Измерения пробивного напряжения трансформаторного масла

Трансформаторное масло используется в высоковольтном оборудовании в качестве изолирующей среды, что обусловлено его более высокой электрической прочностью в сравнении, например, с газами.

Но во время эксплуатации масел может наступить их пробой, то есть потеря способности выдерживать воздействие высоких напряжений. Пробой создает риск выхода из строя дорогостоящего электрооборудования: трансформаторов, маслонаполненных кабелей, конденсаторов, выключателей, разрядников и т.п. Для предупреждения пробоя выполняется проверка жидких диэлектриков с целью измерения пробивного напряжения. В этой статье мы рассмотрим, как наступает пробой жидких диэлектриков, причины снижения пробивного напряжения и как осуществляется очистка и проверка трансформаторного масла.

Пробой жидких диэлектриков

Пробой жидких диэлектриков – явление сложное, которое исследуется до сих пор. Одна из основных теорий возникновения заключается в следующем. Если на диэлектрик (масло) долго воздействует высокое напряжение, а в масле присутствуют включения, то эти включение поляризуются и объединяются в цепочки, которые вытягиваются вдоль силовых линий электромагнитного поля. Цепочки становятся каналом, по которому протекает электрический ток. Ток разогревает прилегающую к каналу жидкость до кипения, а пробой происходит по образовавшемуся газовому каналу.

В тщательно очищенных маслах пробой может происходить из-за ударной ионизации молекул. После пробоя электроизоляционные свойства масла восстанавливаются, но его качество обычно заметно ухудшается.

Причины поломок оборудования

Однако, даже при постоянном надзоре и проверках не удается избежать непредвиденных или, наоборот, плановых поломок и повреждений.

80 % всех известных причин отказа силовой техники спровоцированы загрязнением и окислением трансформаторного масла, то есть жидкой изоляции. Рассмотрим некоторые из этих причин в совокупности с предпосылками поломок, то есть влиянием устаревшего масла.

Наиболее распространенным вариантом повреждения трансформаторов общего назначения является повреждение высоковольтных маслонаполненных вводов, в которые попадает влага. Масло увлажняется, ухудшаются его изоляционные характеристики, в результате чего в масле могут возникнуть частичные разряды и возникает пробой.

Другим видом поломок трансформаторов является нарушение в контактной системе избирателя. Они возникают от неправильной регулировки контактов, впоследствии образования на контактах окисленной пленки – продуктов старения трансформаторного масла.

К наиболее тяжелым последствиям приводят повреждения твердой изоляции и обмоток трансформаторов. Шлам и другие отложения загрязненного трансформаторного масла остаются на обмотках или изоляции, вызывают ее ослабление с возникновением ползущего разряда и последующий пробой.

И, наконец, стоит обратить внимание на то, что существуют и обратные процессы: повреждение определенных систем связанных с содержанием или подачей масла, влияют на его окисление и работоспособность. К примеру, повреждение маслонасоса приводит к попаданию металлических частиц и других примесей в трансформаторное масло

При нарушении резиновых уплотнений в масло попадает влага, которая является одним из основных катализаторов его старения. Неисправность стрелочного маслоуказателя приводит к недопустимому снижению или превышению уровня масла и проч.

Это интересно: Автоматическая частотная разгрузка АЧР — назначение и принцип действия

Пробивное напряжение трансформаторного масла

Проверка диэлектрических свойств масла осуществляется методом отбора проб и их последующего анализа с определением пробивного напряжения, тангенса угла диэлектрических потерь, диэлектрической проницаемости и др.

Пробивное напряжение – это минимальное прикладываемое напряжение, при котором в диэлектрике образуется проводящий канал. Пробивное напряжение обычно измеряют в киловольтах.

Также пользуются еще одной похожей характеристикой – это электрическая прочность (пробивная напряженность) диэлектрика. Физически электрическая прочность – это напряжение, которое необходимо приложить к образцу для его пробоя, деленное на толщину образца. Электрическая прочность измеряется в киловольтах на миллиметр.

Когда нужно проверять

Периодичность проведения испытаний зависит от мощностных характеристик агрегатов, в которых применяется данный материал. Обычно пробы отбираются один раз в 4 месяца или перед пуском в работу нового оборудования.

Достоверность получаемых результатов зависит от условий, при которых производится проверка. Необходимо исключить проникновение влаги из воздушной среды в материал. Ёмкость с маслом открывают при выравнивании температуры состава с данными показателями воздушной среды.

При проведении проверки после запуска тестирование выполняется 5 раз в течение начальных 30 дней эксплуатации оборудования.

