Dielektrická pevnost transformátorového oleje je jedním z hlavních parametrů, jehož hodnotu lze použít k posouzení kvality a aktuálního stavu izolace kapalného transformátoru. Fyzikálně je dielektrická síla minimální intenzita elektrického pole, při které dochází k elektrickému rozpadu kapalného dielektrika. Typicky je jednotkou používanou k měření dielektrické pevnosti volt na centimetr (V/cm). Dielektrická pevnost kapalných dielektrik obecně a transformátorového oleje zvláště byla studována a zkoumána již více než sto let.

Na čem závisí dielektrická pevnost transformátorového oleje?

Dielektrická pevnost všech čerstvých transformátorových olejů, které byly zbaveny vody a jiných nečistot, je vysoká – více než 210 kV/cm. Je známo, že dielektrická pevnost čerstvého, zcela vyčištěného oleje je několikanásobně vyšší než u starého znečištěného oleje.

Pokles v dielektrická pevnost transformátorového oleje je způsobeno:

• přítomnost vlhkosti v oleji;
• přítomnost zachyceného plynu;
• přítomnost mechanických nečistot.

Kapky vody jsou nejnebezpečnější nečistotou, protože jsou rozptýleny po celém objemu kapalného dielektrika. Při přivedení napětí dochází k polarizaci molekul vody, které jsou orientovány vektorovým směrem elektrického pole a tvoří řetězce se zvýšenou vodivostí. Podél těchto řetězců dochází k elektrickému průrazu. Pokud objem transformátorového oleje obsahuje pouze 0,01% vlhkosti, dielektrická pevnost se okamžitě sníží 3x.

Přítomnost plynových bublin v kapalném dielektriku je nebezpečná kvůli rychlému rozvoji ionizačních procesů. Je to proto, že dielektrická pevnost plynů je nižší než dielektrika kapalného dielektrika. Když je zachycený plyn ionizován, je pozorováno jeho zvětšení a lokalizované přehřátí oleje. Uvnitř oleje se tvoří plynové kanály a podél nich dochází k elektrickému zhroucení.

Snížení dielektrické pevnosti olejů ovlivňují také saze, kovové částice a úlomky pevné izolace transformátoru. Celulózová izolační vlákna absorbují vlhkost obsaženou v oleji, přemosťují olejové izolační mezery a vytvářejí kanály, kterými dochází k průrazu.

Aby se zvýšil dielektrická pevnost transformátorového oleje, používají se speciální filtrační, sušící a odplyňovací jednotky.

Procesy pro zvýšení dielektrické pevnosti transformátorového oleje

V energetice se pro zvýšení používají speciální zařízení dielektrická pevnost transformátorového oleje. Filtrační jednotky umožňují odstranění mechanických nečistot z oleje. Tento druh zařízení obvykle obsahuje několik filtrů s různou jemností filtrace. Nejprve olej prochází hrubým filtrem a poté — přes jemný filtr. Počet stupňů filtrace může být více než dva.

Zahřívání oleje a vystavení vakuu se používá k odstranění vody a plynů. Po zahřátí se vlhkost a plyny odpaří z povrchu oleje a jsou odstraněny díky provozu dvoustupňového vakuového systému.

Pokud potřebujete olej pouze vysušit, používají se jednotky se zeolitovými patronami. Zeolitový sorbent hladce absorbuje vodu z oleje a následně ji spolehlivě zadrží ve svých granulích.

Zvyšuje se používání tohoto druhu zařízení jednotlivě nebo jako celku dielektrická pevnost transformátorového oleje.

Rozdíl mezi dielektrickou pevností a průrazným napětím transformátorového oleje

Kromě dielektrické pevnosti existuje ještě jeden v podstatě blízký parametr transformátorového oleje — průrazné napětí. Proč jsme si to zapamatovali? Tyto dva parametry jsou často ztotožňovány. Ve skutečnosti jsou si blízcí, ale ne stejní. Jestliže dielektrická síla je minimální intenzita elektrického pole, při které dochází k průrazu oleje, pak průrazné napětí je maximální napětí, které olej vydrží před začátkem průrazu.

Dielektrická pevnost a průrazné napětí izolačního oleje jsou vzájemně propojeny jediným vzorcem. Aby bylo možné vypočítat dielektrickou pevnost, musí se průrazné napětí vydělit tloušťkou dielektrika.

Zkouška dielektrické pevnosti

V praxi, zkouška dielektrické pevnosti obvykle nahrazuje měření průrazného napětí. Zahrnuje použití vysokonapěťového transformátoru, měřicího článku vyrobeného z izolačního materiálu, dvou elektrod a testovaného transformátorového oleje. Olej se nalévá do článku, poté se postupně zvyšuje napětí na sekundárním vinutí transformátoru, dokud nedojde k poruše olejového kanálku mezi elektrodami. V intervalech je prováděno několik měření a následně zpracováno statistickými metodami pro získání konečné hodnoty průrazného napětí.

V různých zemích mohou platit různé normy pro měření průrazného napětí. Ale algoritmus zůstává stejný, jak je popsáno výše. Rozdíly mohou být pouze ve tvaru elektrod, vzdálenosti mezi elektrodami, intervalech mezi sousedními měřeními atd.

Tester dielektrické pevnosti oleje

Jak jsme uvedli výše, zkouška dielektrické pevnosti izolačního oleje není zahrnuta v seznamu základních testů. Zpravidla se provádí měření průrazného napětí. GlobeCore vyvinul Laboratorní přístroj TOR-80 pro praktické řešení tohoto problému. Jedná se o nové zařízení, které není horší než ekvivalenty v žádné ze svých specifikací a překonává je v rychlosti vypnutí zkušebního napětí po začátku poruchy. Napětí se vypne za 4 mikrosekundy; testované dielektrikum tedy nemá čas vyhořet pod ním a změnit své chemické složení, což poskytuje stejné podmínky pro testování.

Výhody Přístroj TOR-80:

• Automatický provoz. Pracovníkovi laboratoře stačí pouze připojit přístroj k elektrické síti, vložit měřící článek, naplnit jej olejem a zahájit měření. Na displeji přístroje se za pět minut objeví číselná hodnota průrazného napětí oleje v kilovoltech.
• Všestrannost. Pomocí TOR-80 je možné měřit průrazné napětí podle kterékoli ze stávajících norem; tedy nástroj lze použít v každé zemi světa.
• Mobilita. Nástroj je lehký, kompaktní velikosti a je dodáván s vestavěnými rukojeťmi; lze jej tedy snadno přenášet z jedné místnosti do druhé nebo v případě potřeby přesunout do laboratoře.
• Pohodlné použití. Výsledky měření lze vytisknout pomocí integrované termotiskárny a naměřená data nashromážděná v energeticky nezávislé paměti zařízení se přenesou do počítače pro další analýzu a statistické zpracování.
• Bezpečnost. Když je horní kryt v „otevřené“ poloze, je testovací napětí blokováno; tím je eliminován elektrický šok pro laboratorní personál.

Aplikace Přístroje TOR-80 vyrobeno GlobeCore umožňuje odhalit kritické poklesy průrazného napětí transformátorového oleje a učinit správné rozhodnutí o výměně oleje nebo čištění. Včasné testování a analýza transformátorového oleje šetří peníze a předchází potenciálním poruchám transformátorů spojených s poškozením izolačního systému.