Faktor účinnosti transformátoru nikdy nedosáhne 100 %; v zásadě stejně jako u jakéhokoli jiného zařízení. To je způsobeno tím, že se vyskytují výkonové ztráty transformátorů během provozu. Tyto ztráty probíhají v měděných vodičích vinutí a v magnetickém jádru (magnetickém obvodu) vyrobeném z oceli. V tomto článku budeme hovořit o jiném typu ztráty — dielektrické ztrátě transformátorového oleje.

Příčiny přehřívání a přehřívání transformátorů

Pokud je ztráta oceli způsobena vířivými proudy a cyklickým obrácením magnetizace (hysteréze), pak ztráta mědi vzniká při průchodu proudu měděným vodičem. Vodič má určitý odpor, díky kterému dochází k poklesu napětí a tím ke ztrátě výkonu. Elektrická energie se přeměňuje na teplo — měděný vodič se zahřívá. Aby se zabránilo přehřátí transformátoru a zajistila se jeho normální funkce, musí být teplo odváděno. K tomuto účelu se používá transformátorový olej, který plní funkci izolace částí transformátoru vedoucích proud.

Dokud je olej v dobrém stavu a odvádí teplo, transformátor se nepřehřívá. Postupem času se však stav oleje zhoršuje, když je vystaven vysokým teplotám, vysokému napětí, vlhkosti, znečištění mechanickými nečistotami a oxidačním procesům. Olej stárne a hůře plní své funkce. Proto je důležité vědět, jak je olej starý a jak dobře plní své úkoly.

Hodnocení stárnutí transformátorového oleje

Posouzení výměny transformátorového olejese provádí na základě výsledků odběrů vzorků a jejich laboratorních rozborů nebo pomocí speciálních přístrojů pro expresní diagnostické vyhodnocení. V tomto případě lze provést jak chemické hodnocení oleje, tak hodnocení jeho fyzikálních vlastností: numerické hodnocení barvy, testování rozpadu oleje, měření čísla kyselosti, stanovení tangens dielektrických ztrát, mezifázového napětí, obsahu vody a plynu, obsahu uhlovodíků atd.

Stupeň oxidace a stárnutí transformátorového oleje je v různé míře charakterizován tangensem dielektrických ztrát, číslem kyselosti, mezipovrchovým napětím, zákalem a barvou. Během dlouhodobého provozu značné zvýšení tečny dielektrických ztrát spíše svědčí pro stárnutí, číslo kyselosti – oxidaci a zákal – koloidní stárnutí transformátorového oleje.

Co znamená dielektrická ztráta a dielektrická permitivita transformátorového oleje?

Pokud je dielektrikum umístěno do elektrického pole, část energie pole se použije k ohřevu dielektrika. Dielektrická ztráta znamená energii, která je rozptýlena elektrickým polem jako teplo v dielektriku. Schopnost dielektrik odvádět energii elektrického pole se odhaduje pomocí tangens dielektrických ztrát.

Změny vlastností oleje i při malém množství nečistot lze odhalit naměřenými hodnotami tečny dielektrických ztrát.

Dále se pro účely vlastností dielektrik obecně a transformátorového oleje zvláště používá parametr, jako je dielektrická permitivita. Může být vyjádřena jako absolutní nebo relativní hodnota. Relativní permitivita charakterizuje vlastnosti dielektrika a ukazuje, jaký násobek síly interakce mezi dvěma elektrickými náboji v dielektrickém prostředí je nižší než ve vakuu.

V jakém rozsahu by měla být tangens dielektrické ztráty transformátorového oleje?

Jaké hodnoty tečny dielektrické ztráty by měly být považovány za hodnoty, při kterých lze olej nadále používat v transformátoru? Tyto hodnoty se mohou v jednotlivých zemích lišit; zde tedy uvádíme přibližné hodnoty:

• transformátory, 110–150 kV — ne více než 10 % (při 70 °С) a ne více než 15 % (při 90 °С);
• transformátory, 220–500 kV — ne více než 7 % (při 70 °С) a ne více než 10 % (při 90 °С);
• transformátory, 750 kV — ne více než 3 % (při 70 °С) a ne více než 5 % (při 90 °С).

Vliv různých nečistot na dielektrické ztráty transformátorového oleje

Dielektrické ztráty se zvyšují v důsledku přítomnosti následujících látek v oleji:

• látky z asfaltové pryskyřice;
• mýdla;
• voda.

Kyseliny nezvyšují dielektrické ztráty oleje při pokojové teplotě. S rostoucí teplotou se však dielektrické ztráty zvyšují a čím vyšší je číslo kyselosti oleje, tím větší je rozsah nárůstu.