Колба предварительно должна быть очищена от загрязнений. Для большей достоверности и исключения неправильных результатов жидкость отбирается со дна ёмкости оборудования.

Какие факторы влияют на пробивное напряжение трансформаторного масла

Пробивное напряжение – очень чувствительный параметр трансформаторного масла, поскольку на него могут влиять различные факторы. Среди них:

• загрязнение механическими примесями и увлажнение. Чем грязнее масло, тем ниже его пробивное напряжение;
• вязкость. Вместе со снижением вязкости трансформаторного масла снижается и пробивное напряжение;
• температура. При увеличении температуры пробивное напряжение масла снижается. При подаче импульсного напряжения эта связь выражена слабо. Для масел глубокой степени очистки зависимость пробивного напряжения от температуры масла носит сложный характер;
• давление. С ростом давления происходит повышение пробивного напряжения, что объясняется ростом давления в газовых пузырьках. Зависимость больше выражена в технически чистом масле;
• длительность воздействия напряжения. Чем дольше воздействует напряжение на масло, тем ниже пробивное напряжение. Зависимость ослабевает в маслах с более глубокой степенью очистки;
• форма и площадь электродов, расстояние между электродами. При разной форме электродов создаются поля разной степени неоднородности и чем больше коэффициент неоднородности, тем ниже пробивное напряжение. При увеличении площади электродов пробивное напряжение снижается, а при увеличении расстояния между электродами – повышается.

е) поверхностное натяжение

Метод определения изложен в ИСО 6295, ГОСТ 5985-79. Определение состоит в оценке силы (в мН/м), необходимой для прорыва масло-водяной поверхности раздела в металлическом кольце в предписанных условиях. Эта сила, связанная со свойствами капиллярности, изменяется в зависимости от состава масла и под воздействием продуктов разложения масла.

Поверхностное натяжение зависит от степени старения и значения кислотного числа и свидетельствует о происходящих в масле изменениях.В таблице приведены рекомендуемые минимальные значения для масла в эксплуатации.Уменьшение поверхностного натяжения ниже предписанных минимальных значений свидетельствует о глубоких изменениях физических и химических свойств масла вследствие его старения. В этих случаях предпочтительней заменить масло, нежели его регенерировать.

Минимальные значения поверхностного натяжения для масла в эксплуатации

Испытание трансформаторного масла на пробой

Испытание масла на пробой, как правило, выполняется в лаборатории, но при наличии необходимого оборудования измерять пробивное напряжение можно и возле трансформатора.

Проверка трансформаторного масла на пробой выполняется в соответствии с действующими стандартами. Это могут быть как национальные стандарты стран, на территории которых эксплуатируются трансформаторы, так и международные стандарты. Чаще всего используется IEC-60296 BDV-тестер и ASTM BDV-тестер.

Прибор для испытания масла на пробой

Компания GlobeCore обеспечивает мировые стандарты качества оборудования в сфере обслуживания трансформаторов, включая лабораторные приборы для испытания жидких диэлектриков. Среди них аппарат испытания масла на пробой TOR-80. Он работает по принципу постепенного подъема напряжения на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора от нулевого до максимального значения или до значения, при котором происходит пробой диэлектрика. Время отключения высокого напряжения после пробоя не превышает четырех микросекунд. По этому показателю установка для испытания трансформаторного масла TOR-80 превосходит все существующие приборы аналогичного назначения. Масло в измерительной ячейке не успевает подгореть и изменить свой химический состав, что обеспечивает одинаковые условия для повторных измерений.

По другим характеристикам и параметрам лучший BDV-тестер GlobeCore не уступает ни одному из известных аналогов. В настройках TOR-80 доступен выбор любого из действующих стандартов на методы электрических испытаний (IEC 60156, ASTM D877, ГОСТ 6581 и др.). Даже если стандарт со временем изменился, пользователь может быстро внести необходимые коррективы и дальше тестировать масло по актуальному алгоритму. Поэтому недорогой BDV-тестер GlobeCore можно использовать в любой стране мира. Также с его помощью тестируются жидкие диэлектрики различного происхождения с пробивным напряжением не выше 80 киловольт, изготовленные на основе нефти, растительных масел или полученные синтетическим путем.

Прибор имеет компактные размеры: ширину – 49 сантиметров, длину – 32 сантиметра и высоту – 30 сантиметров, а также интегрированные в корпус ручки, с помощью которых легко перемещается внутри лаборатории или переносится из одного помещения в другое.

