełnych w transformatorach średniej mocy jest mierzony w pC, ponieważ uszkodzenie izolacji można przedstawić jako pojemność. Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do wyznaczenia poziomu wyładowań niezupełnych jest przedstawiony na rysunku 7.

Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru wyładowań niezupełnych.

Rysunek 7 - Koncepcyjny schemat układu pomiarowego do pomiaru wyładowań niezupełnych.

W celu pomiaru napięcia dolnego napięcia badanego transformatora zasilane są napięciem przemiennym o częstotliwości 150 lub 200 Hz. Na początku testu na okres 30s w uzwojeniu górnym transformatora zostaje wyindukowane napięcie stanowiące 1,8Un napięcia znamionowego, a później bez żadnej przerwy w zasilaniu napięcie wyindukowane zmniejsza się do wartości 1,3 Un napięcia znamionowego i utrzymuje się na takim poziomie przez kolejne 3 minuty. Do analizy i pomiaru wykorzystywany jest oscyloskop. Zgodnie z normą maksymalny dopuszczalny poziom wyładowań niezupełnym wynosi 10 pC.

Autor: Radosław Ciemniewski
Dyrektor Działu Technicznego firmy EG System Sp. z o.o. Sp. k.

Zobacz nasz ostatni wpis: Analiza gazu SF6 jako środka izolacyjnego w aparatach SN