Masurarea rezistentei de izolatie a infasurarilor trasformatoarelor electrice de forta

1. Consideratii generale

Dupa fabricare si inainte de a intra in exploatare, un transformator electric va fi supus la unele incercari prin care trebuie sa i se verifice calitatile tehnice.

Încercarile transformatoarelor sunt incercari de tip si incercari de control.

Încercarile de tip se executa la asimilarea in fabricatie a transformatoarelor, dupa modificarea de materiale de constructie sau modificari aduse procesului tehnologic in constructia transformatoarelor, ce pot influenta caracteristicile transformatoarelor. Aceste incercari se vor executa pe cate un transformator reprezentativ pe fiecare tipodimensiune si au drept scop verificarea experimentala a conformitatii tipodimensiunii cu prevederile normelor in vigoare. Concluziile pe transformatorul reprezentativ se vor extinde asupra tuturor transformatoarelor din cadrul tipodimensiunii respective. Încercarile de tip se vor repeta daca in urma incercarilor individuale se constata abateri repetate dar nu mai rar decat la trei ani pentru transformatoare avand puteri de cel mult 10MVA si cinci ani pentru cele cu puteri peste 10MVA.

Stabilirea ordinii in care se fac incercarile de tip ramane la alegerea fabricii constructoare cu observatia ca incercarea de mers in gol se va face dupa verificarea rigiditatii dielectrice a izolatiei, iar incercarea de scurtcircuit, inaintea incercarii la incalzire.

În categoria incercarilor de control intra incercarile individuale si incercarile speciale.

Încercarile individuale se executa pentru fiecare transformator in parte, stabilindu-se modul in care calitatea si performantele acestuia concorda cu rezultatele incercarilor de tip. Acest tip de incercari se vor face la punerea in functiune, dupa efectuarea reviziilor tehnice, reparatiilor curente si a reparatiilor capitale.

Încercarile speciale se vor executa numai in cazul unui acord intre producator si beneficiar pe unul sau mai multe transformatoare din acelasi lot.

Încercarile mai importante la care sunt supuse transformatoarele sunt :

Determinarea rezistentelor infasurarilor (in c.c.);

Determinarea raportului de transformare;

Verificarea schemei si grupei de conexiuni;

Încercarea de scurtcircuit, determinarea tensiunii de scurtcircuit (pe priza principala), a impedantei de scurtcircuit, a rezistentei de scurtcircuit si a pierderilor in sarcina;

Încercarea de mers in gol, determinarea pierderilor si a curentului de mers in gol;

Încercarile izolatiei, incercarile dielectrice;

Încercarea la incalzire.

Ordinea in care se fac incercarile si masuratorile este data in lucrarea Normativ de incercari si masuratori la echipamente si instalatii electrice (PE 116/84), pentru produsele la care nu exista instructiuni de fabrica si pentru acele probe care nu se executa in fabrica. În cazul in care produsul este insotit cu instructiuni ale fabricii acestora li se va da intaietate fata de respectivul normativ amintit mai sus.

2. Încercari si masuratori privind starea izolatiei

În cazul in care nu se poate curata suprafata izolatoarelor de trecere sau masuratorile se executa pe timp umed (ceata, umiditate mai mare de 75 %), se recomanda ca acestea sa se repete atunci cand conditiile atmosferice vor fi prielnice (cand umiditatea relativa este mai scazuta de 75 %).

Încercarile si masuratorile se executa dupa umplerea cu ulei a transformatorului si aerisirea corespunzatoare a acestuia la un interval minim de 12 ore dupa terminarea acestor operatii.

Ordinea efectuarii incercarilor si masuratorilor privind starea izolatiei si care vor preceda totdeauna incercarile cu tensiune marita, sunt :

Rigiditatea dielectrica a uleiului, eventual analiza redusa a uleiului, daca se apreciaza a fi necesar;

R₆₀, R₆₀/R₁₅ , tgd a izolatiei infasurarilor in ulei.

Determinarea tgd a izolatiei infasurarilor in ulei a transformatoarelor cu tensiuni pana la 35kV inclusiv este facultativa la cele din retelele de distributie si obligatorie pentru transformatoarele din centralele electrice, bloc si de servicii interne (exclusiv cele cu infasurari de MT/0,4 kV necuplate la generator) si transformatoarele de servicii proprii din statiile electrice.

