Dijagnostika elemenata elektroenergetskog sistema

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjkl

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjkl

SVEUILITE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAUNARSTVA

Zavod za visoki napon i energetiku 10000 ZAGREB, Unska 3, HRVATSKA

DIJAGNOSTIKA U ODRAVANJU ELEMENATA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA

Odravanje elektroenergetskog sustava

Zagreb, 2013.

Izv. prof. dr. sc. Igor Kuzle

Dijagnostika u odravanju elemenata elektroenergetskog sustava

i

Sadraj *. POPIS OZNAKA I SKRAENICA ....................................................................................... iii 1 UVOD ................................................................................................................................. 12 METODE KOJE SE KORISTE U TEHNIKOJ DIJAGNOSTICI .......................... 23 DIJAGNOSTIKA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA ...................................... 5

3.1 Ispitivanje izolacije namota istosmjernim i izmjeninim naponom ................................. 6

3.1.1 Ispitivanje izolacijskog sustava transformatora istosmjernim naponom .................. 6

3.1.2 Ispitivanje izolacijskog sustava transformatora izmjeninim naponom mjerenjem kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka ............................................ 11

3.1.3 Ispitivanje vlanosti izolacije transformatora metodom obnovljenog napona ....... 15

3.2 Kontrola namota i jezgre ................................................................................................ 17

3.2.1 Ispitivanje jezgre transformatora mjerenjem struja magnetiziranja ........................ 17

3.2.2 Mjerenje djelatnog otpora namota .......................................................................... 18

3.3 Ispitivanja deformacije namota ...................................................................................... 21

3.3.1 Mjerenje rasipnih induktiviteta ............................................................................... 21

3.3.2 Ispitivanje deformacija namota mjerenjem frekvencijskog odziva transformatora (FRA) .............................................................................................. 23

3.4 Mjerenje kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka provodnih izolatora ..................... 24

3.5 Fizikalno-kemijska analiza ulja i preostali vijek trajanja ulja ........................................ 26

3.6 Kromatografska analiza plinova otopljenih u ulju ......................................................... 28

3.7 Stupanj polimerizacije papira (DP) ................................................................................ 28

3.8 Sadraj estica u ulju i 2-furfural (2-FAL) i spojevi ...................................................... 29

4 DIJAGNOSTIKA RASKLOPNIH POSTROJENJA .................................................. 304.1 Ispitivanja mjernih transformatora ................................................................................. 30

4.1.1 Ispitivanje izolacijskog sustava mjernih transformatora istosmjernim naponom ... 31

4.1.2 Ispitivanje izolacijskog sustava mjernih transformatora izmjeninim naponom mjerenjem kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka ............................................ 32

4.2 Dijagnostika prekidaa ................................................................................................... 34

4.2.1 Ispitivanja mehanikih operacija ............................................................................ 35

4.2.2 Mjerenje otpora glavnog strujnog kruga ................................................................. 364.2.3 Ispitivanja stanja izolacije ....................................................................................... 36

4.2.4 Ispitivanje pomonih i upravljakih ureaja te signalizacije .................................. 37

4.3 Ispitivanja rastavljaa ..................................................................................................... 37


ii

4.3.1 Ispitivanje elektrinih i mehanikih blokada te upravljakih ureaja i signalizacije ............................................................................................................. 37

4.3.2 Mjerenje otpora glavnog strujnog puta ................................................................... 37

5 ISPITIVANJA ODVODNIKA PRENAPONA ............................................................. 386 DIJAGNOSTIKA ELEKTROENERGETSKIH VODOVA ...................................... 40

6.1 Dijagnostika nadzemnih vodova .................................................................................... 40

6.2 Dijagnostika kabelskih vodova ...................................................................................... 40

6.2.1 Mjerenje faktora dielektrinih gubitaka .................................................................. 41

6.2.2 Metoda obnovljenog napona ................................................................................... 42

6.2.3 Metoda parcijalnih izbijanja ................................................................................... 43

