Jaké poruchy transformátoru lze zjistit měřením odporu stejnosměrných vinutí?

15. března 2023 Výkonové transformátory jsou kritickými součástmi elektrického distribučního systému. Společnost Energotrest testuje výkonové transformátory, napěťové transformátory a také měřící transformátory proudu napěťové třídy od 6 do 10 (0.4) kV.
V tomto článku si povíme o metodice, metodách a protokolech pro diagnostiku instalací transformátorů, uvedeme konkrétní typy prováděných testovacích činností a také si ujasníme podmínky jejich provádění.

Typy výkonových transformátorů

• Počet fází: jedno- a třífázové.
• Počet závitů: dvou- a třívinutí.
• Směr transformace: rostoucí a klesající.
• Místo instalace: venkovní a vnitřní.
• Typ chladicího média (médium, kde je ponořen magnetický systém, tedy jádro): olejové a suché.

Olejový transformátor

Chlazení v olejových transformátorech se provádí pomocí transformátorového minerálního oleje, což je speciální kapalina s komplexním uhlovodíkovým složením, nízkou viskozitou, nízkým bodem tuhnutí a stabilitou v oxidačních podmínkách. Oxidaci zabraňují speciální přísady, které inhibují oxidační proces. Vyčerpání přísady urychluje oxidaci na normální rychlost.

Suchý transformátor

V suchých transformátorových instalacích elektřiny dochází k odvodu tepla z aktivních částí a vinutí instalace přirozenou cirkulací vzduchu a pomocí nuceného větrání. Díky této konstrukční vlastnosti je suchý transformátor 6-10/0.4 jednodušší a bezpečnější.

Proč dělat testy?

Výkonové elektrické transformátory jsou středem složitého a rozsáhlého energetického systému, který poskytuje elektrickou energii široké škále spotřebitelů: od průmyslového zařízení po soukromou obytnou budovu. Cílem zkušebních prohlídek instalací silových transformátorů je minimalizovat havarijní stavy, včas vyhledávat skryté problémy a zjišťovat životnost elektrických zařízení.

Jaké testy se provádějí

Zkušební práce na diagnostice zařízení výkonového transformátoru 6-10/0.4 kV se provádějí v těchto případech:

• v továrně při výrobě zařízení;
• během instalačních prací při prvním uvedení instalace do provozu;
• po pravidelných opravách;
• při neplánovaných opravách;
• při údržbě výkonových elektrických transformátorů v provozním režimu

Povinný seznam měření, kontrol a zkoušek olejových a suchých transformátorů do 10 kV zahrnuje následující akce:

• Monitorování integrity a testování izolace vinutí.
• Testování odporu primárního a sekundárního vinutí přístrojového transformátoru na stejnosměrný proud.
• Měření absorpčního koeficientu.
• Diagnostika transformátorového oleje.
• Stanovení transformačního poměru a skupin zapojení vinutí.
• Měření ztrát proudu a naprázdno.
• Stanovení tangens dielektrických ztrát (tg δ).
• Testování výkonových transformátorů se zvýšeným napětím.
• Náběhová zkouška při jmenovitém napětí.
• Jiné kontroly.

Testovací podmínky

Práce na diagnostice a stanovení parametrů výkonových transformátorů 6-10/0.4 kV může provádět tým kvalifikovaných odborníků složený minimálně ze 2 lidí z pracovníků ETL (Elektrotechnická laboratoř). Specialisté, kteří testují vysokonapěťové transformátory, musí mít skupinu elektrické bezpečnosti nejméně IV, v ostatních případech – ne nižší než skupina III. Práce se provádějí s povinným používáním ochranných prostředků, včetně:

• přenosné uzemnění;
• výstražné plakáty;
• dielektrické boty nebo rohože;
• dielektrické rukavice.

Elektrická měření, testování a diagnostika vyžadují použití specializovaných profesionálních nástrojů a zařízení. Seznam potřebných zařízení obsahuje:

• elektronické megaohmmetry F4102/2-M;
• voltmetry E545;
• ampérmetry E526;
• DC můstky P333;
• testovací zařízení AID-70
• další nástroje v závislosti na druhu prováděné práce.

