Основные положения. Измерение сопротивления изоляции обмоток относится к категориям контроля П, К, ТиМ(см

Измерение сопротивления изоляции обмоток относится к категориям контроля П, К, Т и М (см. введение).

При приложении постоянного напряжения к выводам обмоток их измеряемое сопротивление изоляции изменяется во времени и, как правило, через 60 с достигает постоянного значения, которое обозна­чают R_60” (рис 3.1).

Рис. 3. 1

По методу измерения сопротивления R_60” наиболее эффективно вы­являются дефекты, приводящие к увеличению тока сквозной проводимости изоляции. Этот ток при приложении постоянного напряжения к изоляции устанавливается практически мгновенно и во времени не изменяется. Сквозной ток обусловливается как повышением наружной проводимости изоляции, так и наличием в ней путей сквозной утечки. Эффективно выявляемыми дефектами являются [Л.1]:

местные увлажнения изоляции;

загрязнения изоляции;

повреждения изоляции;

попадание в изоляционный промежуток токопроводящих элементов (металлической стружки, следов от графита карандаша и т.д.).

Характерными видами этих дефектов являются увлажнение и загрязнение:

верхней и нижней ярмовой изоляции;

изоляционной плиты и изоляционных участков приводных валов РПН;

нижней фарфоровой юбки вводов и др.

По методу измерения сопротивления R_60” недостаточно эффек­тивно выявляются [Л.1]:

местные увлажнения и загрязнения участков изоляции, располо­женных на значительном расстоянии от заземленных частей (лучше определяются по методу измерения tg d изоляции обмоток);

увлажнение изоляции, при котором основная масса влаги сосре­доточена во внутренних слоях изоляции (лучше определяется измере­нием tg d изоляции обмоток);

места неоднородности изоляции, например, вследствие наличия в ней воздушных пузырьков (лучше определяется методом частичных разрядов).

Таким образом, метод измерения сопротивления R_60” позволяет выполнить лишь грубую оценку усредненного состояния изоляции, для слу­чая ее изменения, главным образом, под действием увлажнения и за­гря­зне­ния. Однако, метод является наиболее простым и доступным и он находит широкое применение при необходимости быстрой оценки состояния изоляции, например, перед включением оборудования под напряжение.

При оценке сопротивления R_60” следует иметь в виду, что оно в зна­­­­­чительной степени зависит от факторов, непосредственно не связанных с увлажнением и загрязнением изоляции, таких, например, как свойства залитого при монтаже масла, метода нагрева транс­форматора и распределения температур внутри бака и др. [Л.1].

Значение сопротивления R_60” дает представление о среднем состоянии всей изоляции, подвергнутой испытанию (т.е. о суммарном сопротивлении изоляции). Измерением сопротивления R_60” местные и сосредоточенные дефекты в изоляции большого объема обнаруживаются плохо. В этом отношении можно расширить возможности метода. На рис.3.2 показаны участки изоляции двухобмоточного трансформатора при измерении со­про­тив­ле­ния R_60” по схемам, приведенным в методике измерения.

При помощи расчетов [Л.3] можно определить поврежденный участок изоляции, что иногда делают для уточнения места ухудшения изоляции.

Абсолютные значения сопротивления изоляции R_60” не всегда опре­де­ля­­ют степень увлажнения трансформатора, поэтому допол­нительной ха­рак­те­­ристикой служит коэффициент абсорбции Кабс, который представляет со­бой отношение сопротивления изоляции, измеренного за 60 с, к со­про­тив­ле­нию, измеренному за 15 с [Л.4]:

Значения К_абс не зависят от геометрических размеров изоляции и характеризуют только интенсивность спадания тока абсорбции. С уда­лением влаги из изоляции коэффициент абсорбции возрастает (отсутствует дефект), с увлажнением - падает (имеется дефект), что видно из рис.3.1.

 

Рис.3. 2. Схема участков изоляции трансформатора, контро­лируемых при измерении сопротивления изоляции R_60” обмоток

НН, ВН - обмотки трансформатора;

R₁, R₂, R₃ - сопротивления контролируемых участков изоляции.