De asemenea, determinarea acestei marimi este obligatorie pentru toate transformatoarele cu tensiuni peste 110 kV inclusiv si puteri peste 10 MVA inclusiv, indiferent de tensiune.

În buletinul de incercari se vor indica temperaturile izolatiei la care s-au executat masuratorile. Masuratorile nu se vor executa la o temperatura a izolatiei mai mica de +10⁰C.

Temperatura izolatiei se va masura dupa ce transformatorul a fost deconectat timp indelungat (cel putin 24 ore) si fara ca acesta sa fi fost supus incalzirii, se ia temperatura straturilor superioare ale uleiului, masurata cu termometrul.

Daca transformatorul a fost supus incalzirii sau nu s-a racit dupa ce a fost deconectat, atunci ca temperatura a izolatiei se ia conventional temperatura infasurarii cu tensiune maxima de la faza B, temperatura fiind determinata prin metoda masurarii in c.c. a rezistentei ohmice a infasurarii cu temperatura.

În cazul incalzirii transformatorului, masurarea rezistentei de izolatie se face dupa intreruperea incalzirii, dar nu mai devreme de 60 min. in cazul incalzirii prin alimentarea infasurarii (in scurtcircuit sau in c.c.), iar in cazul incalzirii exterioare (inductie) nu mai devreme de 30 min.

Masurarea izolatiei R₆₀ si tgd infasurarii trebuie sa se faca la punerea in functiune, pe cat posibil la o temperatura apropriata (ecart 5⁰C ) de cea indicata in buletinul fabricii. Prevederea este obligatorie pentru transformatoarele de medie si mare putere. Masurarea caracteristicilor izolatiei se executa pe panta scaderii temperaturii, dupa linistirea uleiului (circa 1h). Temperatura izolatiei se determina inainte de masurarea caracteristicilor izolatiei.

Astfel:

Pentru transformatoare de puteri mari (100, 200, 250, si 400 MVA) transformatoare noi fabricate incepand cu anul 1985, masurarea R₆₀, tg d a infasurarii la punerea in functiune se va efectua la doua valori de temperatura alese astfel, ca acestea sa nu depaseasca cu 5⁰C (doua din cele trei valori de temperatura la care s-a facut masurarea in fabrica) mentionate in buletinul de fabrica (50⁰C, 30⁰C si temperatura ambianta) .

Alegerea se va face in functie de anotimpul in care se executa masuratoarea .

În continuare, periodic in exploatare, masuratorile se vor executa la una din temperaturile de referinta mentionate in buletinul de la punerea in functiune (ecart admis 5⁰C). Valorile masurate la punerea in functiune se compara cu valorile masurate in fabrica, urmand ca in exploatare valorile masurate sa se incadreze in valorile limita admise indicate in normativ.

Pentru transformatoare de puteri mari existente in prezent in exploatare, cu ocazia primei revizii tehnice se vor masura R₆₀, tgd a infasurarii pentru doua valori de temperatura: 50⁰C si 20⁰C.

Acestea vor constitui valori de referinta.

Aducerea transformatorului de la 50⁰C la 20⁰C necesita scoaterea acestuia de sub tensiune pe o durata de circa 36 ore minimum, aceasta fiind conditia pentru executarea acestor masuratori.

Periodic in exploatare, rezultatele determinarii valorilor pentru R₆₀, tgd infasurari la una din cele doua temperaturi de referinta ( 5⁰C) se vor compara cu valoarea de referinta a R₆₀, tgd infasurari obtinuta ca mai sus (in anul de baza) trebuind sa se incadreze in valorile limita admise.

În cazurile in care apare o scadere brusca a valorii masurate R₆₀ ( mai mare de 40% ) intr-un an fata de anul anterior, se va face o analiza speciala pentru stabilirea cauzelor si masurilor de remediere.

Valorile limita admise in exploatare pentru R₆₀, tgd infasurari sunt indicate la pct.5.2. col.3, pct.4, respectiv pct. 5.3. col.3 pct.3 [normativ PE 116/84].

