tgδ = co С1 R1, Сх = Со R1, / R2
где со = 100П - угловая частота.
Кроме измерения tgδ и емкости С1 основной изоляции (всего изоляционного остова) производится также оценка состояния изоляции измерительного конденсатора tgδ 2 , С2 (при наличии у ввода прибора для измерения напряжения ПИН) и изоляции последней обкладки (наружных слоев) tgδ 3, C3 относительно соединительной втулки ввода.
Рис.3. Схема моста Шеринга для измерения тангенса угла диэлетрических потерь и емкости изоляции.
Необходимость в оценке состояния наружных слоев изоляции вводов основана на соображении, что в случае увлажнения изоляционного остова наружные слои в первую очередь воспримут влагу и это позволит по значению tgδ 3 и динамике его изменения оценить их состояние. Увеличение tgδ изоляции ввода происходит при увлажнении бумаги, загрязнении масла, появлении частичных разрядов. В частности, его значение увеличено при наличии металлической пыли, попавшей из дефектного сильфона.
Величина tgδ дает усредненную объемную характеристику состояния изоляции, поскольку активная составляющая тока, вызванная диэлектрическими потерями в местном дефекте, при измерении относится к общему емкостному току ввода. Как правило, измерение tgδ позволяет обнаружить общее (т.е. охватывающее большую часть объема) ухудшение изоляции. Местные дефекты, т.е. дефекты, охватившие сравнительно небольшую часть объема изоляции, а также сосредоточенные дефекты плохо обнаруживаются измерением tgδ.
Измерение емкости изоляции, кроме информации об изменении структуры изоляции, вызвавшем изменение процессов поляризации, позволяет обнаружить и местные грубые дефекты (пробой части изоляции). Степень выявляемости дефектов также зависит от соотношения между объемами поврежденной и неповрежденной частей изоляции.
Практикуемые в эксплуатации методы контроля БМИ вводов 110-500 кВ, заключающиеся в измерении тангенса угла диэлектрических потерь и изоляционных характеристик масла, не выявляют многих быстро прогрессирующих дефектов во внутренней изоляции вводов в начальной стадии их развития.
Анализ результатов профилактических испытаний поврежденных маслонаполненных вводов показывает, что лишь в немногих случаях развитие дефектов в какой-то мере влияло на характеристики БМИ вводов. Недостаточной эффективности оценки состояния вводов по измеренной величине тангенса угла диэлектрических потерь во многом способствует низкий уровень напряженности электрического поля, создаваемой во внутренней изоляции ввода при его измерении (создаваемое для измерения tgδ напряжение - только 10 кВ, а класс напряжения вводов - 110 кВ и выше). При наличии частичных разрядов tgδ зависит от напряжения.
На практике был случай, когда ввод 110 кВ с БМИ имел электрический пробой нескольких слоев бумаги изоляционного остова, в то время как абсолютное значение тангенса угла диэлектрических потерь, измеренное у ввода при испытательном напряжении 10 кВ, не превышало нормированного значения.
5. Метод контроля качества уплотнений вводов
Эта проверка производится созданием во вводах избыточного давления 100 кПа в течение 30 минут. При этом не должно наблюдаться течи масла и снижения испытательного давления. Такое испытание позволяет определить слабые места, не выявленные при внешних осмотрах. Особое внимание следует уделять уплотнениям в верхних частях вводов, которые в эксплуатации работают при очень малом избыточном давлении.
Эта проверка позволяет предотвратить течь масла, но не выясняет внутренние повреждения изоляции.
Снижение показания манометра ввода также свидетельствует о нарушении герметичности. Однако если манометр неисправен, то установить потерю герметичности не всегда возможно. Поэтому и предусмотрена проверка манометра в межремонтный период. Ее следует производить не реже 1 раза в год, а также в случаях, если манометр не изменяет своего показания при значительных изменениях температуры окружающей среды или нагрузки. Минимально и максимально допустимые давления масла в герметичном вводе указываются в его паспорте. Для того чтобы манометр был достаточно чувствительным индикатором состояния уплотнений ввода, его шкала не должна значительно превышать значения рабочего давления масла. Оптимальным является случай, когда предел измерения манометра в 1,5 раза превышает максимальное или в 2 раза среднее рабочее давление. Повышение давления масла во вводе свидетельствует о нарушении свойств трансформаторного масла и оно должно быть проверено.
Как и проверка качества уплотнений вводов избыточным давлением, проверка манометра также не выясняет внутренние повреждения изоляции.
6. Метод контроля состояния вводов путем испытания трансформаторного масла
Многие повреждения или отклонения от нормального состояния вводов вообще не проявляются при внешнем осмотре. Особенно это относится к начинающимся внутренним повреждениям. Значительная часть внутренних повреждений может быть определена проверкой состояния масла. Изменение его характеристик происходит при увлажнении, загрязнении, попадании воздуха или другого газа; в результате естественного старения, как самого масла, так и бумаги. Испытание трансформаторного масла является распространенным способом проверки состояния вводов.