Metodika testování elektrických transformátorů zahrnuje následující povinné podmínky:

• Soulad s regulačními požadavky.
• Protokol pro testování a měření systémů transformátorů napětí a proudu 6-10/0.4 kV zajišťuje jejich provádění pouze během denního světla za suchého počasí: vlhkost – ne více než 90%.
• Teplota izolace není nižší než +10 °C.
• Před zahájením diagnostiky musí být zařízení transformátoru předem zapojeno, všechny prostory navrhovaného měření musí být očištěny od prachu a nečistot a musí být zajištěn volný přístup pro obsluhu.
• Všechny přístroje a nástroje používané během testování musí být plně funkční a musí obsahovat aktuální data ověření.
• Zkoušky primárního a sekundárního vinutí silových, přístrojových a distribučních transformátorů se provádějí laboratorním přístrojem – ohmmetrem příslušných jmenovitých hodnot.
• Testování transformátoru 6-10/0.4 kV se provádí nejdříve 12 hodin po nalití oleje, jehož vhodnost jako kapalného dielektrika je potvrzena protokolem.
• Výhodná průrazná pevnost oleje je 80-100 kV/cm
• Vnější izolace musí být čistá a bez viditelných poškození.
• Pro čistotu měření je nutné odmagnetizovat magnetický obvod od případných hodnot zbytkové magnetizace.
• Pokud elektrický transformátor právě dorazil od výrobce a ještě nebyl použit, nejprve se změří jeho ztráty naprázdno.

Měření izolačního odporu

Tato charakteristika elektrárny je testována 2500V megaohmmetrem s horní mezí měření minimálně 10 000 MOhm.

Při diagnostice jsou připojeny všechny svorky vinutí stejného napětí a zbývající vinutí a nádrž transformátoru jsou uzemněny. Před zahájením měření jsou všechna vinutí uzemněna po dobu nejméně 5 minut a mezi jednotlivými měřeními – po dobu nejméně 2 minut.

Měření odporu stejnosměrného vinutí

Provádí se na všech větvích vinutí při teplotě vinutí v rozmezí 20 ± 5 °C. Předtím se provedou alespoň tři kompletní spínací cykly. Všechny větve vinutí transformátorového zařízení jsou testovány. V instalacích s nulovým výkonem se měří fázový odpor; při absenci nulového výstupu se měří lineární odpory. Hodnoty odporu vinutí získané během testování by se neměly lišit od návrhových hodnot o více než 2%.

Testování vysokonapěťového transformátoru

Metoda zkoušení vysokonapěťového transformátoru zvýšeným napětím umožňuje ověřit přítomnost potřebné rezervy izolační pevnosti a nepřítomnost vad, které nelze zjistit jinými metodami. Velikost přiváděného napětí se postupně zvyšuje, čímž se dostává na požadovanou hodnotu, poté toto napětí udržuje po dobu 1 minuty. Hodnota zkušebního napětí pro každý typ zkoušeného zařízení je odlišná a je stanovena příslušnými normami. Po ukončení zkoušek výkonového transformátoru zvýšeným napětím je sepsán protokol o provedené práci.

Měření koeficientu absorpce

Kontrola koeficientu absorpce instalace transformátoru se provádí pomocí meggeru. Data jsou určena 15 sekund (R15) a 60 sekund (R60) po zahájení měření.

Absorpční koeficient je poměr druhého výsledku k prvnímu (R60/R15). Jeho minimální přijatelná hodnota je 1,2. Horní limit – bez omezení.

Měření tangens dielektrických ztrát

Tangent dielektrické ztráty (tan δ) v kapacitě izolace a vinutí je vytvářen pomocí střídavých můstků v přímém nebo invertovaném obvodu. Zkušební napětí by nemělo překročit 60 % jmenovitého napětí zkoušeného vinutí.