Pentru transformatoarele de medie putere (10-90 MVA) noi, cat si cele din exploatare se va proceda la fel ca mai sus, cu mentiunea ca in fabrica, determinarea R₆₀, tgd infasurari se va face numai pentru doua temperaturi: 50⁰C si temperatura ambianta;

Pentru transformatoarele de mica putere (S<10MVA) noi, cat si cele din exploatare masurarea R₆₀ la punerea in functiune si apoi periodic in exploatare se va executa la orice temperatura mai mare sau egala cu 10⁰C.

Reducerea R₆₀, tgd infasurari la temperatura de referinta, in vederea compararii rezultatelor se va face utilizand coeficientii de variatie K₁, K₂ in functie de diferenta de temperatura Dt[⁰C], conform exemplelor de mai jos:

2.1 Recalcularea referintei de izolatie pentru o alta temperatura

În buletinul de fabrica, R₆₀ masurata intre infasurarea de inalta tensiune fata de infasurarea de joasa tensiune pusa la masa este de 1450 MW la t₂=21⁰C.

În timpul masurarii la punerea in functiune temperatura a fost de t₁=18⁰C, deci  Dt = t₂ - t₁ = 3⁰C. Pentru aceasta diferenta de temperatura, coeficientul K₁=1,13 (vezi pct.5.2 din normativul PE 114/84, Editia revizuita, 1989).

R₆₀ = 1450 × 1,13 = 1639 MΩ

Se stie ca la punerea in functiune rezistenta de izolatie nu trebuie sa fie mai mica de 70 % din cea masurata in fabrica.

Deci rezistenta de izolatie minima la punerea in functiune va fi de :

R₆₀ ³ × ³ 1147 MW

3. Masurarea rezistentei de izolatie a infasurarilor R₆₀ si a coeficientului de absorbtie k_a.

Un sistem electrotehnic are urmatoarele parti generale: izolatie, caile de curent si infasurarile (cand exista), miezul magnetic, cuva sau anvelopa (carcasa). La intreruptoare sau separatoare mai apare si dispozitive de actionare (pentru inchidere, deschidere si zavorare).

Dintre partile enumerate, cea mai vulnerabila este izolatia care trebuie sa suporte solicitarile campurilor magnetice, electrice, termice si a campurilor de forta. Ca urmare a acestor solicitari, izolatia sufera un proces de degradare (imbatranire). Neluarea masurilor pentru stoparea si incetinirea acestui proces conduce la distrugerea izolatiei prin strapungere sau conturnare.

Pentru stabilirea gradului de deteriorare a izolatiei sunt folosite metode de incercare adecvate. Din punct de vedere al tensiunii utilizate se clasifica in:

Încercari cu tensiune continua (redresata);

Încercari cu tensiune continua (sinusoidala);

Încercari cu impuls de tensiune de trasnet.

Masurarea rezistentei de izolatie face parte din categoria incercarilor cu tensiune continua.

	a)

Izolatia testata poate fi reprezentata printr-o schema echivalenta constituita din trei circuite conectate in paralel (fig. 1a).

Condensatorul C₀ modeleaza fenomenul de incarcare a capacitatii geometrice a izolatiei (capacitatea obtinuta dupa inlocuirea izolatiei reale cu aer). Aceasta capacitate se mai numeste capacitate de baza. În momentul in care izolatia este conectata la sursa de tensiune, C₀ se incarca asemenea unui condensator iar prin ramura de incarcare se stabileste curentul de incarcare I_c. Fenomenele de polarizare care au loc in fiecare dielectric sunt modelate de circuitul constituit din rezistenta suplimentara R_s si capacitatea suplimentara R_s.

Într-un dielectric pot exista simultan mai multe tipuri de polarizari: ionica, dipolica, interfatiala si electronica. Circuitul de polarizare este legat de ultimele tipuri de polarizare. Sub actiunea campului electric, dipolii se orienteaza in directia acestuia. Actiunea de orientare a dipolilor reprezinta curentul de polarizare I_p.

Circuitul care contine R_iz modeleaza fenomenul de conductie din izolatie. Izolatia este parcursa de curentul I_iz.

Evolutia celor trei curenti este reprezentata printr-un grafic (fig. 1b).

