MASURAREA TANGENTEI UNGHIULUI DE PIERDERI DIELECTRCE ( tg δ ) A IZOLATIEI COMPLEXE A INFASURARILOR

MASURAREA TANGENTEI UNGHIULUI DE PIERDERI DIELECTRCE ( tg δ ) A IZOLATIEI COMPLEXE A INFASURARILOR

Orice material electroizolant este un dielectric in care sub actiunea campului electric, apar pierderi dielectrice .Pierderile apar, indiferent dacǎ campul este continuu sau alternativ.

In dielectricul supus unui camp alternativ , curentul total I , care strabate materialul prin masa si pe suprafata acestuia , are doua componente , una active Ia si alta capacitivǎ Ic ( fig . III .1 ). Unghiul dintre curentul total I si componenta sa capacitivǎ Ic se numeste unghi de pierderi dielectrice.

Expresia pierderilor dielectrice este;

Pa =U²ωCTg δ

Pentru o tensiune U=U1 = cst, rezulta:

Pa =K1 x Tg δ, adica pierderile cresc liniar cu valoarea tangentei unghiului δ ( tg δ ).

Pentru o anumita valoare a tg δ pierderile dielectrice cresc foarte mult cu tensiunea, rezultand necesitatea ca tg unghiului de pierderi dielectrice sa fie foarte mic.

1. SCOPUL PROBEI

Fiind o marime proportionala cu pierderile de putere active in dielectric , tg unghiului de pierderi dielectrice este un criteriu de evaluare a starii izolatiei transformatorului.

Impreuna cu celelalte probe nedistructive ( analiza calitatii uleiului elecroizolant si masurarea rezistentei de izolatie ) determinarea tg unghiului de pierderi dielectrice a izolatiei complexe ( hartie electroizolanta impregnatǎ cu ulei ) a infasurarilor are drept scop depistarea gradului de umezire si imbatrinire a izolatiei interne a transformatorului de putere.

METODE DE MASURARE

Pentru masurarea tg.δ se utilizeazǎ punti speciale de current alternativ, tip Schering.

Puntea are patru brate, unul fiind construit din obiectul de incercat Cz, al doilea brat cuprinde condensatorul etalon Cn practic fǎrǎ pierderi dielectrice , al treilea brat cuprinde rezistenta variabilǎ Rx formatǎ din mai multe decade cu posibilitatea de reglaj continuu .

Al patrulea brat consta in rezistenta de precizie Rn, conectata in paralel cu capacitatea Cv care indica chiar valoarea tg δ.

In diagonala puntii este conectat un indicator de nul IN.

Alimentarea puntii se face de la un transformator ridicǎtor.

Toate partile puntii aflate la tensiune joasa sunt protejate impotriva influentei campurilor electrice si magnetice exterioare printr-un ecran metalic legat la pǎmant.

Ca mod de conectare a puntii la pamant se folosesc trei scheme:

- schema normala , fig. III.2, care se foloseste cand bornele transformatorului nu sunt legate la pamant ;

- schema rasturnata , fig. III.3, se utilizeaza cind transformatorul are elemente legate la pamant ;

-schema cu diagonala legata la pamant , fig. III.4, se foloseste cand transformatorul are elemente legate la pamant .Metoda da rezultate falsificate de prezenta capacitatilor parazite Cp1 si Cp2 cu pamant .

Echilibrul puntii se realizeaza , indiferent de schema utilizata regland la inceput rezistenta Rx si apoi capacitatea Cv.

Schema cea mai utilizata pentru determinarea tg.δ si a capacitatilor complexe a infasurarilor transformatorului este schema rasturnata a puntii , deoarece cuva transformatorului este pusa normal la pamant .

Schemele de masurare a tgδ la transformatoarele de putere sunt evidentiate in tabelul urmator:

Transformatoare cu doua infasurarii

Transformatoare cu trei infasurari

NOTA:

IT - inalta tensiune ;

MT - medie tensiune ;

j.t. - joasa tensiune ;

3. APARATURA DE MASURARE

Ca punti pentru masurarea capacitatilor si a tgδ se utilizeazǎ R595 si R 5026 de fabricatie sovieticǎ, avand bratele formate din capacitate si rezistente .

