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

2. EKSPERYMENT

OBIEKT BADAŃ

Obiektem badań były modele izolacji papierowej impregnowane olejem transfor¬matorowym. Materiały użyte do wykonania próbek pozyskane zostały z Zakładu Produkcyjno-Remontowego Energetyki Poznań „Energetyka Czerwonak” S.A. Produ¬cen¬tem papieru transformatorowego jest Weidmann Systems International, Switzer¬land. Do impregnacji użyto olej Nynas Nytro 10 GBN o zawartości wilgoci 14 ppm. Model składa się z dziesięciu krążków papieru o średnicy 9 cm. Proces impregnacji papieru polegał na wysuszeniu, zawilgoceniu, oraz zanurzeniu w oleju transformato¬rowym. Suszenie odbywało się w komorze próżniowej (rys. 2) w temperaturze 80 st. C,



do mo¬mentu wystąpienia braku ubytku masy próbki. Przeciętny czas suszenia wynosił około 2 – 3 dni. Na podstawie masy wysuszonej próbki określiliśmy masę jaką powinni¬śmy uzyskać po zawilgoceniu, aby zawartość wilgoci wynosiła, w procencie wagowym, odpo¬wiednio 0,6%, 2% oraz 3%. Do tego celu użyto wzoru:

gdzie:
A – procent wagowy wilgoci zawartej w próbce
mk – masa zawilgoconego modelu
mp – masa modelu suchego

Proces zawilgocenia polegał na umieszczeniu wysuszonej próbki na szalce wagi technicz¬nej. Wilgoć zawarta w powietrzu atmosferycznym migrowała do wnętrza papieru powo¬dując przyrost jego masy. W momencie uzyskania odpowiedniej masy (zawartości wil¬goci) papieru, próbki zanurzano w oleju w temperaturze ok. 20 st. C. Tak przygotowane mo¬dele o równych zawartościach wilgoci umieszczone zostały w zamkniętych pojemni¬kach. Wykonano dziewięć próbek, po trzy dla każdej wartości zawilgocenia. Przeprowa¬dzenie pomiarów na kilku modelach o tym samym zawilgoceniu umożliwia wyeliminowa¬nie wyniku w przypadku wystąpienia błędu grubego. Modele wykonane są jedynie z impre¬gnowanego papieru bez wnęk olejowych, przedstawiają zatem izolację o 100% zawartości barier bądź odstępników w izolacji.

WYKONANIE POMIARU

Pomiary wykonano za pomocą przyrządu IDA 200 Insulation Diagnostic System, pro¬dukcji Szwedzkiej firmy Programma. Modele izolacji umieszczone zostały w komorze pomiarowej produkcji Tettex A. G. Zurich (rys. 3a). Zastosowano w niej dziesięciokilo¬gramowy odważnik, unikając w ten sposób występowanie pęcherzyków powietrza pomię¬dzy warstwami papieru. Zastosowano trójelektrodowy układ pomiarowy. Konfigurację oraz wymiary elektrod przedstawiono na rysunku 3.b oraz 3.c.



Zaletą zastosowania elektrody pomocniczej jest uniknięcie wpływu prądu płynącego w oleju wokół badanej próbki. Pomiaru dokonano przy temperaturze około 20 st. C i napięciu 5 V (standardowy pomiar na transformatorze odbywa się przy napięciu 140 V) oraz następującym zakre¬sie częstotliwości od 0,00046 do 1000 Hz. Niski poziom napięcia wynika z wyklucze¬nia ewentualnego wpływu wartości napięcia na odpowiedź dielektryczną, ponieważ badana próbka ma grubość około 2 mm (natężenie pola elektrycznego w próbce jest wówczas porównywalne z natężeniem, jakie występuje w izolacji transfor¬matora podczas testu).

2.3. WYNIKI POMIARóW I ICH ANALIZA

Uzyskane zależności tg od częstotliwości napięcia pomiarowego dla próbek o różnej zawartości wody po sprowadzeniu ich do temperatury 20 st. C przedstawione zostały na rysunkach 4,5,6 i 7.









Analiza danych wykonana została w programie Mods dostarczonym przez firmę Programma. Zarówno ręczne jak i automatyczne dopasowanie hipotetycznych odpowiedzi do krzywych pomiarowych wykazało największą zgodność dla 100% zawartości barier. W tablicy 1 przedstawiono oszacowaną zawartość wilgoci w papierze na podstawie analizy odpowiedzi dielektrycznej badanych próbek. Można zauważyć dość dobrą korelację wyni¬ków pomiarów z określoną zawartością wilgoci podczas preparacji próbek. Największy błąd zauważalny jest dla modeli zawilgoconych 0,6 % wagowego.



Znaczna odchyłka próbki 2 jest związana z nierównomiernym zawilgoceniem objętości papieru podczas pomiaru. Wykonany bowiem został w dwa tygodnie od momentu prepa¬racji a pomiary na kolejnych modelach przeprowadzone były sześć tygodni później. Elektroda pomiarowa o średnicy 49,5 mm objęła jedynie środek badanego obiektu o śred¬nicy 90 mm. Podczas preparacji modeli wilgoć łatwiej migrowała z powietrza na obrzeża krążków papieru niż pomiędzy jego warstwy. W celu stwierdzenia słuszności powyższej tezy przeprowadzono kolejny pomiar na wszystkich próbkach zawilgoconych 3% po upływie czterech miesięcy od poprzedniego pomiaru. Próbki o numerach 1 i 3 nieznacznie zmieniły odpowiedź dielektryczną, natomiast próbka 2 wykazała znaczny wzrost strat dielektrycznych wyrównując charakterystykę do pozostałych próbek. Na tej podstawie można stwierdzić, że czas migracji wilgoci w temperaturze pokojowej w impregnowanym papierze jest bardzo powolny.

Otrzymane wyniki wskazują na prawidłowość metody analizy strat dielektrycznych w funkcji częstotliwości jako kryterium diagnostyczne układu izolacyjnego papier – olej. Jednakże konieczna jest kalibracja narzędzi służących do przeprowadzania analizy. Należy zbadać wpływ na wynik pomiaru takich czynników jak: poziom napięcia pomiarowego, stopień zabrudzenia oleju, szybkość migracji wilgoci z otoczenia do wnętrza transformatora.

Dobrą korelację między wynikami pomiarów zawartości wilgoci metodą strat dielek¬trycznych w funkcji czasu a wynikami analizy oleju uzyskano na transformatorze energe¬tycznym 100 kVA [1].

Autor: Bolesław BRóDKA

LITERATURA

[1] EKANAYAKE C., GUBANSKI S. M., Korelacja między wynikami pomiarów dielektrycznych a wynikami analizy oleju w transformatorze energetycznym, 2003 International Conference on Power Transformers, Pieczyska, Polska.
[2] LEIBFRIED T., KACHLER A., ZAENGL W., DER HOUHANESSIAN V., KÜCHLER A., BREITENBAUCH B., Ageing and moisture analysis of power transformer insulation systems, Siemens AG, Germany.
[3] Mods help, Programma Electric AB Version 1.5.0.1.
[4] MOSER H., DAHINDEN V., Transformerboard II, Rapperswil 1987
[5] Ramowa Instrukcja Eksploatacji Transformatorów, Energopomiar - Elektryka, Gliwice 2001.
[6] Tettex A.G. Zurich, Schutzringkondensatoren Typen 2902 und 2904, opis techniczny.