6.2.4 Ispitivanja niskim frekvencijama ............................................................................ 43

7 TERMOVIZIJSKA ISPITIVANJA .............................................................................. 458 ULAGANJA U DIJAGNOSTIKU OPREMU ........................................................... 529 ZAKLJUAK ................................................................................................................. 5310 LITERATURA ................................................................................................................ 54


iii

POPIS OZNAKA I SKRAENICA

A Oznake

presjek zranog raspora C idealan kapacitet C parazitni kapacitet p C kapacitet transformatora tr C ukupni kapacitet u C rasipni kapacitet x DP odabrana poetna vrijednost stupnja polimerizacije 0 DP izmjerena vrijednost stupnja polimerizacije i DP odabrana kritina vrijednost stupnja polimerizacije K I struja kroz mjerni krug, struja pri trenutnom optereenju, struja kroz svitak I struja pri nazivnom optereenju 100 I jalova komponenta struje, kondukcijska struja C I izmjerena vrijednost struja magnetiziranja m i.p. indeks polarizacije Ip struja elektrinog pomaka I kratkospojna prekidna mo p I referentna vrijednost struja magnetiziranja ref I djelatna komponenta struje R I stvarne vrijednosti struje t I kratkospojna uklopna mo ukl k konstanta K neutralizacijski broj B k korekcijskim faktorom R k korekcijski faktor dielektrinih gubitaka l duljina namota L rasipni induktivitet X L najvea vrijednost izmjerenog rasipnog induktiviteta jednog namota Xmax L najmanja vrijednost izmjerenog rasipnog induktiviteta jednog namota Xmin L vrijednost rasipnog induktiviteta zadnjeg mjerenja Xref


iv

L asimetrinosti rasipnih induktiviteta Xasim N broj zavoja n preostali ivotni vijek transformatora [%] r R otpor izolacije, idealan otpornik R otpor na referentnoj temperaturi od 20C 20 R najvia vrijednost otpora faze jednog namota max R najnia vrijednost otpora faze jednog namota min R izmjereni djelatni otpor izolacije pri nekoj temperaturi T T S tjemena vrijednost obnovljenog napona r t temperatura t vrijeme nabijanja c t vrijeme izbijanja d t vrijeme postizanja obnovljenog napona m T temperatura namota transformatora T temperaturno prekoraenje pri trenutnom optereenju T temperaturno prekoraenje pri nazivnom optereenju 100 tg faktor dielektrinih gubitaka tg faktor dielektrinih gubitaka na referentnoj temperaturu od 20C 20 tg izmjereni faktor dielektrinih gubitaka T U napon narinut na dielektrik U narinuti napon i V tjemena vrijednost obnovljenog napona r X rasipna reaktancija L rasipni magnetski tok r permeabilnost vremenska konstanta nabijanja izolacije 10 kruna frekvencija


v

DP Skraenice

stupanj polimerizacije papira FFT brza Fourierova transformacija (engl. Fast Fourier Transformation)

FRA mjerenje frekvencijskog odziva transformatora (engl. Frequency Response Analysis)

GIS plinom izolirano sklopno postrojenje (engl. Gas Insulated Switchgear)

HPLC visokouinska tekuinska kromatografija (engl. )

IEC meunarodna elektrotehnika komisija za standardizaciju (engl. International Electrotechnical Commission)

LCM mjerenje struje odvoenja (engl. Leakage Current Monitor).

PD parcijalno izbijanje (engl. Partial Discharge)

RVM mjerenje obnovljenog napona (engl. Recovery Voltage Measurement)

