Analiza współczynnika strat dielektrycznych jako kryterium zawartości wody w układzie izolacyjnym papier - olej

Abstract

Nominalna długość życia izolacji papierowo – olejowej w transformatorze szacowana jest na 25-30 lat. Jest ona uwarunkowana szybkością procesów starzeniowych zależnych w głównej mierze od tempe¬ratury. Czynnikami wpływającymi w znacznym stopniu są również zawartość tlenu, wilgoci oraz charakter chemiczny zarówno oleju jak i celulozy. Pomimo występowania powyższych czynników współ¬czesne metody eksploatacji pozwalają osiągnąć czas życia transformatora nawet do 40-50 lat [5]. Taką efektywność można uzyskać dzięki obostrzonej diagnostyce stanu izolacji transformatora. Istnieje wiele metod diagnostycznych zarówno bezpośrednich jak i pośrednich, jednak często napotyka się na trudno¬ści natury technicznej (np. pomiar stopnia polimeryzacji jest możliwy podczas remontu trans-forma¬tora), natomiast metody pośrednie zależne są od stanu równowagi wilgoci w układzie papier-olej (Karl Fischer), lub na ich podstawie nie można prognozować awarii dla dłuższych okresów czasu (metody z rodziny DGA – chromatografii gazów rozpuszczonych w oleju). W niniejszym artykule przedstawiono metodę diagnostyczną wysokonapięciowych układów izolacyjnych opartą o pomiar tg w funkcji częstotliwości. Obiektem badań są modele izolacji papierowo-olejowej. Badania mają posłu-żyć do zwe¬ryfikowania poprawności metody pomiarowej. W przyszłości planowane jest wyskalowanie narzę¬dzi służących do analizy wyników pomiarowych na podstawie pomiarów przeprowadzonych na modelach i obiektach energetycznych.
Autor: Bolesław BRóDKA

1. WPROWADZENIE

Procesy starzeniowe wiążą się ze zmniejszeniem stopnia polimeryzacji celulozy, a produktem tego zjawiska jest między innymi woda w izolacji [4]. Odpowiedź dielek¬tryczna układu izolacyjnego jest zależna od stopnia jego zawilgocenia. Metody oparte o analizę zjawisk polaryzacyjnych w niewielkim stopniu są zależne od stanu równo¬wagi wilgoci pomiędzy papierem i olejem.

Metoda FDS (Frequency Domain Spectroscopy) opiera się na pomiarze prądu za pomocą elektrometru po przyłożeniu napięcia przemiennego do badanego obiektu. Zakres częstotliwości napięcia wynosi od 10-4 do 103 Hz z krokiem trzech wartości na dekadę. Zarejestrowany przebieg prądu rozkładany jest na harmoniczne z wykorzysta¬niem funkcji Furiera. W ten sposób wynik pomiaru można dodatkowo odstroić od zakłóceń. Znając wektory prądu i napięcia można wyznaczyć przesunięcie fazowe , oraz kąt stratności dielektryku  będący dopełnieniem kąta  do 90 st. Współczynnik strat dielektrycznych tg jest miarą strat energii w dielektryku i definiowany jest jako stosunek natężenia prądu związanego ze stratami w dielektryku do natężenia prądu związanego z gromadzeniem się ładunku na okładzinach kondensatora. Straty energii podczas polaryzacji dielektryków zależne są od prądu upływu, obrotu dipoli w polary-zacji dipolowej i przemieszczania się ładunku związanego podczas polaryzacji makro¬skopowej.

Analiza pomiaru polega na dopasowaniu zmierzonej odpowiedzi dielektrycznej do hipotetycznej odpowiedzi modelu. Model izolacji posiada takie cechy jak: zawartość wilgoci w celulozie, przewodność oleju oraz proporcje konstrukcji izolacji transfor¬matora uwidocznione na rysunku 1 (kanału olejowego, odstępników i barier).