Тангенс угла диэлектрических потерь в трансформаторах и изоляции: измерение
Использование электроэнергии во всех областях хозяйственной деятельности человека вызывает необходимость своевременной диагностики и обслуживания объектов, которые выполняют функции её преобразования и поставки потребителям. Это различного рода трансформаторные подстанции, линии электропередачи, переключающие устройства и многое другое.
Обслуживание объектов энергетики требует проведение различных, порой, весьма сложных испытаний. В первую очередь это касается изоляции электрооборудования, работающего под высоким напряжением, которое также необходимо для эксплуатационного контроля, позволяющего определить работоспособность и уровень надежности объектов по рабочим параметрам, определяемым при помощи приложения как переменного, так и постоянного тока. Особо важным является измерение диэлектрических характеристик, наиболее информативной из которых является тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ).
По результатам анализа Евразийской экономической комиссии износ основных производственных фондов в отрасли энергетического машиностроения РФ в 2015 году характеризуется следующими цифрами: более 30 лет проработало оборудование на 50% высоковольтных линий, 60% — ТЭС, 35% — АЭС и 80% — ГЭС. На 70% выработан нормативный срок распределительного электросетевого комплекса. Испытательное и стендовое оборудование изношено, как правило, более, чем на 90%. Ситуация в других странах — членах ЕАЭС схожая.
Диагностическое измерительное оборудование устарело морально и физически. Необходимость безаварийной эксплуатации этого оборудования указывает на остроту проблемы оценки состояния и качества изоляции и делает её ещё более значимой.
Точность измерений тангенса угла диэлектрических потерь значительно снижается из-за электростатического и электромагнитного влияния находящихся под напряжением частей РУ и ЛЭП.
Измерительная схема должна быть огорожена различными защитными приспособлениями в виде экранов и охранных колец. Именно заземленные экраны приводят к появлению нежелательных паразитных емкостей, которые нужно минимизировать, как правило, при помощи метода защитного напряжения, которое надо тонко регулировать по величине и фазе.
Сложности измерений тангенса угла диэлектрических потерь при помощи мостовой схемы
Наибольшее распространение получили и до сих пор широко используются мостовые схемы измерения, определяющие ёмкость и тангенс угла диэлектрических потерь. Было выяснено, что основной причиной снижения качества изоляции является сквозные проводящие мостики, которые несложно обнаружить измерением сопротивления, производимого на постоянном токе. Измерение более информативной характеристики — тангенса угла диэлектрических потерь часто производят при помощи мостов переменного тока, таких как Р595, МД-16 и Р5026 (Р5026М), по существу являющимися измерителями ёмкости, в принципе работы которых лежит мост Шеринга.
Измерение по схеме перевернутого моста должно производиться на определённом расстоянии, при помощи изолирующих штанг. Другой способ — помещение оператора и измерительных элементов в общий экран. Эти неудобства объясняются наличием высокого напряжения на измерительной схеме. При измерении тангенса угла диэлектрических потерь в электрических машинах и трансформаторах необходимо непрерывное уточнение значения напряжения между корпусом и каждой обмоткой. При этом, свободные обмотки должны быть заземлены. Процесс довольно сложен и занимает много времени.
Устаревающие способы измерения tg δ предполагают следующие способы увеличения точности:
- Отключение напряжений, создающих влияющие поля. Способ является наиболее эффективным, но не всегда применяется из-за условий энергоснабжения потребителей.
- Вывод испытываемого объекта из области полей. Цель будет достигнута при помощи транспортировки, которая не всегда желательна или невозможна.
- Произведение измерений на частотах, отличающихся от 50 Гц, требующее особых возможностей аппаратуры.
- Исключение погрешностей при помощи различных методов расчета.
- Применение метода компенсации влияний, требующего совмещения векторов ЭДС влияющего поля и испытательного напряжения. Для этого в цепь регулирования напряжения должен быть включён фазорегулятор. Объект отключается. Равновесие моста подбирается вручную.