VN visokonaponski

ZnO cink-oksidni


1

1 UVOD Pojam dijagnostike (grka rije diagnosis - zakljuivanje ili ocjenjivanje), odnosno dijagnoze, javio se najprije u medicinskoj znanosti. Tehnika dijagnostika kao znanstvena i struna grana postoji nekoliko desetaka godina i podrazumijeva sve aktivnosti koje se provode s ciljem utvrivanja trenutnog stanja tehnikih sustava i predvianja njihovog budueg vladanja. Njene sastavnice su mjerne metode i procedure te ekspertna znanja. Dijagnostika ureaja je pravovremeno ili periodiko odreivanje stanja ureaja i njegovih sastavnih dijelova s ciljem poveanja pouzdanosti pogona, smanjenja trokova odravanja, obnove ili popravka. Osim toga dijagnostika omoguava kvalitetnu procjenu progresije starenja i preostale ivotne dobi te odreivanje i planiranje obnove, zamjenu dotrajale opreme kao i optimalnih korekcijskih zahvata tj. usko je povezana sa strategijom odravanja prema stanju opreme, ime izravno utjee na smanjenje trokova koji su posljedica zastoja u proizvodnji, prijenosu i distribuciji elektrine energije [1].

Tehnikom dijagnostikom provodi se: provjera ispravnosti tehnikog stanja sustava; provjera radne sposobnosti tehnikog sustava; provjera funkcionalnosti i istraivanje kvara (mjesto, oblik i uzrok kvara). Primjena i uvoenje sustava tehnike dijagnostike zahtjeva razradu odgovarajuih metoda i njene organizacije, upoznavanje s fiziko-tehnikim problemima koji se javljaju tijekom pogona postrojenja, provoenje odreenih kontrola i usporedbi itd. Ostarjelost nekog elementa elektroenergetskog sustava najee je obiljeje koje opisuje nepopravljive promjene u fizikim i kemijskim znaajkama materijala koji ine izolacijski sustav. Utvrivanje stupnja oteenja odnosno oneienosti izolacije jedna je od najvanijih zadaa dijagnostikih mjerenja.

Razvoj kontrolne, mjerne i raunalne tehnike omoguio je uvoenje jedinstvenog sustava za operativno upravljanje postrojenjem to u konanici vodi do koncepta integralne dijagnostike njegovih elemenata. Zahvaljujui razvoju sustava za nadzor (engl. monitoring), slube odravanja mogu se usredotoiti na poslove viih prioriteta. U suvremenim postrojenjima lokalnim informacijskim mreama podatci i informacije prenose se od postrojenja pa sve do svih raunala spojenih na korisniki Intranet.

Nadzor opreme podrazumijeva automatizirano i kontinuirano odreivanje njezinog stanja. Sustavom nadzora moe se pratiti vrijednost vie parametara unutar postrojenja, a ovisno o broju i tipu tih parametara razlikuju se djelomini i potpuni sustavi motrenja. Djelominim sustavima se prati jedna ili nekoliko srodnih veliina, dok je, s druge strane, potpunim sustavom nadzora mogue motriti stotinjak razliitih parametara odreenog elementa postrojenja. Potpuni sustavi nadzora esto sadre i ekspertni podsustav koji na temelju sakupljenih podataka i dijagnostike temeljene na ugraenim ekspertnim znanjima i algoritama rano upozoravaju operatera na nadolazee probleme i preporuuju potrebna djelovanja. Ciljevi dijagnostike i nadzora su identini: poveanje ekonominosti pogona i raspoloivosti opreme. Nadzorom se prate parametri potrebni za ispravan rad opreme i sustava, a dijagnosticirati znai usporediti vrijednosti izmjerenih parametara s referentnim vrijednostima i zakljuiti o vrsti eventualno nastalog poremeaja. Moe se rei da je automatizirana dijagnostika "bez vremenskog zatezanja" u stvari sinonim za sustav nadzora [2].


2

2 METODE KOJE SE KORISTE U TEHNIKOJ DIJAGNOSTICI Postoji vie metoda i razliitih vrsta dijagnostike opreme kojima se provjeravaju, odnosno procjenjuju stanja svih bitnih dijelova elektroenergetskih postrojenja. Dijagnostika ureaja na terenu razlikuje se od tvornikih ispitivanja proizvoda u laboratoriju samom injenicom to je na mjesto ugradnje mogue dopremiti samo prenosivu ispitnu opremu. Naravno, i "tvornika" i "terenska" ispitivanja imaju svoju zadau. Temeljem njihove usporedbe provjerava se koliko su se odreeni mjereni parametri promijenili od trenutka kada je oprema proizvedena do trenutka ispitivanja na terenu.