Pentru diagnosticarea izolatiei, este deosebit de importanta studierea regimului tranzitoriu cuprins intre momentul aplicarii tensiunii si momentul atingerii valorii standardizate a tensiunii. Regimul tranzitoriu se studiaza cu ajutorul curbei R_iz=f(t) la tensiune constanta, prezentata in cele ce urmeaza si care constituie una din curbele de absorbtie, de polarizare utilizate pentru diagnosticarea izolatiei.

Curba 1 este intalnita la un sistem electrotehnic cu izolatie buna, lipsita de umezeala. Se caracterizeaza prin faptul ca R_iz creste relativ repede si se stabilizeaza.

Curba 2 caracterizeaza izolatia fara umezeala dar afectata de murdarie, de incluziuni. În astfel de situatii rezistenta de izolatie este mare si se stabilizeaza la o valoare scazuta.

Curba 3 reprezinta o izolatie umezita. Rezistenta de izolatie creste greu datorita fenomenelor de polarizare provocate de apa si se stabilizeaza la o valoare scazuta. 

Pentru a da masuratorii un caracter expeditiv, ridicarea curbelor de absorbtie a fost inlocuita cu masurarea coeficientului de absorbtie K_a.

K_a = ,

R₆₀ reprezinta rezistenta de izolatie citita dupa 60 secunde de la aplicarea tensiunii;

R₁₅ reprezinta rezistenta de izolatie citita dupa 15 secunde de la aplicarea tensiunii;

Indicele de polarizare K_p este dat de relatia:

K_p = ,

R₁₀ reprezinta rezistenta de izolatie citita dupa 10 minute de la aplicarea tensiunii;

R₁ reprezinta rezistenta de izolatie citita dupa un minut de la aplicarea tensiunii;

Cu cat rezistenta de izolatie a unui sistem electroizolant este mai mare, cu atat este mai buna. Rezistenta de izolatie este dependenta de temperatura. Cu cat temperatura este mai mare, cu atat rezistenta de izolatie este mai mica.

În practica se pune problema recalcularii rezistentei de izolatie, de la temperatura de masura t_m la o temperatura de referinta t_r, in vederea compararii rezultatelor obtinute cu cele minime admise pentru temperaturile de 20⁰C si 50 ⁰C (tabel 1). Coeficientul k₁ de variatie a rezistentei de izolatie functie de diferenta de temperatura Dt (⁰C) se alege din tabelul 2. Astfel se aplica relatiile:

R_(tr) = k₁ R_(tm) daca t_r<t_m

R_(tr) = R_(tm) / k₁ daca t_r>t_m

Masurarea rezistentei de izolatie si a coeficientului de absorbtie se executa conform STAS 1703 7-8 si instructiunilor de exploatare.

Pentru transformatoarele noi, la punerea in functiune si in primii 5 ani de punerea in functiune, valoarea R₆₀ nu va scadea sub 70% din valoarea de fabrica. Ulterior, in exploatare, valoarea R₆₀ nu va scadea sub valorile minime admisibile de la pct.4 [PE 116/84].

Pentru transformatoare care au suferit reparatie, in fabrica sau ateliere specializate, cu inlocuirea partiala sau totala a izolatiei, a infasurarilor si sau care au fost tratate si uscate corespunzator (atat izolatia cat si uleiul), valoarea R₆₀ dupa tratare si uscare, la punerea in functiune, nu va fi mai mica de 70% din valoarea masurata in fabrica sau atelierul de fabricatie.

Daca s-a efectuat o reparatie in conditii de teren, fara inlocuirea totala sau partiala a izolatiei sau a infasurarilor si la care partea activa a fost supusa influentei factorilor de mediu extern (umiditate relativa £70%, durata expunerii £16 ore, temperatura partii active mai mare de +10⁰C), nu se va proceda la uscare daca dupa reumplerea cu ulei (a carui temperatura nu va diferi cu mai mult de 5⁰C de temperatura partii active) rezistenta de izolatie nu scadea sub 60% din valoarea masurata inainte de inceperea reparatiei, iar celelalte caracteristici ale izolatiei sunt corespunzatoare.

Valorile minime admise pentru R₆₀ a transformatoarelor existente in prezent in exploatare la temperaturile izolatiei de 20⁰C si 50⁰C sunt:

Tabelul 1

Pentru infasurarile cu U_n£500V, la care nu exista buletine ale fabricii, valoarea minima a rezistentei de izolatie la 20⁰C va fi de 2MW

Masurarea rezistentei de izolatie si a coeficientului de absorbtie se face inainte de determinarea tg d si a capacitatii infasurarilor, precum si inainte si dupa proba cu tensiune marita.