Новые возможности современных методов измерения характеристик изоляции
Эффективность диагностирования может быть повышена при помощи испытаний изоляции при различных напряжениях и температурах. Таким образом, основные дефекты могут быть выявлены на ранних стадиях развития. Благодаря относительной простоте испытаний, эффективность испытаний повышается за счёт увеличения их частоты, так как своевременное обнаружение произойдёт с большей вероятностью. Это особенно важно для быстро развивающихся повреждений. Появляется возможность обнаружения и построения зависимостей измеряемых параметров от времени, которые более точно оценивают характер и опасность дефектов. Для передачи измеряемых параметров оператору используется дистанционный способ доступа к измерительным системам.
Раннее выявление дефектов уменьшает ущерб, наносимый оборудованию, при этом, значительно снижаются затраты на проведение контроля. Выводить всё оборудование из работы не требуется. Отключаются лишь те части системы, в которых испытания под напряжением выявили дефекты. Применение стационарных схем измерений и исключение необходимости подготовки измерительного оборудования к испытаниям значительно уменьшает трудозатраты для их проведения.
Специальная оснастка облегчает контроль изоляции оборудования, которое находится под напряжением. Из-за уменьшения объёма работ, требующих нахождения персонала в зоне интенсивных полей заметно улучшаются условия работы. Испытания становятся более безопасными.
Диагностика без общего отключения оборудования даёт возможность применить более современную и эффективную стратегию обслуживания, заключающуюся в контроле технического состояния. В этом случае экономический эффект определяется не одним снижением аварийности, а и сокращением затрат на периодические и планово-предупредительные ремонты.
Роль измерений тангенса угла диэлектрических потерь в современных методах контроля
В настоящее время контроль состояния изоляции, в том числе, периодический, как правило, проводится при помощи переносных устройств.
В современных приборах применяется автоматический контроль состояния изоляции, имеющий функцию сигнализации в предаварийной ситуации. Важно, что измеряющие устройства могут быть установлены на стационарном пульте, удалённом от места измерения.
Автоматический контроль может входить в систему АСУ-ТП подстанции. В этом случае устройства АСУ-ТП управляют измерениями, оценивают их результаты и формируют сообщение о состоянии объекта.
Новые приборы для измерения тангенса угла диэлектрических потерь сделали методы контроля качества высоковольтной изоляции весьма эффективными. Измеренные значения tg δ оказываются значительно точнее, чем полученные при помощи испытаний высоким напряжением. Это объясняется следующими причинами:
- измерения не причиняют вреда изоляции по причине более низкого испытательного напряжения в сравнении с рабочим;
- появляется возможность прогнозирования дальнейшего состояния изоляции благодаря непрерывным наблюдениям в течение длительного времени;
- результаты измерений тангенса угла диэлектрических потерь автоматически заносятся в протокол и хранятся в электронном виде;
- резкое увеличение измеряемой величины свидетельствует о необходимости ремонта или замены, которые предупреждают аварию.
Референсные значения тангенса угла диэлектрических потерь наиболее часто применяемых диэлектриков
Диапазон значений тангенса угла потерь в различных справочных источниках может быть несколько шире или уже, но среднее значение остаётся постоянным.