Основными параметрами, определяющими свойства масла как диэлектрика, являются электрическая прочность, проводимость и диэлектрические потери. Свойства масла также зависят от его газо- и влагосодержания, наличия загрязнений (твердых частиц), содержания кислот и щелочей. Электрическая прочность, характеризуемая пробивным напряжением, меняется при увлажнении и загрязнении масла и может служить диагностическим признаком. Диэлектрические потери в масле определяются в основном его проводимостью и растут по мере накопления в масле продуктов старения и загрязнения. Старение масла определяется окислительными процессами, воздействием электрического поля и конструкционных материалов (металлы, бумага). Наличие продуктов окисления в масле характеризуется его кислотным числом, которое определяется количеством гидроокиси калия (в миллиграммах), затраченного для нейтрализации кислых соединений.
Испытание для проб масла проводится в лабораторных условиях. При этом определяются основные характеристики трансформаторного масла:
- электрическая прочность (пробивное напряжение) - определяется в специальном сосуде с нормированными размерами электродов при приложении напряжения промышленной частоты (ГОСТ 6581-75);
- тангенс угла диэлектрических потерь - (tgδм) определяется при температурах 20°С и 70°С по мостовой схеме Шеринга при напряженности переменного электрического поля, равной 1кВ/мм (ГОСТ 6581-75);
- цвет масла;
-механические примеси - количественная оценка содержания производится путем фильтрования пробы с последующим взвешиванием осадка (ГОСТ 6370-83);
- температура вспышки масла;
- кислотное число масла (ГОСТ 5985-79);
-влагосодержание масла. Эта характеристика особенно важна при диагностике негерметичных вводов. Для определения влагосодержания применяют два метода. Метод, регламентированный ГОСТ 7822-75, основан на взаимодействии гидрида кальция с растворенной водой. Массовая доля воды определяется по объему выделившегося водорода. Этот метод сложен, результаты не всегда воспроизводимы. Предпочтительней кулонометрический метод (ГОСТ 24614-81), основанный на реакции между водой и реактивом Фишера. Реакция идет при прохождении тока между электродами в специальном аппарате.
Приведенные выше показатели нормируются .
Однако, как показывает практика, эти показатели, если они получены в лабораторных условиях, не всегда характеризуют истинное состояние вводов на электрической подстанции. Кроме того, малый объем масла во вводе затрудняет применение этого подхода для оценки его состояния.
7. Метод дефектоскопии, основанный на хроматографическом анализе растворенных в масле газов (ХАРГ)
Этот метод позволяет выявить дефекты в силовых трансформаторах, а также во вводах на ранней стадии развития.
Лабораторные исследования, проведенные в ряде стран, а также анализ спектра газов в трансформаторах и вводах позволили установить характеристические газы, специфичные для того или иного вида повреждения: водород (Н2), углеводородные газы: метан (СН4); этилен (С2Н4); этан (С2Н6), двуокись углерода (СО2) и окись углерода (СО), ацетилен (С2Н2). Таким образом, по характеристическим газам можно предположить вид развивающегося дефекта. Газоадсорбционная хроматография основана на разделении компонентов газовой смеси при помощи различных адсорбентов - пористых веществ с сильно развитой поверхностью.
Выделенные из масла газы обычно анализируются газовым хроматографом с детектором по теплопроводности.
Структурная схема хроматографической установки приведена на рис.3.4.
Рис.4. Структурная схема хроматографической установки.
1 - баллон с газом-носителем; 2 - устройство для введения пробы (дозатор); 3 - разделительная колонка; 4 - детектор; 5 - регистратор; 6 - устройство для извлечения газа из масла.
Процесс газовой хроматографии состоит из двух этапов: разделение анализируемой смеси на компоненты (качественный анализ) и определение их концентраций (количественный анализ).
Анализируемая смесь газов (проба) вводится в поток газа-носителя, который с постоянной скоростью пропускается через разделительную колонку, содержащую адсорбент. Различия в физико-химических свойствах отдельных газов смеси вызывают различия в скорости их продвижения через адсорбент (пористое вещество с сильно развитой поверхностью). Поэтому на выходе разделительной колонки будут последовательно появляться составляющие анализируемой пробы (в смеси с газом-носителем). Эти составляющие имеют различную теплопроводность, что позволяет, детектором формировать соответствующие сигналы, регистрируемые специальным устройством (обычно самопишущим потенциометром).
Последовательность (время) выхода из разделительной колонки конкретных газов известна (для данных условий анализа). Это дает информацию о составе анализируемой смеси. Для получения количественных данных интегратором определяется площадь пиков хроматограммы, которая на основании данных калибровки приводится к значениям концентрации соответствующих газов. Возможности разделения компонентов газовой смеси определяются характеристиками разделительной колонки: ее наполнителем (адсорбентом), длиной и температурным режимом.
Газ-носитель должен быть инертным по отношению к анализируемым веществам и примененным адсорбентам. Он также должен обеспечивать нормальную работу детектора.
Назначение детектора состоит в преобразовании поступающих на его вход отдельных компонентов газовой смеси в электрические сигналы, которые регистрируются на ленте электронного потенциометра в виде последовательно расположенных импульсов напряжения, получивших название хроматограммы.