Stanovení tangens dielektrických ztrát podle IEC 60247

Jako příklad proberme stanovení tangens dielektrických ztrát transformátorového oleje podle metody popsané v IEC 60247. Zahrnuje následující kroky:

1. Vzhledem k tomu, že tangens dielektrické ztráty je citlivý na teplotu, musí být všechna měření provedena až po dosažení teplotní rovnováhy.
2. Za účelem provedení bodu 1 se olej měřicí cely zahřeje na požadovanou teplotu. Pokud se ohřev provádí v neautomatickém režimu, doporučuje se začít s měřením až 10 minut po dosažení nastavené teploty ± 1 °С.
3. Napětí je přiváděno pouze během měření. Přiložené napětí by mělo vytvořit intenzitu elektrického pole v oleji v rozmezí od 0,03 do 1 kV/mm. Napětí by se mělo měnit sinusově s frekvencí 40–62 Hz.
4. Po dokončení počátečních měření je olej z měřicí cely vypuštěn.
5. Provádění opakovaných měření se stejným nastavením a bezpečnostními opatřeními jako u první šarže oleje. Získané tečné hodnoty se od sebe nesmí lišit o více než 0,0001 plus 25 % vyšší hodnoty ze dvou stanovení.
6. Pokud je splněna podmínka kroku 5, měření se zastaví. Není-li podmínka splněna, provádějí se měření, dokud nejsou získány dvě po sobě jdoucí hodnoty vyhovující požadavku. Berou se jako výsledky měření.

Kromě měření tangens dielektrických ztrát, IEC 60247 také reguluje měření parametrů jako např odpor a dielektrická permitivita oleje. Tyto indikátory, společně i samostatně, poskytují informace o kvalitě a stupni znečištění transformátorového oleje. Dielektrická permitivita je ovlivněna velkým počtem kontaminantů, zatímco tangens dielektrické ztráty a měrný odpor jsou silně ovlivněny i malým počtem kontaminantů.

Automatické měření tečny dielektrických ztrát. TOR-3 tan delta tester

GlobeCore vyrábí TOR-80 analyzátory rozpadu transformátorového oleje, TOR-2 analyzátory vlhkosti a plynů a TOR-3 Tester dielektrických ztrát a dielektrické pevnosti pro izolační olej.

TOR-3 tan delta tester — hlavní vlastnosti a výhody:

• činnost přístroje TOR-3 je řízena pomocí počítače zadáváním příkazů k provedení určitých akcí a poté jsou prováděna měření v automatickém režimu s výstupem výsledku do tohoto počítače;
• pro zkrácení doby měření využívá přístroj TOR-3 měřicí celu, do které se nalévá testovací olej, a systém ohřevu cely „zevnitř“. Díky tomu se zahřívání a stabilizace teploty provádí zrychleně. Přístroj rychle dosáhne specifikovaných charakteristik a začne měřit tangens dielektrických ztrát a dielektrickou permitivitu během několika minut;
• tolerance měření tangens dielektrických ztrát nepřesahuje ±1 %+0,00008 a tolerance dielektrické permitivity — ±2 %. Díky novým je dosaženo vysoké přesnosti měření a stability GlobeCore technologie používané při vývoji struktury referenčního kondenzátoru, stejně jako předem určená kalibrace prázdného měřicího článku pomocí speciálního softwarového programu;
• pro provozní pohodlí přístroje TOR-3 není článek při testování dalších vzorků odstraněn. Stačí dát příkaz z počítače k ​​otevření vypouštěcího ventilu oleje do speciálního zásobníku a poté k umístění nového vzorku do cely;
• když je přístroj zapnutý, lze jej snadno přemisťovat na stůl nebo přenášet uvnitř laboratoře, čehož je dosaženo díky kompaktnímu uspořádání všech elektronických modulů, nízké hmotnosti a integraci rukojetí do krytu;
• mikroprocesor, digitálně-analogový převodník a vysokonapěťový zesilovač obsažené v přístroji umožňují generovat testovací signál potřebného tvaru a pracovat v širokém rozsahu amplitud. Proto je TOR-3 všestranný a lze jej použít k měření tečny dielektrických ztrát podle norem s různými požadavky na zkušební napětí;
• provozní bezpečnosti přístroje je dosaženo vyrobením pouzdra a vrchní vrstvy krytu měřicí cely z odolného izolačního materiálu.

Veškeré specifikace nástroje TOR-3 naleznete zde. Máte-li další otázky, můžete se jich zeptat pomocí některých kontaktních údajů obsažených v příslušné sekci webových stránek.