| Тип диэлектрика | tg δ |
| Политетрафторэтилен (фторопласт-4) | 0,0001 — 0,0004 |
| Полиэтилен | 0,0001 — 0,0005 |
| Полистирол | 0,0001 — 0, 0005 |
| Поливинилхлорид | 0,03 — 0,08 |
| Полиметилметакрилат | 0,002 — 0,08 |
| Шеллак | 0,01 |
| Битумы | 0,01 |
| Слюда мусковит | 0,0003 |
| Слюда флогопит | 0,0015 |
| Микалекс | 0,003 — 0,01 |
| Кварцевое стекло (SiO2 — 100%) | 0,0002 |
| Технические стёкла (SiO2 и В2О3 с примесями металлов) | 0,0002 — 0,01 |
| Трансформаторное масло (t=90оС) | 0,005 |
| Трансформаторное масло (t=20оС) | 0,002 |
| Силиконы | 0,0003 |
| Электрофарфор | 0,01 |
| Гетинакс, текстолит | 0,02 — 0,2 |
| Лаки | 0,001 — 0,01 |
| Резина | 0,01 — 0,1 |
| Фторорганические жидкости | 0,0001 — 0,0002 |
Характеристики и особенности некоторых приборов для измерения тангенса угла диэлектрических потерь и других параметров
Приборы для измерения диэлектрических потерь в трансформаторном масле и жидких диэлектриках
Предельно компактные приборы для оценки пригодности или возможности дальнейшей эксплуатации трансформаторного масла просты в эксплуатации и дают важную информацию для длительной, безаварийной работы важных электроустановок. Тангенс-3М (Tangent-3M) – малогабаритная установка для измерения tgδ трансформаторного масла
При помощи этой компактной установки можно проанализировать важный показатель — тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторного масла, на промышленной частоте 50 Гц, в полном соответствии с ГОСТ 6581-75 и IEC 60247. В энергонезависимой памяти прибора сохраняется до 2000 измерений, используется до 6 ячеек для масла, имеется возможность подключения ПК. Программное обеспечение для компьютера прилагается на компакт-диске. Диапазон измерения тангенса угла потерь — 0,0001 1,0. Действующее значение переменного напряжения, прилагаемого к измерительной ячейке, составляет 2000 В. Измеряемая ёмкость лежит в пределах 5-50 пФ. Масло может иметь температуру от 10 до 100оС и нагревается прибором до 90°С. При этом, измерение производится автоматически, через каждые 10 градусов. В случае проведения измерений при повышенных температурах требуется подключение к сети с напряжением 205-235 Вольт.
ПрофКИП Тангенс-М
Такое же назначение имеет установка измерения диэлектрических потерь ПрофКИП Тангенс-М, но позволяющая измерять потери не только в трансформаторном масле, но и в жидких диэлектриках:
Устаревающий и новый приборы для измерения tg δ
Измеритель диэлектрических потерь ИДП-10
Этот сравнительно простой прибор позволяет определить тангенс угла диэлектрических потерь и ёмкость изоляции различного электрооборудования при помощи высокого переменного напряжения (до 10 кВ), имеет цифровой дисплей и стрелочный индикатор высокого напряжения. Измерение проводится при помощи высоковольтного измерительного моста СА7100-2, имеет переключатель вида измерения, короткозамыкатель типа КЗМК-10, понижающий и разделительный высоковольтные трансформаторы. Прибор размещается на стойке с колёсами, имеющей отсек для кабелей.
Измеритель параметров изоляции «Тангенс-2000»
«Тангенс-2000» является многофункциональным и помехозащищённым прибором, позволяющим точно оценивать свойства и характеристики изоляции агрегатов, установок и различных высоковольтных устройств. Блок проверки, входящий в комплект, позволяет производить измерения при напряжении до 10 000 В. Минимальные отклонения коэффициента диэлектрических потерь изоляции и ёмкости фиксируются во время процессов периодического тестирования испытательным напряжением, уровень которого устанавливается заранее. В отличие от многих их приборов подобного рода «Тангенс-2000» достаточно просто управляется, имеет повышенную безопасность при эксплуатации из-за применения 3-х блочного исполнения. Каждый модуль представляет собой конструктивно законченное устройство, выполняющее строго определенные функции.
Повышенная эффективность измерений, их качество и безопасность обусловлены беспроводным способом передачи информации, который обеспечивает полную гальваническую развязку и исключает дополнительные искажения. В конструкцию включён специальный генератор испытательного напряжения, рабочая частота которого не совпадает с частотой питающей электрической сети и периодических промышленных помех благодаря автоматической отстройке. Встроенный генератор значительно увеличивает точность измерений в условиях существенных паразитных электромагнитных полей.
Многофункциональные приборы для измерения тангенса угла диэлектрических потерь и других характеристик при низких и средних напряжениях
Измеритель параметров изоляции ПАРМА ТЕНЗОР-2
Часто возникает необходимость в измерении параметров изоляции в установках, работающих при невысоком напряжении — от 1 до 500 В. Компактный прибор автоматически измеряет ёмкость и тангенс угла потерь изоляции конденсаторов, вводов трансформаторов, жидких диэлектриков, как в лаборатории, так и в «полевых» условиях. При помощи прибора может быть измерено действующее значение первой гармоники тока и напряжения на частоте 50 Гц, фазового сдвига между двумя сигналами и частоты сети. Компактный блок позволяет с достаточной точностью оценить значения электроёмкости в диапазоне от 2 пФ до 9,9 мкФ, индуктивности — от 1 мкГн до 16 Гн, полное сопротивление цепи и диэлектрические потери в жидких диэлектриках.