S obzirom na mjesto ispitivanja, dijagnostika moe podijeliti na: - Ispitivanja na terenu - tijekom kojih se koriste prenosivi ureaji za mjerenje elektrikih, mehanikih, ultrazvunih, toplinskih veliina itd. - Ispitivanja u laboratoriju - tijekom kojih se koriste ureaji predvieni za rad u laboratorijskim uvjetima.

U terenskim uvjetima u pravilu nije mogue osigurati referentne uvjete koji su za laboratorijske uvjete normirani. Stoga su laboratorijska ispitivanja u pravilu tonija i zbog toga se smatraju referentnima. Meutim, utjecaj referentnih uvjeta i moguih smetnji koje one uzrokuju u veini se sluajeva moe kontrolirati posebnom obukom ispitivaa i odgovarajuim nainom primjene mjernih metoda prilagoenih terenskim uvjetima te koritenjem korekcijskih faktora prilikom analize dobivenih rezultata.

Openito dijagnostike metode mogu biti kemijske, elektrine, termike, optike i mehanike (slika 1).

Slika 1. Dijagnostike metode


3

Broj dijagnostikih metoda za odreivanje stanja elemenata elektroenergetskog sustava prilino je velik. Primjena svih poznatih dijagnostikih metoda na svakom pojedinom elementu predstavljala bi izuzetno zahtjevan, skup i vremenski dugotrajan posao, koji u veini sluajeva ne bi bio isplativ. Zbog toga je uvedena podjela dijagnostikih metoda u nekoliko razina primjene: - standardni opseg dijagnostikih metoda - primjenjuje se na sve vrste ureaja; - proireni opseg dijagnostikih metoda - primjenjuje se prilikom prvog putanja u pogon

ili u okviru postupka procjene preostalog vijeka trajanja ureaja; - specijalne dijagnostike metode - u sluaju potreba za analizom kvara ili specijaliziranim metodama.

Razvrstavanje pojedinih dijagnostikih metoda u grupe na opisani nain ipak treba shvatiti uvjetno. Naime, razvojem i pojednostavljenjem dijagnostike tehnike prisutna je tendencija poveanja standardnog opsega na raun proirenog i specijalnog opsega dijagnostikih metoda. Ovakav pristup dijagnostici pokazao se ekonominim i uinkovitim. Ureaji u ispravnom stanju, tj. vei dio instaliranih ureaja, su pod redovitim dijagnostikim nadzorom, ali troak njihove dijagnostike nije velik, niti ureaj treba dugotrajno iskljuiti iz mree. Tek ako se stanje ureaja pogora ili ukoliko nastupi kvar, primjenjuje se via razina dijagnostike koja zahtijeva dugotrajnije iskljuenje ureaja. Poveani troak dijagnostike u tom sluaju se opravdava smanjivanjem trokova odravanja i eventualnog popravka ureaja te smanjenjem vjerojatnosti budueg kvara ime se pojeftinjuje jedinini proizvod te povisuje kondicijska/radna sposobnost opreme. Dijagnostike metode koritene u mjernim postupcima veinom su temeljene na spoznajama analitikog kemijskog inenjerstva i visokonaponske ispitne tehnike. Najznaajnije od dijagnostikih metoda koje se koriste u elektroenergetskom sustavu: - Vizuelno-optika dijagnostika kao jedan od najstarijih naina dijagnosticiranja. Naroito