Měření transformačního poměru

Transformační poměr je poměr transformovaných elektrických veličin na svorkách primárního a výstupního vinutí. Testování transformačního poměru výkonových zařízení se provádí metodou dvou voltmetrů se současným odečítáním mezi vinutím NN a VN. Vzorec pro určení tohoto transformačního poměru je následující:

k – transformační koeficient;

U₁ a U₂ – napětí na primárním vinutí a na sekundárním vinutí;

n₁ a n₂ – počet závitů na primárním a sekundárním vinutí.

Měření elektrických veličin na vinutích se provádí na všech spínacích stupních a hodnota koeficientu by se neměla lišit o více než 2 % od návrhových hodnot. Při diagnostice třívinutí instalací stačí určit transformační poměr pro dva páry vinutí.

Kontrola spínacích zařízení

Při této zkoušce se měří transformační poměr ve všech polohách přepínače metodou dvou voltmetrů, podobně jako tomu bylo při testování transformačního poměru. Poté nastavíme stejnosměrný odpor ve všech polohách přepínače pomocí můstku P334 nebo metodou „ampérmetr-voltmetr“.

Měření ztrát proudu a naprázdno

Pomocí fázového měřiče se měří proud naprázdno pro dvě hodnoty napětí – jmenovité a malé. Na základě získaných hodnot je pomocí výpočtových vzorců stanovena spotřeba činného výkonu, která bude hodnotou ztrát naprázdno zkoušeného elektrického transformátoru. Tato hodnota je porovnána s návrhovými hodnotami. U jednofázového testu by neměl překročit 10 % hodnot pasu a u třífázového testu – 5 % hodnot pasu.

Proud naprázdno třífázového transformátoru I_х je definován jako aritmetický průměr proudů tří fází a je vyjádřen jako procento jmenovitého proudu I_ne.

Kontrola transformátorového oleje

Při kontrole transformátorového oleje se posuzují následující parametry:

• úroveň oxidace;
• teplota vznícení;
• tolerance hustoty.

Data se sbírají pomocí speciálních laboratorních měřičů, po kterých se výsledky testů porovnávají s hodnotami v pasu

Kontrola skupin spojů vinutí

Provádí se při absenci pasových údajů nebo pokud existují pochybnosti o jejich přesnosti. Kontrola je nezbytná pro zjištění totožnosti skupin připojení vinutí výkonových elektrických transformátorů určených pro paralelní provoz a také pro kontrolu správného označení svorek vinutí v jednofázových zařízeních. Testování se provádí připojením galvanometru. Pokud jsou vinutí VN a NN silových elektrických transformátorů navinuta v jednom směru, pak se při zkratování obvodu ručička galvanometru vychýlí doprava a když se obvod otevře, doleva. Maximální odchylka jehly galvanometru od nulové polohy udává shodné vývody vinutí.

Zkouška zkratu

Podle schémat z norem PUE vzniká zkrat obvodu sekundárního vinutí při jmenovitém proudu primárního vinutí. Tato diagnostika se provádí za účelem kontroly obvodu sekundárního vinutí, určení jmenovitého proudu v tomto obvodu, velikosti ztráty výkonu a sledování poklesu napětí na vnitřním odporu instalace transformátoru. Odchylky získaných výsledků od návrhových hodnot by neměly překročit 5-10%.

Zkoušky mezi opravami

Společnost Energotrest provádí také preventivní zkoušky, včetně revizních zkoušek některých nejspolehlivějších napěťových transformátorů NTSM. Tyto činnosti jsou testy a diagnostika, které nesouvisejí s plánovanými opravami elektro.

Způsob vedení

Obecná metodika testování pro různé typy a typy instalací výkonových transformátorů zahrnuje následující body:

• Účel prováděné práce.
• Seznam regulační dokumentace.
• Předpisy o požární bezpečnosti a technické bezpečnosti.
• Technické vybavení pracovního personálu.
• Podmínky, metody a sled zkušebních a měřicích prací.
• Zpracování, vyhodnocení a logování přijatých dat.

Po provedení diagnostických a měřících úkonů je zákazníkovi předána technická zpráva s protokoly o všech typech provedených kontrol, kterou uznávají oficiální kontrolní organizace.