Измерения можно производить как по прямой, так и по инверсной, то есть, перевернутой схеме. При помощи прибора ПАРМА ТЕНЗОР-2 можно выделить вектор тока влияния. Фазорегулятор источника опорного напряжения и устройства компенсации тока влияния не требуются. Измерению подлежит коэффициент трансформации, потери холостого хода, потери короткого замыкания, комплексное сопротивление, в том числе, при коротком замыкании. Калибровочные коэффициенты и параметры задаются перед проведением измерений. Измерительный блок может взаимодействовать с ПК. Безопасное управление может осуществляться при помощи пульта или по интерфейсу Bluetooth. Диапазон измерения тангенса угла диэлектрических потерь — 0,0001-1.
Установка для испытания кабеля HVA28
HVA28 позволяет испытывать кабели высоковольтным переменным напряжением, имеющим специальную форму, синусоиды или меандра, с очень низкой частотой. Измерения при постоянном токе позволяют оценить качество изоляции из сшитого полиэтилена и других материалов. Тестированию подлежат двигатели, генераторы, разъединители, трансформаторы, вакуумные камеры и другое оборудование. Режим работы может быть ручным или автоматическим. Действия выполняются заранее запрограммированным микропроцессором. Это касается выбора оптимальной частоты испытательного сигнала и заданного порядка тестов. Информация отображается в режиме онлайн и передаётся по Bluetooth или USB на ноутбук.
Важной особенностью прибора является отсутствие масляных компонентов, предназначенных для преобразования или охлаждения. Полупроводниковые элементы позволяют разместить сложную систему в компактном корпусе. Тепловые ограничения времени работы отсутствуют.
Высоковольтная СНЧ-установка с модулем для измерения tgδ HVA45TD
Установка позволяет испытывать кабели, имеющие изоляцию из сшитого полиэтилена и других изоляторов напряжением сверхнизкой частоты, равным 6,10 или 20 кВ. Силовые высоковольтные кабели испытываются постоянным напряжением. Тангенс угла диэлектрических потерь измеряется с высокой точностью. Испытания могут проводиться постоянным напряжением с различной полярностью, или переменным напряжением, имеющем форму синуса или прямоугольника. Можно проводить испытания как жил, так и оболочки кабеля, производить дожиг изоляции. Важным преимуществом является возможность точного определения места дефекта.
HVA45TD является наиболее современным на сегодняшний день устройством из предлагаемых на сегодняшний день. Форма высоковольтного сигнала на всём диапазоне напряжений не зависит от нагрузок и дает возможность избежать возникновения остаточных объемных зарядов в изоляциях различных типов. Режим измерений может быть ручным или автоматическим, что позволяет гибко использовать устройство для любых испытаний. Установка имеет функцию осциллографа, наглядно представляющего форму тестирующего сигнала, отражающего напряжение, силу тока, сопротивление, ёмкость и время в реальном времени. Все данные сохраняются в памяти. Контроль и управление этой современной системы дают возможность задавать требуемые пороги срабатывания и всевозможные условия испытаний. Величина пробивного напряжения отображается и запоминается. При детектировании дуги происходит автоматическая остановка испытания или продолжается в режиме контролируемого прожига.
Встроенный индикатор наличия высокого напряжения, находящегося поблизости, дополнен звуковым сигналом. Для измерений можно использовать как механическое, так и электронное разрядное устройство, которое встроено в прибор. Высокое напряжение генерируется при помощи сухой высоковольтной системы последнего поколения. Это значительно облегчает обслуживание установки. Микропроцессорное управление вместе с удобным и простым пользовательским интерфейсом, в виде колесика, облегчает работу с устройством. Меню установки представлено, в том числе, на русском языке. Энергонезависимая память усовершенствована функцией хранения результатов. Входящие в комплект съемные кабели имеют различную длину.