iroku primjenu ima endoskopija koja se najvie koristi u dijagnostici proizvodnih postrojenja (vizuelna kontrola stanja: turbina, turbinskih lopatica, turbinskih rotora, cijevi kondenzatora, izmjenjivaa topline, kolektora, i sl. kao i za ocjenu pojave naslaga od korozije na svim elementima elektroenergetskog sustava). - Termodijagnostika je nala iroku primjenu u otkrivanju kvarova u redovnom radu postrojenja. Temelji se na praenju termikog stanja elektroenergetskih postrojenja u cilju otkrivanja nedostatka i oteenja. U praktinoj upotrebi su metode mjerenja koje mogu biti kontaktne, bezkontaktne, indikatorske i druge. U proizvodnim postrojenjim mogu se pratiti termika stanja vitalnih dijelova turbina, kontrola termikog stanja cijevnog sustava kotla, parovoda, termiko stanje namotaja statora i rotora generatora, temperature leajeva, temperature fluida i sl., a za tu najmenu najee se koriste termistori, termoelementi, otporni termometri te bezkontaktni infracrveni senzori, a u novije vrijeme optiki temperaturni mjerni pretvarai. U rasklopnim postrojenjima i u sluaju vodova najee se koriste termovizijska mjerenja kojima se otkrivaju mjesta opasnog lokalnog zagrijavanja elemenata elektroenergetskog sustava, s ciljem ranog otkrivanja uzroka zagrijavanja. Primjenom termovizije otkrivaju se neistoe na spojnim mjestima, loi spojevi, eventualne slabe pritegnutosti, strujni transformatori s otvorenim sekundarom, oteene komore prekidaa, kvarovi na sustavu za hlaenje transformatora s


4

prisilnom cirkulacijom, promjene na materijalu te fizika oteenja i niz drugih kvarova koji mogu nastati zbog disipacije na loim spojevima. - Vibrodijagnostika je najuinkovitija dijagnostika metoda za predvianje i utvrivanje stanja rotirajuih elemenata u pogonu. Rad veine rotirajuih dijelova postrojenja (turbine, crpke, ventilatori itd.) praen je pojavom vibracija koje je mogue mjeriti, pratiti i klasificirati. Tijekom poremeaja u pogonu razina vibracija se poveava, ponekad i znatno iznad utvrenih i dozvoljenih normi. Mjere se tri osnovne veliine: amplituda vibracija (od 0 do 10 kHz), brzina vibracija (10 Hz do 10 kHz) i ubrzanje vibracije (1 kHz do >100 kHz). Pomou vibrodijagnostike mogue je otkriti oteenja na lopaticama turbine, ventilatora i sl., pojave pukotina na rotirajuim dijelovima, itd. Unato dugoj primjeni, za tumaenje dobivenih rezultata potrebno je iskustvo strunjaka kao i veliki broj rezultata mjerenja. - Dijagnostika primjenom udarnih impulsa. Koristi se za utvrivanje pogonskog stanja kotrljajuih leajeva poput oteenja, zaprljanja ili njihove loe ugradnje. - Dijagnostika umom provodi se na temelju analize spektra umova za praenje stanje fluida koji protie kroz neki cijevni sustav kao i stanje ventila i crpki koji taj protok omoguavaju kao i za praenje curenja fluida. - Detekcija parcijalnih izbijanja u izolaciji primjenjiva je za dijagnostiku svih elemenata u elektroenergetskoj mrei. Pojava parcijalnih izbijanja posljedica je nehomogenosti izolacijskog materijala te nazonosti oneiivaa u izolaciji. Pod utjecajem vanjskog elektrinog polja u podruju nehomogenosti dolazi do pojave porasta elektrinog polja i konano do djelominog proboja segmenta izolacije. Predmetni proboji, tj. pranjenja, mogu se podijeliti, na one kod kojih je osloboena energija mala i koji se nazivaju pranjenja niskog intenziteta i na one u sluaju kojih je osloboena energija velika i koji se nazivaju pranjenja visokog intenziteta. Pranjenja niskog intenziteta redovito se pojavljuju u normalnom pogonu kao posljedica navedenih nehomogenosti, ali ne izazivaju trajna oteenja na izolacijskom sustavu. Pranjenja visokog intenziteta opasna su jer izazivaju trajno oteenje izolacijskog sustava. Za elektrine izboje u izolaciji karakteristino je da nastaju vrlo kratki izbojni impulsi frekvencijskog spektra od 0 Hz do nekoliko MHz. Nain prikljuivanja detektora parcijalnih izbijanja te frekvencijsko podruje u kojem se izboji mjere definirani su standardom IEC 270. Na transformatorima viih naponskih razina kao i u sluaju GIS (engl. Gas Insulated Switchgear) postrojenja koriste se PD detektori (engl. Partial Discharge) s kapacitivnom spregom. Za ispitivanja srednjonaponskih aparata upotrebljavaju se ultrasonini detektori izbijanja ili runi PD senzori s kapacitivnom spregom za ispitivanje spojnog pribora (kabelske glave, spojnice).