3.1.Executarea mǎsurǎrii cu puntea R595

Parametrii tehnici principalii ai puntii :

tensiunea de regim - 3 - 10 Kv;

frecventa de lucru - 50 Hz

tensiunea retelei de alimentarea puntii - 127 sau 220 V

limitele de masurare a pierderilor dielectrice (tg δ) - 0,5 -100%

limitele de masurare a capacitatii -3 x 10^-5 -F/3 x 10^-4 -10² F

eroarea puntii de masurare a capacitatii - ±( 2,5 + 5x10^-5 x XXX)

- eroarea puntii de masurare tg δ - ±( 0,3=0,05 tgδ)

In figura III.5 este data vederea ( cu capacul scos) de deasupra a puntii R - 595 , in care :

S= comutator sensibilitate ;

A=comutator de polaritate a indicatorului de nul si semn tgδ

B=comutator limite de masurare -- repere rosii -- inalta tensiune

-- repere negre - joasa tensiune

B=buton blocarea comutatorului B

R₃=rezistenta variabila in decade

tg δ=valoarea tg δ

MASURAREA PROPRIU-ZISA

Se executa schema de mǎsurare , conform fig.III . 6 ; 7 , fara a se alimenta ( auto -transformatorul reglabil ATR , din fig. III.8 in pozitia zero ).

Se aseaza pe punte:

comutatorul "S" in pozitia deconectat ;

comutatorul R3 in pozitia " 50 Ω "

comutatorul tgδ x in pozitia "5%"

comutatorul A in pozitia " + tgδ "

comutatorul B in pozitia scala rosie la valoarea cea mai mare a capacitǎtii , dupǎ care se blocheaza prin apasare pe butonul b .

Se alimenteaza ATR , astfel:

se actioneaza separatorul din celula 400 / 630 A;

se actioneaza butonul-alimentare generala din pupitrul de comanda;

se alimenteaza ATR din priza laterala ;

se actioneaza butonul BI de pe panoul pupitrului pt. tg ( ATR trebuie sa se afle in pozitia zero )

Inainte de executarea schemei de montaj se verifica starea bateriei de alimentare , comutandu-se " S " pe diferite pozitii ( 90,60 ,30 , maxim ) si se urmareste daca acul indicator al A deviaza si apoi revine la zero .Daca da , bateria este corespunzatoare , altfel trebuie schimbata .

Se alimentezǎ schema prin ATR ridicandu-se tensiunea (urmǎritǎ pe voltmetrul V fig. III.8) la valoarea admisa conform tensiunii nominale a infǎsurǎrii, observandu-se sǎ nu se producǎ pocnituri, descǎrcǎri, fasaituri.

Se conecteaza comutatoarele R3 si tgδ pan ace acul indicator al A se apropie de pozitia zero, crescand sensibilitatea catre "maxim".

Se citesc valorile indicate de tg δ x in procente si R3 in ohmi.

Dupa efectuarea masurarii se deconecteaza puntea si se reduce tensiunea de incercare pana la zero, cu ajutorul unei stange de punere la pamantse aplica o legatura provizorie cu pamantul la borna de inalta tensiunea trafo de masura utilizat la alimentarea puntii .Numai dupa aceea se trece la demontarea schemei.

Formula de calcul a Cx este:

Cx =K x Cn x 1/R3 = 159235/R3 ; Cn = 50 pf ; K = 10^-4 ( pe domeniul 30 mA).

La mǎsurarea transformatoarelor, daca apar campuri electrostatice puternice, echilibrarea puntii se poate face numai prin fixarea butonului A in pozitia "- tg δ ".