Погрешность измерения тангенса угла диэлектрических потерь не превышает 0,0001, при максимальной возможной нагрузке, равной 10,0 мкФ. При необходимости установка преобразуется в систему диагностики кабелей, при помощи добавления модуля, измеряющего частичные разряды (PD). Установка включена в Государственный реестр средств измерений РФ. Тестирование кабельных линий производится в полном соответствии со всеми международными стандартами.
Измерение tgδ при напряжениях до 120 кВ
Измеритель параметров изоляции ИПИ-100
Назначение прибора — измерение тангенса угла потерь и электроемкости высоковольтной изоляции при проведении технического обслуживания, наладки, ремонта и испытаний энергетических объектов на месте установки и в условиях лабораторий. В прибор входит высоковольтный блок, блок индикации и датчик. Тангенс может лежать в пределах от 0,0005 до 0,3, а напряжение — от 10 кВ до 100 кВ. Измерение производится на частотах 50 и 54 Гц. При подаче испытательного напряжения 100 кВ измеряемая ёмкость лежит в пределах от 5 пФ до 3 нФ. Измерение тангенса угла на частоте 54 Гц автоматически пересчитывается для частоты 50 Гц. Сопоставление этих значений увеличивает точность измерений. Блок индикации связан с измерительным блоком по радиоканалу. При помощи ИПИ-100 производятся измерения как по «прямой», так и «перевернутой» схемам, для измерения параметров объектов как с заземленными, так и изолированными выводами.
Высоковольтный измеритель тангенса угла диэлектрических потерь TD30
Модуль TD30 входит в линейку приборов серии TD, отличающихся главным образом значением максимального напряжения, которое может достигать 120 кВ. Высокое напряжение измеряется на низкой частоте и имеет специальную форму. Кроме этого, можно точно измерять тангенс угла диэлектрических потерь и силу тока. Метод измерения тангенса потерь представляет картину изменения измеряемых величин в реальном времени, исключающую негативные влияния на кабель, позволяет увидеть состояние изоляции по измеренным параметрам для взятия проблемных кабелей под дополнительный контроль. При этом обнаруживаются «водные триинги» в кабелях, имеющих изоляцию из сшитого полиэтилена. Изоляция может быть бумажно-масляной, этилен-пропиленовой, поливинилхлоридной, комбинированной. Измерения можно проводить на генераторах, трансформаторах, двигателях, емкостях, выключателях, изоляторах и муфтах.
Измерение Tan Delta производится быстро и в реальном времени, с предоставлением полной картины, включающий форму выходного высоковольтного сигнала, как по напряжению, так и по току, который может быть постоянным или переменным. Информация передаётся на компьютер посредством Bluetooth. Это обеспечивает дополнительную безопасность при работе с высокими напряжениями и сокращает время подключения. Программное обеспечение поставляется в комплекте. Прибор должен быть подключен к высоковольтному кабелю и СНЧ-установке серии HVA, предназначенной для соответствующего напряжения, которая будет рассмотрена ниже. Питание осуществляется от стандартных батарей типа «C», обеспечивающих непрерывную работу в течение 10 часов.
Выводы
Многие годы эксплуатации и последующая оценка применяемых технологий в области диагностики кабельных линий и устройств, работающих при низких и очень высоких напряжениях, анализ опыта промышленно развитых стран привели к созданию многофункциональных, точных и автоматических мобильных устройств, а также передвижных лабораторий, позволяющих производить комплексные испытания и обследования. Возможности приборов и специальных лабораторий продолжают совершенствоваться и демонстрируют при применении существенное снижение эксплуатационных затрат, которым уделяется особое внимание в энергокомпаниях, ведущих взвешенную техническую политику.
Рациональным следует считать подход к выбору приборов и установок, учитывающий их функциональность и основное назначение. Энергетическая компания должна иметь в своём арсенале не только самые современные и дорогостоящие изделия, предназначенные для диагностики при самых высоких напряжениях в важнейших энергосистемах, но и более простые, для оперативного контроля небольших, но ответственных установок и линий электропередач.
Если Вам нужна профессиональная консультация в подборе оборудования , - заполните форму :