Диэлектрическими потерями называется мощность Р_д, рас­сеи­­ваемая в изоляции при приложении к ней переменного напряжения. Однако мощность потерь зависит не только от состояния изоляции, но и от ее объема. Поэтому для оценки состояния изоляции обычно используется тангенс угла диэлектрических потерь:

,

где	U	-	напряжение, прикладываемое к изоляции;
	Iа, Iр	-	активная и реактивная составляющие тока через изоляцию.

В практике измерений значение tg d выражается в процентах:

tg d % = 100 tg d.

Тангенс угла диэлектрических потерь почти не зависит от размеров изоляционной конструкции, так как при их изменении про­порционально изменяются активная и реактивная составляющие тока, проходящего через диэлектрик [Л.1].

Следовательно, tg d является показателем только состояния изоляции, но не ее геометрических размеров, что является достоинством метода. Ве­ли­чи­на tg d дает усредненную объемную характеристику состояния ди­элек­три­ка, ибо активная составляющая тока, вызванная диэлектрическими потерями в местном дефекте, при измерении относится к общему емкостному току объекта.

Как правило, измерение tg d позволяет обнаружить общее (т.е. охватывающее большую часть объема) ухудшение изоляции [Л.1].

Повышенное значение tg d свидетельствует [Л.2]:

об увлажнении изоляции (главным образом объемном);

о загрязнении изоляции;

о неоднородности изоляции.

Увлажнение и другие вышеперечисленные дефекты изоляции вызывают увеличение активной составляющей тока I_а, причем она растет во много раз быстрее, чем емкостная составляющая I_р. Это приводит к увеличению угла d и соответственно tg d.

Ценность этого параметра заключается в следующем:

значение tg d существенно меньше зависит от влияния посторон­них факторов, чем другие показатели состояния изоляции;

его можно измерять в условиях работы оборудования при напря­же­нии 10 кВ.

Однако, методы измерения tg d изоляции относительны и гораздо слож­нее, чем методы измерения сопротивления изоляции и коэф­фици­ента аб­­сорбции. Поэтому изоляция трансформаторов I - III габаритов подвер­га­ет­ся этому испытанию только при подозрении на ее загрязнение, если из­ме­рение R_60” и К_абс дает сомнительные результаты [Л.2].

Измерением tg d местные и сосредоточенные дефекты в изоляции большого объема обнаруживаются плохо. Это объясняется тем, что в этих случаях увеличение активной составляющей тока в изоляции вызывается ухудшением небольшой части объема изоляции, а емкост­ная составляющая хотя и остается практически неизменной, но опре­деляется всем объемом изоляции [Л.3]. Поэтому в ряде случаев, для уточнения места ухудшения изоляции, преднамеренно уменьшают объем испытываемой изоляции [Л.4].

3.2. Методика измерения сопротивления изоляции R_60” и отношения R_60” / R_15”

Параметры, характеризующие изоляцию обмоток, зависят от характеристик масла и температуры изоляции обмоток [Л.5]. Учет изменения характеристик масла за время между последовательными измерениями характеристик изоляции производится с помощью поправок, учитывающих изменение tg d масла. Применяемые методы нагрева трансформатора обязаны приблизить температуру изоляции обмоток при последующих эксплуатационных измерениях к базовой температуре, т.е. к температуре, имевшей место при заводских или монтажных испытаниях. Для уменьшения разницы в распределении температур внутри бака при заводских и эксплуатационных испы­таниях, последние производятся лишь по прошествии определенного времени после прогрева трансформатора. При этом трансформатор предварительно нагревается до температуры, несколько превы­ша­ю­щей температуру при заводских испытаниях.

двухобмоточные трансформаторы

ВН - НН, бак

НН - ВН, бак

ВН, НН - бак

трехобмоточные трансформаторы

ВН - СН, НН, бак

СН - ВН, НН, бак

НН - ВН, СН, бак

ВН, СН - НН, бак

ВН, СН, НН - бак

Характеристики изоляции измеряют по следующим схемам [Л.2]:

где ВН, СН, НН - соответственно обмотки высокого, среднего и низ­кого напряжения. При измерении все неиспытуемые обмотки и бак трансфор­матора необходимо заземлить (совместно).