Se pot utiliza megaohmmetre de la 1000V in sus, alegandu-se acele aparate a caror scala permite masurarea corespunzatoare a valorilor R₆₀ si R₁₅ a infasurarii verificate.

Pentru a putea face comparatie cu valorile masurate anterior, se recomanda folosirea aceluiasi tip si caracteristici de megaohmmetru.

La punerea in functiune (PIF) valorile lui K_a (coeficientul de absorbtie) nu trebuie sa fie mai mici decat cele din fabrica. Pentru transformatoarele aflate deja in exploatare, valoarea coeficientului de absorbtie pentru o stare satisfacatoare a izolatiei interne la 20⁰C este de :

Ø         K_a³1,2 pentru transformatoarele cu U_n<110 kV;

Ø         K_a³1,3 pentru transformatoarele cu U_n³110 kV.

Ca urmare a umezirii izolatie sau a unor defecte de izolatie, acest coeficient se micsoreaza, apropiindu-se de valoarea 1.

q      Aparatele de 1000V se recomanda a fi folosite pentru transformatoarele pana la 10 kV inclusiv.

q      Aparatele de 2500 V se pot folosi pentru infasurari peste 10 kV inclusiv.

q      Se pot folosi si aparate de 5000 V, dar numai pentru infasurari peste 10 kV inclusiv.

q      Rezistenta de izolatie a conductoarelor de legatura a megaohmmetrelor la transformator nu trebuie sa fie mai mica decat limita de masurare a megaohmmetrului folosit.

q      Înainte de inceperea masuratorii, toate infasurarile se pun la pamant cel putin 5 minute, iar intre incercari toate infasurarile vor fi puse la pamant cel putin 2 minute.

Toate bornele accesibile ale fiecarei infasurari pe care se masoara, precum si cele la care nu se masoara, se leaga intre ele (se scurtcircuiteaza).

q      Se vor respecta si folosi in primul rand schemele de incercare din fabrica. Daca acestea nu exista, atunci se vor respecta schemele indicate in STAS 1703 7, tabelul 2 si instructiunile de exploatare.

q    Masuratorile se executa la o temperatura a izolatiei apropiata de cea indicata in buletinul de fabrica (ecartul maxim admis va fi de 5⁰C) la transformatoarele peste 10 MVA. La transformatoarele sub 10 MVA, coeficientul K₁ de variatie a rezistentei de izolatie in functie de diferenta de temperatura Dt [⁰C] este dat mai jos:

Tabelul 2

Recalcularea valorii rezistentei de izolatie R₆₀ masurate pentru alte temperaturi (in scopul compararii cu valorile masurate anterior etc.) se face ca in exemplul de mai sus.

Partea practica:

Sa se determine rezistenta de izolatie, coeficientul de absortie si indicile de polarizare pentru un transformator electric trifazat cu urmatoarele date nominale:

Unprim = 20kV; Unsec = 0.4kV; Grupa de conexiuni: YZn5.

Obs. Transformatorul a fost scos de sub tensiune cu cel putin 24 de ore inainte de a efectua determinarile.

Temperatura de incercare = 19⁰ C

Masurarea rezistentei de izolatie pentru:

• Infasurarea de inalta tensiune:

- coeficientul de absortie

R₁₅ > 2000MΩ 

R₁₆ > 2000MΩ

• Infasurarea de joasa tensiune:

R₁₅ > 2000MΩ

R₁₆ = 1800 MΩ

Indicele de polarizare pentru infasurarea de I.T.

Indicele de polarizare:

Recalcularea rezistentei de izolatie pentru o temperatura de referinta de t_r = 50 ⁰C:

pentru ca t_r>t_m => R_(tr)=R_(tm)/K₁

∆t=50-19=31⁰C => K₁ = 90MΩ =>

Concluzie: Deoarece forma curbei obtinute indica faptul ca transformatorul contine urme de murdarie, de incluziuni se recomanda a fi supus unui proces de curatire si verificare a calitatii uleiului pentru a nu contine si urme de umezeala.