Astfel , tgδ se determina in acest caz cu relatia :

-tgδ( % ) = (X)R3 tg% x 10^-6 ,valabila entru domeniul 30 - 5000 pF

3.2.Executarea mǎsurǎrii cu puntea R5026

Parametrii tehnici principali ai puntii:

tensiunea de regim : 0,3 - 10 kV

frecventa de lucru : 50 Hz

tensiunea de alimentare a retelei :220 V

limite de masurare a piederilor dielectrice ( tg δ) : 0,6 - 100%

Vederea ( cu capacul scos ) de deasupra a puntii R5026 este data in fig.III 9 in care :

A = comutator de limite - scala rosie - inalta tensiune;

- scala neagra- joasa tensiune;

K = buton blocare comutator A;

B = comutator pentru masurare tgδ pozitivǎ , tgδ negative si schimbare polaritate a conexiunii indicatorului de nul ;

S = comutator sensibilitate ;

= buton control , baterie de alimentare a indicatorului de nul ;

C4 = capacitate variabilǎ , care multiplicata cu factorul N da valoarea tgδ x.

R3 = rezistenta variabila in decade ;

MASURAREA PROPRIUZISA

Se executa schema de mǎsurare , conform fig. III.10,11 fara a se alimenta. Inainte de executatarea schemei de masurare se verifica starea bateriei de alimentare a indicatorului de nul.

Se fixeazǎ , pe punte , dupa cum urmeaza :

comutatorul de sensibilitate "S" in pozitia " deconectat " ;

comutatoarele " R3 inpozitia" 50 ohmi ;

comutatoarele C4 in pozitia 0,001γF;

comutatorul "A" in pozitia presupusei valori a capacitatii obiectului de incercat( val. maxima- sacla rosie) si se blocheaza , cu butonul K;

comutatorul B in pozitia +tgδ

Se alimenteaza schema prin ATR , ridicandu-se continuu tensiunea ( urmarita de voltmetrul V fig. III. 8 ) la valoarea admisa conform tensiunii nominale a infasurarii , observandu-se san u se produca vreun zgomot pocnituri sau descarcari.

Se conecteaza intrerupatorul basculant retea al puntii .

Regland succesiv rezistentele R3 si capacitatile C4, se urmareste ca acul γA sa se apropie de reperul zero , manevrand comutatorul sensibilitate catre "maxim"

Dupa efectuarea masurarii se deconecteaza puntea si se reduce tensiunea de incercare pana la zero ; cu ajutorul unei stange de punere la pamant se aplica o legatura provizorie cu pamantul la borna de inalta tensiunea trafo de masura utilizat la alimentarea puntii . Numai dupa aceea se trece la demontarea schemei .

Se citesc valorile indicate de R3 ; C4 ; N.

Tangenta unghiului de pierderi dielectrice ,tg δ x:

tg δ x= N x C4 , unde :

N = factor de mutiplicare ( poate fi 1 sau 0,1)

Capacitatea obiectului masurat Cx , se calculeaza functie de pozitia comutatorului N si A , astfel ;

Cx= KxCn/R3, unde ;

Keste functie de valoarea lui N si pozitia comutatorului A;

Conditii de executatre a probei

Conditiile in care se executa masurarea tg δ la transformatoarele de putere sunt aceleasi ca cele pentru masurarea rezistentei de izolatie (cap.II. pct. 4.)

Ca mod de lucru , masurarea tgδ a izolatie complexe a transformatoarelor se face numai dupa ce s-a verificat cu megohmetrul rezistenta de izolatie si coeficientul se absorbtie si inainte de proba cu tensiune marita .

Tensiunea de masura este 10 Kv pentru infasurarile cu tensiuni peste 10 Kv inclusive , iar pentru infasurarile cu tensiuni nominale sub 10 Kv tensiunea maxima de masura va fi cea nominala a infasurarii respective .

Inainte de inceperea masurarii ,toate infasurarile se pun la pamant cel putin 5 min. , iar intre incercari toate infasurarile vor fi puse la pamant cel putin 2 min.δ

Masurarile se executa la o temperature a izolatiei apropiata de cea indicate de buletinul de fabrica ( ecartul maxim admis va fi de ± 10 sC ).

Conform PE 116/80 pentru trafo si autotrafo de puteri mari se va masura tgδ pentru doua valori de temperatura, 50 sC si 20 sC. Acestea vor constitui noile valori de referinta.

Pentru trafo de medie putere (10 - 90 MVA) tgδ se va determina pentru doua temperaturi: 50 sC si temperature ambianta.