5

3 DIJAGNOSTIKA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA Tijekom pogona energetski transformator izloen je raznim mehanikim naprezanjima (vibracije), dinamikim silama kratkih spojeva te termikim i kemijskim utjecajima. Postoje razne metode za ocjenu stanja transformatora (kemijske, elektrike, optike, akustike i mehanike), ali niti jedna postojeih metoda nije sveobuhvatna tj. uvijek se ocjena stanja transformatora temelji na rezultatima vie metoda [4]. Svaka dijagnostika metoda pokazuje stanje pojedinog dijela transformatora dok ukupna mjerenja te interpretacija izmjerenih podataka daju pravu sliku stanja cijelog transformatora.

Dijagnostika ispitivanja energetskog transformatora mogu se podijeliti na: - Elektrika ispitivanja na terenu: Ispitivanja izolacije namota istosmjernim i izmjeninim naponom

: mjerenje otpora izolacije namota U-I metodom istosmjernim naponom 1000 V, mjerenje kapaciteta i faktora dielektrikih gubitaka (tg) izolacije namota s izmjeninim naponom 1-10 kV, 50 Hz i ispitivanje ovlaenosti izolacijskog sustava ulje - papir metodom obnovljivog napona (engl. Recovery Voltage Measurement - RVM);

Kontrola namota i jezgre

: mjerenje struje magnetiziranja niskim naponom 3x380 V, mjerenje otpora namota U-I metodom (10 A istosmjerno), u sluaju regulacijskih transformatora mjerenje otpora u svim poloajima regulacije, mjerenje prijenosnog omjera transformatora;

Provjera deformacije namota: mjerenje rasipnog induktiviteta namota (LX

) mosnom metodom (najee se primjenjuje Maxwellov most) i mjerenje frekvencijskog odziva transformatora u podruju 100 Hz 1 MHz (engl. Frequency Response Analysis - FRA);

Mjerenje kapaciteta i faktora dielektrikih gubitaka (tg) provodnih izolatora s mjernim prikljukom

.

Kontrola parcijalnih izbijanja metodom ultrazvuka

- Laboratorijska ispitivanja papira i ulja:

: U transformatoru se tijekom njegova vijeka trajanja mogu nastati pojave tetne za izolaciju transformatora, koje su istovremeno izvori ultrazvuka zvuka. To su parcijalna izbijanja i pregrijavanja pojedinih dijelova transformatora s temperaturama iznad 200C. Postavljanjem vie ultrazvunih detektora po kotlu transformatora mogue je prikupljati ultrazvune signale dok je transformator u pogonu. Analiziranjem dobivenih signala mogue je odrediti mjesto u kotlu transformatora koje je izvor ultrazvuka, a samim tim i lokaciju eventualnog kvara. Pomou ove metode mogue je locirati izvor parcijalnih izbijanja u transformatoru ili izvor jakog pregrijavanja.

fizikalno kemijska analiza ulja, kromatografska analiza plinova, sadraj vode u ulju, sadraj furana u ulju).


6

Dijagnostika ispitivanja provode se priblino svake 2-6 godina u ovisnosti o stanju i vrsti transformatora, zahtjevima za raspoloivost te starosti (u novije vrijeme predmetna ispitivanja provode se na godinjoj razini). Bitan imbenik je i izloenost ekstremnim situacijama kao to su kratki spojevi, atmosferski ili pogonski prenaponi i sl. Pri intrepretaciji rezultata vano je uzeti u obzir referentne vrijednosti s prethodnih ili tvornikih mjerenja. Zbog mogunosti usporedbe potrebno je koristiti iste spojeve te mjerne veliine pomou korekcijskih faktora pretvoriti na referentnu temperaturu od 20C.