Процесс испытаний масла на пробой прост. Сотруднику электротехнической лаборатории необходимо подключить прибор к питающей сети, вставить измерительную ячейку, наполнить ее маслом, выбрать необходимый стандарт и запустить процесс путем нажатия соответствующей кнопки. Все остальное BDV-тестер TOR-80 сделает сам в автоматическом режиме, после чего уже через пять минут на дисплее появится результат первого измерения пробивного напряжения в киловольтах.

Погрешность измерений пробивного напряжения после цикла испытаний не превышает одного процента. Такая точность достигается за счет разработанных GlobeCore технологий и новых стандартов в индустрии.

Одновременно прибор остается удобным и практичным. При необходимости результаты измерений можно распечатать на встроенном термопринтере или перенести накопленный массив данных с помощью флешки из внутренней энергонезависимой памяти на компьютер для последующей статистической обработки и визуализации.

При соблюдении правил эксплуатации использование TOR-80 безопасно для персонала лаборатории. Верхняя крышка не только защищает образцы и рабочую зону от загрязнений, но и оснащена устройством контроля положения. При положении крышки “открыто” блокируется подъем тестирующего напряжения и поражение электрическим током исключается.

Перед отправкой в лаборатории электроэнергетических компаний все приборы проверяются на соответствие техническим требованиям и характеристикам путем испытания реальных образцов масла, для которых проводится не менее 900 измерений, что эквивалентно 150 циклам испытаний, а также проверкой с помощью высокоточных киловольтметров.

Тестирование масел с помощью нового прибора TOR компании GlobeCore позволяет вовремя выявить критическое снижение пробивного напряжения и быстро принять решение о замене или очистке масла.

Измерение электрической прочности

На практике измерение электрической прочности

обычно заменяет измерение пробивного напряжения. Оно предусматривает использование высоковольтного трансформатора, измерительной ячейки, изготовленной из изоляционного материала, двух электродов и испытуемого трансформаторного масла. Масло наливается в ячейку, после чего выполняется плавное поднятие напряжения на вторичной обмотке трансформатора до момента, пока не произойдет пробой масляного канала между электродами. С перерывами выполняется несколько измерений, которые затем обрабатываются методами статистики с получение окончательного значения пробивного напряжения.

В разных странах могут действовать разные стандарты измерения пробивного напряжения. Но алгоритм остается таким, как изложено выше. Могут быть отличия только в форме электродов, расстоянии между электродами, перерывах между соседними измерениями и др.

Непрерывный BDV-тест в потке

Кроме лабораторных анализов практический интерес для владельцев трансформаторов и сервисных организаций представляет возможность определения пробивного напряжения масла онлайн, то есть без отбора проб. Компанией GlobeCore производится BDV-тестер онлайн, точнее, целая диагностическая система TOR-5, которая позволяет определять важные параметры трансформаторного масла. TOR-5 устанавливается возле трансформатора и подключается к нему. После подключения масло непрерывно циркулирует по замкнутому контуру через датчики. Датчики измеряют важные параметры масла. Кроме того, что эти параметры сами по себе являются диагностической информацией, по ним также рассчитываются дополнительные показатели, которые дают более полную картину о состоянии трансформаторного масла в режиме «онлайн». Один из расчетных показателей – это пробивное напряжение масла.

Все измеренные и рассчитанные параметры накапливаются с частотой один раз в минуту и доступные для просмотра и анализа в специальном веб-приложении, которое можно открыть в любой точке земного шара при наличии доступа к сети Интернет.

Сокращенный химический анализ

Данная методика испытаний включает в себя:

• Проверка качества по внешнему виду взятой пробы. В ходе этого экспресс анализа можно определить наличие воды и шлама.
• Определение пробивных напряжений. Данный тест мы рассмотрим отдельно.
• Определение кислотного числа. Данный тест производится в спецлаборатории, техническую сторону анализа мы приводить не будем, поскольку она интересна только специалистам. Что отображает данный показатель, было рассказано выше.
• Определение температуры вспышки. В современных спецлабораториях для этой цели используют автоматические приборы, позволяющие зафиксировать температуру воспламенения масла в большом диапазоне. В частности, представленный на рисунке ниже прибор способен измерить температуру воспламенения в пределах от 40,0°С до 370°С.

  
  Автоматический прибор ТВЗ-ЛАБ-11 фиксации температуры вспышки

• Анализ, получивший название «реакция водной вытяжки». По данной методике можно определить наличие щелочи и кислоты во взятой пробе. Масло считается отвечающим норме, если реакция показала нейтральный результат.