Intrucat in exploatare exista factori perturbatori, care pot influenta rezultatele masurarilor, cum sunt; cimpurile electromagnetice exterioare si curentii paraziti de fuga (de scapari, de conductie) se vor lua masuri pentru eliminarea acestor posibile erori.

Cand se utilizeazǎ schema normalǎ a puntii, cuva transformatorului trebuie izolatǎ fatǎ de pǎmant . Izolarea cuvei fata de pǎmant se va face cu fisii groase de textolit sau lemn uscat , astfel incat rezistenta de izolatie cuva-pǎmant sǎ fie cel putin 10 MΩ mǎsuratǎ cu megohmetrul de 2500 V.

Interpretarea rezultatelor

Starea izolatiei se apreciaza dupa marimea absorbita a tg δ si numai in corelatie cu ceilalti indicatori de stare ai izolatiei (in special cei ai uleiului electroizolant).

Valorile maxime admise ale tgδ ( % ) la 20 sC pentru transformatoarele de putere reparate , sunt date in tabelul de mai jos (PE 116/84):

Daca masurarile se efectueaza la alte temperaturei, pentru a se putea compara rezultatele, valoarea tg masurate se recalculeaza la temperature din fabrica, cu relatiile;

(tg δ) f = K2 tg( cand tm<tf)

(tgδ) f = tg /k2( cand tm >tf),in care ;

Tgδ este valoarea rg unghiului de pierderi masurata la temperatura tm;

(tg δ )f - valoarea tangentei unghiului de pierderi dielectrice recalculate la temperatura tf;

K2 - coefficient de variatie a tg in functie de diferenta de temperatura t = tm - tf ; sau t = tf - tm . cu valorile date in tabelul de mai jos

Informativ tangenta unghiului de pierderi dielectrice a unui traf este determinata de materialele dielectrice incorporate ; izolatoare de trecere , izolatia infasurarilor fata de miez , intre ele si fata de cuva prin uleiul electroizolant . Inrautatirea parametrilor izolatiei conduc nemijlocit la cresterea tg δ. Este necesar ca masurarea rezistentei de izolatie a tg δ si analiza calitatii uleiului sa se execute asociat iar concluziile asupra starii izolatiei interne sa se stabileasca pe ansamblul probelor nedistructive.

Norme specifice de protectie a muncii

La executarea probei se vor respecta conditiile prevazute cap.I pct. 5 specifice la incercarea cu tensiune marita .

Suplimentar sunt necesare urmatoarele masuri de protectie;

operatorul care executa masurarile , folosind schema inverse ( rasturnata ) a puntii va trebui sa poarte manusi si cizme electroizolante ;

puntea R595 utilizata in schema inverse va trebui izolata fata de pamant prin asezarea pe un postament izolat :

se vor respecta instrunctiunile puntilor de current alternativcu privire la distantele de izolatie intre si fata de pamant ale conductoarelor de legatura aflate sub inalta tensiune;

La realizare schemei de masurare se impugn urmatoarele conditii ;

inainte de montarea condensatorului etalon , se vor sterge de murdarie si praf izolatoarele si piesele izolatoare ;

daca este necesara prelungirea unui cablu ecranat , acesta se va face cu un cordon ecranat cu inima izolata cu polietilena cu diametrul aproximativ 6mm, a carui izolatie intre conductorul central si tresa-ecran o rezistenta de 100 Mohmi verificata cu un inductor de 1000 V.

schema trebuie astfel realizata ,incat conductoarele care merg la trafo de alimentare si la condensatorul etalon si cele trei conductoare ale puntii san u se atinga de obiectele puse la pamant sau sa se apropie de pamant la mai putin de 100 -150 mm.

Indiferent de schema utilizata , intrerupatorul care conecteza tensiunea la trafo de alimentare a puntii trebuie sase gaseasca la indemana celui care incearca , pentru ca in cazul in care este necesar sa poata intrerupe rapid tensiunea.

Masurare se va efectua de catre o echipa formata din 2 persoane din care , una sef de lucrare avand grupa IV-a si cealalta executant,avand grupa a-III-a .

Personalul cu drept de a efectua masurari de tgδ la transformatoare in cadrul SC ELEROM SA ROMAN - Laborator de incercari trafo mari este dat in anexa III.1.