3.1 Ispitivanje izolacije namota istosmjernim i izmjeninim naponom

3.1.1 Ispitivanje izolacijskog sustava transformatora istosmjernim naponom Izolacijski sustav veine transformatora sastoji se od izolacijskog ulja i izolacijskog papira. Ulje se moe zamijeniti, a papir ostaje dok traje i transformator pa je vijek trajanja transformatora odreen vijekom trajanja sustava izolacije, tj. vijekom trajanja papira u izolaciji.

Papirna izolacija transformatora

Molekule koje oneiuju izolaciju, (molekule vode i ostali produkti starenja) pod utjecajem elektrinog polja, zakreu se u smjeru polja, tj. polariziraju se, i pri tome se u njima akumulira energija. Ovisno koliini oneienja, za odvijanje kompletnog procesa polarizacije potrebno je odreeno vrijeme (vremenska konstanta polarizacije) koje je tim krae to je oneienje izolacije vee. Vrijednost otpora izolacije (engl. Insulation Resistance) dobije se mjernjem ukupne struje pri narinutom poznatom istosmjernom naponu nakon 10 minuta. Rezultati se oitavaju i nakon 15 i 60 sekundi (R15'', R60''). Otpor izolacije oitan u desetoj minuti (R10') ovisi samo o koliini vodljivih tvari u izolaciji transformatora i najbolji je pokazatelj stanja


7

izolacije, jer je proces polarizacije u najveoj mjeri zavren. Prilikom mjerenja otpora izolacije potrebno je uzeti u obzir dva vana faktora. Prvi se odnosi na struju koja protjee kroz ili po izolaciji, a drugi faktor ovisi o vremenskom trajanju narinutog ispitnog napona. Ukupna struja jest zbroj dviju razliitih struja (slika 2).

t [min]10

Ic - kondukcijska struja

Ip - struja elektrinog pomakaI [nA]

Ic

Ip+Ic

Slika 2. Dijagram tijeka struja [13]

Otpor izolacije odreuje se koritenjem Ohmovog zakona:

iURI

= (1)

gdje je R otpor izolacije, Ui Kondukcijska struja Ic je malena, postojana struja (neovisna o vremenu pri stalnom elektrinom polju) koju sainjavaju dvije komponente od kojih prva prolazi kroz izolacijski materijal, a druga prolazi njegovom povrinom. Nakon priljuenja napona na ispitni objekt predmetna struja vrlo brzo dostigne nazivnu vrijednost koja je odreena vlanou ili prljavtinom, a njezina vrijednost neposredan je pokazatelj stanja izolacijskog sustava, te utjee na veliinu izmjerenog otpora izolacije.

narinuti napon i I struja kroz mjerni krug.

Ip je struja elektrinog pomaka koja se smanjuje sve do zavreetka polarizacije. Indeks polarizacije i.p. (engl. Polarization Index) je temperaturno neovisan pokazatelj, a definiran je kao omjer otpora izolacije nakon 60 sekundi i otpora izolacije nakon 15 sekundi.

''

''

15'' 60

60 '' 15. .

RIi pI R

= = (2)

Indeks polarizacije nije mjerodavan za ocjenu ovlaenosti ili starosti izolacije ve korisna informacija.

Ispitivanja otpora izolacije transformatora izvode se izmeu pojedinih namota te namota i mase transformatora. Mjerenja je potrebno provoditi prema istim spojevima kao i u sluaju referentnih ispitivanja.


8

Mjerenje otpora izolacije izvodi se U-I metodom upotrebom stabiliziranog izvora, najee 1000 V i mjerne opreme (slika 3).