Характеристики изоляции измеряются при температуре изоляции не ниже + 10°С у трансформаторов на напряжение до 150 кВ мощностью до 80 МВА. У трансформаторов на напряжение 220-750 кВ и на напряжение 110-150 кВ мощностью более 80 МВА характеристики изоляции измеряются при температуре не менее нижнего значения температуры, записанной в пас­пор­те. Для ее обеспечения трансфор­маторы подвергаются нагреву до тем­пе­ра­ту­ры, пре­вышающей требуемую на 10°С. Характеристики изоляции измеряются на спаде температуры при отклонении ее от требуемого значения не более чем на 5°С.

За температуру изоляции трансформатора, не подвергавшегося на­гре­ву, принимают: в трансформаторах на напряжение до 35 кВ с маслом - температуру верхних слоев масла, в трансформаторах на напряжение выше 35 кВ с маслом - температуру фазы В обмотки ВН, определяемую по ее сопротивлению постоянному току.

При нагреве трансформатора температура изоляции принимается рав­ной средней температуре обмотки ВН фазы В, определяемой по со­про­ти­вле­нию обмотки постоянному току. Рекомендуется температуру обмотки вы­чис­лять по формуле:

,

где R_х - измеренное значение сопротивления обмотки при темпе­ра­туре t_x;

R_o - сопротивление обмотки, измеренное на заводе при тем­пе­ра­туре t_o (записанной в паспорте трансформатора).

Сопротивление изоляции измеряется мегомметром на напряжение 2500 В с верхним пределом измерения не ниже 10000 МОм.

Поскольку сопротивление R_60” уменьшается с повышением температуры, то для оценки степени ухудшения изоляции обмоток рекомендуется измеренные значения сопротивления изоляции проводить к температуре измерения изоляции на заводе. Например, если сопротивление изоляции обмоток измерялось при температуре t_х, отличной от температуры t_o, записанной в паспорте трансформатора, то фактическое (приведенное к заводской температуре) сопротивление изоляции обмоток определяется после деления измеренного сопро­тивления изоляции на коэффициент К₂ (табл.3.1).

Учитывая, что при повышении температуры на 10°С значение сопротивления R_60” увеличивается в 1,5 раза, можно определить К₂ по формуле:

Таблица 3. 1. Значения коэффициента К₂ для пересчета значений R_60”

Разность температур tx-to,°C
Значение К2	1,04	1,08	1,13	1,17	1,22	1,5	1,84	2,25	2,75	3,4

На результаты измерения сопротивления R_60” помимо температуры также оказывает влияние значение tg d масла в момент испытаний. Если на заводе применялось масло, которое при лабо­раторной температуре t_м1 имело значение tg d_м1, а при последующем измерении характеристик изоляции применялось масло, имеющее при лабораторной температуре t_м2 значение tg d_м2, то необходимо привести измеренные в лаборатории значения tg d_м1 и tg d_м2 к температурам t_o и t_x измерения характеристик изоляции, используя табл.3.2..

Таблица 3. 2. Значения коэффициента К₃ для пересчета значений tg d масла

Разность температур t,°С
Значение К3	1,04	1,08	1,13	1,17	1,22	1,5	1,84
Разность температур t,°С
Значение К3	2,25	2,75	3,4		5,1	6,2	7,5

Учитывая, что при повышении температуры на 10 °С значение tg d масла увеличивается в 1,5 раза, можно определить значение коэффициента К₃ по формуле:

	-	значение коэффициента К3 для случая измерения характеристик изоляции на заводе;
	-	значение коэффициента К3 для случая послезаводских измерений характеристик изоляции обмоток.

Фактическое значение tg d масла при заводских измерениях характеристик изоляции обмоток (tg d_м1ф) определяется приведением заводских лабораторных значений tg d масла к температуре измерения характеристик изоляции:

Аналогично, фактическое значение tg d масла при после­завод­ских измерениях характеристик изоляции обмоток (tg d_м2ф) определяется по формуле:

Обобщающий коэффициент К_м1, позволяющий учесть влияние масла при приведении значений сопротивления R_60” при послезаводских испытаниях к заводским значениям определяется по формуле

Окончательно, фактическое сопротивление R_60”ф с учетом влияния температуры и масла на результаты послезаводских измерений характеристик изоляции определяется по формуле [Л.5]

,

где R_60”изм - значение сопротивления R_60” при послезаводских испыта­ниях.

С учетом параметров, использованных выше, окончательно имеем: