Коэффициент абсорбции трансформатора: норма пуэ, способы измерения, формулы

Что такое абсорбция трансформатора, зачем этот показатель нужен

Абсорбция – это поглощение одного вещества другим. В результате изменяются объем, вес и другие физические свойства. В трансформаторе абсорбцией называют заполнение твердого изолятора влагой и другими примесями, снижающими работоспособность и сокращающими срок его службы.

Уровень поглощения силового преобразователя необходимо проверять перед включением напряжения после технического обслуживания и капитального ремонта. Полученные показатели позволяют определить не только уровень влажности, но и загрязнения, повреждения. Новое оборудование можно протестировать, чтобы определить, можно ли его включать без предварительной сушки.

Фактически это измерение сопротивления изоляции всех обмоток при прохождении по ним напряжения. Каждое значение соответствует определенному состоянию изоляционного материала. Чем выше влажность и больше грязи, тем ниже сопротивление.

Основные функции для оценки состояния изоляции:

• определение индекса поляризации PI
• определение коэффициента поглощения ДАР
• определение коэффициента диэлектрического разряда DD
• измерение ступеней напряжения
• график R(t)

Эти функции реализованы в счетчиках Sonel MIC-10k1 и Sonel MIC-5050. Давайте подробнее рассмотрим каждую из функций.

DAR (коэффициент диэлектрической абсорбции) отражает содержание влаги в изолирующем диэлектрике. Коэффициент будет полезен для выявления необходимости просушки гигроскопической изоляции электрических машин и трансформаторов. Метод измерения основан на сравнении значений сопротивления изоляции через 15 и 60 секунд после начала испытания:

ДАР = R60/R15

Появление влаги в изоляции (влагопоглощение) приводит к резкому снижению сопротивления RISO и увеличению тока утечки. Снижение сопротивления опасно ростом диэлектрических потерь. Это приводит к снижению напряжения теплового пробоя и дальнейшему нагреву изоляции, что вызывает ускорение скорости теплового старения.

Вода является очень полярным диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью, во много раз большей, чем у диэлектрических материалов, используемых для изоляции. При неравномерном и сильном смачивании изоляции электрическое поле искажается и напряжение пробоя снижается.

На практике удалить поглощенную влагу из утеплителя при сушке возможно, но этот процесс является трудоемким и энергозатратным.

Индекс поляризации PI (Polarization Index) показывает способность заряженных частиц двигаться в диэлектрике под действием электрического поля, что определяет степень старения изоляции или остаточный срок службы изоляции. Метод измерения основан на сравнении значений сопротивления изоляции через 60 и 600 секунд после начала испытания:

ИП = R600/R60

Коэффициент диэлектрического разряда DD (Диэлектрический разряд) используется при проверке неоднородной или многослойной изоляции и позволяет выявить дефектный слой среди годных слоев с высоким сопротивлением. Такой дефект невозможно обнаружить с помощью стандартных измерений коэффициентов PI и DAR.

Сначала изоляция заряжается напряжением в течение определенного времени, а затем измеряется емкость. После завершения процесса зарядки и поляризации через изоляцию будет протекать только ток утечки. Затем объект измерения разряжается, и через изоляцию проходит ток диэлектрического разряда. Этот ток представляет собой сумму тока разряда емкости и тока поглощения.

При отсутствии испытательного напряжения ток утечки будет незначительным. Коэффициент диэлектрического разряда характеризует качество изоляции независимо от испытательного напряжения. Через 1 минуту после короткого замыкания измеряют остаточный ток. Значение DD рассчитывается по следующей формуле:

DD= I1мин/(Uизм*C)

где: I1min — ток, измеренный через 1 минуту после короткого замыкания (нА) U — напряжение в момент измерения (В) C — емкость (мкФ)

Допустимые значения сопротивления изоляции

В таблице ниже приведены минимально допустимые значения сопротивления изоляции электроустановок, приборов, вторичных цепей и электрических кабелей напряжением до 1000 В.

Эти значения приведены в соответствии с ПУЭ (Правила устройства электроустановок) глава 1.8 и ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок) приложение 3; 3.1

Имя элемента	Напряжение мегаомметра, В	Сопротивление изоляции, МОм	Примечание
Электротехнические изделия и устройства на номинальное напряжение, В:	Необходимо следовать указаниям производителя, но не менее 0,5	При измерениях полупроводниковые блоки в изделиях должны быть зашунтированы
до 50 от 50 до 100 от 100 до 380 от 380	100 250 500 — 1000 1000 — 2500
Распределительные блоки, щиты и проводники	1000 — 2500	по крайней мере 1	Замеры производятся на каждой секции распределительного устройства
Прокладка кабелей, в том числе сетей освещения	1000	не менее 0,5	При измерении в цепях должны быть приняты меры для предотвращения повреждения приборов, особенно микроэлектронных и полупроводниковых приборов. В осветительных сетях необходимо выкрутить лампы, подключить розетки и выключатели
Вторичные цепи выключателей, цепи питания приводов выключателей и разъединителей, цепи управления, защиты, автоматики, телемеханики и др.	1000	по крайней мере 1	Измерения производятся со всеми подключенными устройствами (катушки, контакторы, пускатели, выключатели, реле, блоки, вторичные обмотки трансформаторов напряжения и тока)
Краны и подъемники	1000	не менее 0,5	Производится не реже одного раза в год
Стационарные электрические плиты	1000	по крайней мере 1	Производится при нагреве плиты не реже одного раза в год
Шины постоянного тока и шины напряжения на панелях управления	500 — 1000	минимум 10	Изготовлено с отключенными цепями
Цепи управления, защиты, автоматики, телемеханики, возбуждения машин постоянного тока на напряжение 500 — 1000 В, подключаемых к главным цепям	500 — 1000	по крайней мере 1	Сопротивление изоляции цепей напряжением до 60 В, питающихся от отдельного источника, измеряется мегаомметром на напряжение 500 В и должно быть не менее 0,5 МОм
Цепи, содержащие устройства с микроэлектронными элементами, рассчитанные на рабочее напряжение, В:
до 60 старше 60	100 500	не менее 0,5 не менее 0,5

Условия при проведении измерений

Измерения проводят в помещении при температуре 25±10°С и относительной влажности воздуха не более 80 %, если иные условия не предусмотрены стандартами или техническими условиями на кабели, провода, шнуры и оборудование.

Значение электрического сопротивления изоляции соединительных проводов измерительной цепи должно не менее чем в 20 раз превышать минимально допустимое значение электрического сопротивления изоляции испытуемого изделия.

Изоляционные свойства электрооборудования рекомендуется измерять по однотипным цепям и при одной и той же температуре. Сравнение изоляционных свойств следует проводить при одинаковой температуре изоляции или близких ее значениях (разность температур не более 5 °С). Если это невозможно, следует произвести преобразование температуры.

Подготовка к выполнению измерений

При подготовке измерений необходимо провести ряд технических мероприятий в соответствии с межотраслевыми правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок ПОТ Р М-016-2001, а также требованиями ГОСТ 12.3.019. -80 (Система норм безопасности труда (ССБТ).

Электротехнические испытания и измерения. Общие требования безопасности). При проведении испытаний руководствоваться требованиями инструкции по охране труда при измерении сопротивления изоляции.

1. Измерения необходимо проводить мегаомметрами разных типов и на разные напряжения в зависимости от требований к испытательному напряжению.
2. Проверить срок действия подтверждения состояния мегаомметра.
3. При проведении периодических ремонтных работ в электроустановках, а также при проведении работ на реконструируемых объектах в электроустановках подготовка рабочего места осуществляется персоналом предприятия, на котором выполняются работы.
4. Перед началом измерений необходимо изучить электроустановку здания и убедиться в отсутствии напряжения на объекте испытаний, принять меры по недопущению проникновения на объект испытаний лиц, не участвующих в испытаниях, при необходимости назначить наблюдатель.
5. Выключить электроприборы, снять предохранители, отключить приборы (выключатели, выключатели), отсоединить электронные цепи и электронные устройства, электрические части электроустановки с пониженной изоляцией или пониженным испытательным напряжением.
6. Проверьте работу мегомметра.

Мегаомметры

В качестве измерительных приборов применяют аналоговые мегаомметры, например М4100, ЭСО202, или цифровые приборы, получившие в последнее время широкое распространение.

Но независимо от типа, все мегаомметры должны иметь действующие документы об их поверке или сертификации.

Выполнение измерений

Измерения сопротивления изоляции осуществляют прямым измерением сопротивления между каждой токопроводящей жилой, одной токопроводящей жилой и остальными жилами, соединенными друг с другом и по отношению к земле (заземляющей шине).

Для кабелей с металлической оболочкой, экраном или броней — между каждой токопроводящей жилой и остальными жилами, соединенными между собой и оболочкой, экраном или броней.

Для электроустановок измерения производятся между всеми изолированными частями.

Для исключения влияния поверхностных токов при измерении сопротивления необходимо использовать трехпроводной метод измерения.

Сопротивление изоляции, измеренное при испытательном напряжении, считается удовлетворительным, если оно соответствует минимально допустимым значениям, приведенным в таблице. Если результаты измерений показали значения, отклоняющиеся от этих допустимых, необходимо провести повторные измерения с отсоединенными от клемм потребителей кабелями, проводами и проводами и разъединенными токонесущими жилами.

Величину показаний мегаомметра регистрируют через 1 мин с момента подачи измерительного напряжения, но не более 5 мин, если иные требования не приведены в стандартах или технических условиях на конкретную кабельную продукцию или другое измерительное оборудование.

Для нового измерения все металлические элементы кабельного изделия должны быть заземлены не менее чем на 2 минуты.

При измерениях допускаются погрешности из-за погрешностей измерительных приборов и устройств, дополнительных емкостей и индуктивных связей между элементами в измерительной цепи, влияния температуры, влияния внешних электромагнитных и электростатических полей на измерительный прибор, методические погрешности и др

Как измерить абсорбцию

Для определения сопротивления необходимы определенные условия. Температура среды должна быть от +10 до +35°С. Если показатель ниже, цифровое значение увеличивается, при увеличении – уменьшается.

Любой изоляционный материал обладает электрической емкостью. При подключении к напряжению в изоляционном материале образуются токи, насыщающие его. Эти токи называются токами поглощения, время проникновения в материал зависит от качества и размеров.

Формула для расчета коэффициента абсорбции

Коэффициент поглощения – это показатель, определяющий уровень влажности утепляющего материала.

Формула расчета проста:

коэффициент = R60/R15,

где R60 — электрическое сопротивление через 60 с после начала испытания;

R15 — электрическое сопротивление через 15 с после начала испытания.

Читайте также: Капельная система разморозки холодильника: как работает, отличия

Измерение мегомметром

Для измерений используются мегаомметры, на экране которых через определенные промежутки времени отображается коэффициент поглощения. По умолчанию у этих устройств есть 3 интервала — через 15, 60 и 600 секунд. Большинство современных мегаомметров имеют встроенную функцию установки других временных диапазонов.

В торговой сети предлагаются различные мегаомметры (на 250, 500, 1000, 2500 В). Через их щупы проходит напряжение, через определенные промежутки времени регистрируются значения коэффициентов. В стандартной ситуации сопротивление измеряется через 15 и 60 секунд после начала тестирования. Перед началом испытания преобразователь заземляют, с обмоток снимают напряжение.

При необходимости измерения сопротивления между обмотками и корпусом или обмотками нескольких трансформаторов между собой значение определяют для каждой независимой цепи (остальные соединены друг с другом и с корпусом).

В обязательном порядке измеряют температуру: если она ниже +10°С, обмотки греются.

Норматив для изоляции

Значение коэффициента является показателем ресурса изоляционного материала. Этот тест занимает относительно много времени и позволяет охарактеризовать ток, замедленный поляризацией. Разница показателей для сухого и мокрого утеплителя обусловлена ​​разной продолжительностью заряда материала.

Нормальная изоляция

Среднее стандартное значение коэффициента поглощения составляет 1,3.

На практике:

• К < 1,25 — недостаточная изоляция;
• К = 1,25-1,6 — хорошая теплоизоляция;
• K>1,6 — очень хорошая изоляция

Если трансформатор новый, расчетное или измеренное значение не должно быть ниже указанного производителем более чем на 20 %. Если это условие не соблюдается, оборудование требует сушки.

Сухая

Норма для несмачиваемой обмотки К=1,3-2,0. Ток в начале теста резко возрастает, затем снижается. Значение через 60 секунд отличается от значения через 15 секунд прибл. 30% вверх.

Влажная

Если утеплитель влажный, коэффициент имеет показатель, близкий к единице. Ток устанавливается быстро, в течение 45 секунд мало меняется.

Значения электрического сопротивления для всех типов трансформаторов определены в ПУЭ (правилах устройства электроустановок):

1. Для трансформаторов мощностью до 35 кВ — 450-40 МОм (в зависимости от температуры).
2. Для сухих конвертеров от:

• 100 МОм при напряжении обмотки 1 кВ;
• 300 МОм при напряжении обмотки 1-6 кВ;
• от 500 МОм — от 6 кВ.

Для трансформаторов до 1600 кВА испытания не обязательны.

Как подсчитать

В ходе испытаний определяют показатели стойкости, по которым рассчитывают значение коэффициента поглощения. Расчет осуществляется по следующей формуле:

в котором:

• R60 — значение сопротивления, полученное через 1 мин от начала испытания;
• R — аналогичный показатель, измеряемый через 15 секунд с момента включения питания.

В результате расчета по измеренным данным получают значение коэффициента поглощения, которое следует сравнить с нормированным значением.

Нормированные показатели

Определив значение этого показателя, можно установить ресурс изолирующей обмотки. Чем выше коэффициент, тем дольше прослужит изоляционное покрытие. Значение в пределах 1,3 считается нормой.

Приведенные ниже фактические значения указывают на следующее состояние изоляции:

• 1,25 и меньше — изоляция не соответствует требованиям;
• от 1,25 до 1,6 — в пределах нормы;
• 1,6 — покрытие с большим ресурсом.

Для трансформаторов также нормируются показатели сопротивления R60 в зависимости от мощности оборудования и температуры обмоток. Нормы проверяются по следующей таблице:

Для нового оборудования отклонение от значения, указанного изготовителем в паспортной документации, не должно превышать 20 процентов.

Если показатель прибора ниже нормы, необходима дальнейшая сушка прибора, после чего процедура измерения повторяется. При получении подобных данных после высыхания ресурс изоляционного покрытия исчерпан, и прибор подлежит ремонту.

Требования безопасности при проведении испытаний

Для обеспечения безопасности при проведении этих испытаний должны выполняться следующие требования:

• работу не разрешается проводить в одиночку;
• для предотвращения риска поражения электрическим током следует использовать установленные средства защиты;
• при подключении разъемов оборудование должно быть выключено;
• рабочая зона предварительно ограждена, с установкой знаков безопасности и предупредительных плакатов;
• нельзя прикасаться к токоведущим частям без использования специальных изолирующих стержней;
• использование диэлектрических перчаток обязательно, если величина напряжения превышает 1 кВ.

Измерения должны проводиться специалистами аккредитованной лаборатории на оборудовании, прошедшем своевременную поверку.

Коэффициент поглощения позволяет определить соответствие состояния изоляционного покрытия обмоточного провода требованиям нормативных документов и обеспечить контроль работоспособности трансформатора.