1000 V

nA

R2R1 R3 R5

R4

SNNN VN

Slika 3. Shema mjerenja otora izolacije tronamotnog transformatora

Granine vrijednosti otpora izolacije iskustvene su (tablica 1). Ukoliko vrijednost otpora izolacije padne na dvostruku minimalnu vrijednost preporuuje se poduzimanje mjera za poboljanje stanja izolacije (suenje izolacije).

Izolacijski sustav koji je u dobrom stanju ima poveanje otpora izolacije u ovisnosti o vremenu trajanja narinutog napona. Slika 4 prikazuje krivulju otpora dobre i ovlaene izolacije, pri emu je trend porasta vrijednosti otpora izolacije vaniji od apsolutnih iznosa otpora izolacije.

Tablica 1. Granine vrijednosti otpora izolacije

UnR

[kV] 10'

VN : SN + NN

[M] pri 20C

VN : M

110

< 1200 < 1100

NN : (SN+ VN) NN - M

< 800 < 500

Otpor izolacije ovisi i o temperaturi transformatora.


9

0 t [min]10

[]

Dobra izolacija

Loa izolacija

Slika 4. Krivulja porasta otpora izolacije

Zbog toga je izmjereni otpor izolacije potrebno preraunati na vrijednost pri referentnoj temperaturi od 20C (R20

-20

0,06244(T 20 )TR R e=

). Otpor izolacije preraunava se koritenjem izraza:

(3)

gdje je RT

Da bi se izraunala vrijednost otpora izolacije pri referentnoj temperaturi mogue je koristiti i dijagram prikazan na slici 4. Vrijednost otpora izolacije izmjerenog pri nekoj drugoj temperaturi potrebno je pomnoiti s korekcijskim faktorom k

izmjereni otpor izolacije pri nekoj temperaturi t, a T temperatura namota transformatora prilikom mjerenja otpora izolacije.

R

20 T RR R k=

oitanim sa slike 5.

(4)

Ukoliko su nedostupni referentni podaci otpora izolacije, indeks polarizacije moe biti okvirni pokazatelj stanja izolacijskog sustava, a odnosi se na vlanost izolacije. Izolacija transformatora smatra se suhom ukoliko granine vrijednosti indeksa polarizacije vee od vrijednosti navedenih u tablici 2, a nezadovoljavajuim ukoliko su manje od 1.

Vremenska konstanta nabijanja izolacije 10

Tablica 2. Granine vrijednosti i.p.

predstavlja vrlo pouzdan pokazatelj vlanosti izolacije, a definira se izrazom (5).

Naponska razina kV i.p.

110 i 220 1,5

< 110 1,3


10

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura [C]

Kor

ekci

jski

fakt

or k

R

Slika 5. Vrijednost kR

10 10 ' trR C =

za preraunavanje vrijednosti otpora izolacije na referentnu temperaturu

(5)

gdje je Ctr Stanje izolacije s obzirom na vlanost odreuje se pomou dijagrama na slici 6, dobivenog na temelju statistikih podataka. Granini pravac odreuje podruje suhe od podruja vlane izolacije.

kapacitet transformatora pri frekvenciji od 50 Hz.

Primjer oteenja papirne izolacije


11

3.1.2 Ispitivanje izolacijskog sustava transformatora izmjeninim naponom mjerenjem kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka

Tijekom vremena oprema je izloena termikom i mehanikom naprezanju, te utjecaju topline i vlage to poveava radnu temperaturu. Poveanje radne temperature ubrzava kemijske reakcije u elektrinoj izolaciji, to rezultira pogoranjem dielektrinih karakteristika. Taj proces ima lavinski karakter, pa promjena znaajki izolacije poveava faktor gubitaka i uzrokuje zagrijavanje to dovodi do daljnjeg poveanja dielektrinih gubitaka.

i

Vlana izolacija

em

ensk

a ko

nsta

nta 1

0[s

]

Slika 6. Kriterij za ocjenu vlanosti izolacije transformatora na temelju

Faktor dielektrinih gubitaka namota pokazuje stanje izolacije sa stanovita njene ovlaenosti i neistoe. Izuzetno bitna informacija prilikom interpretacije rezultata mjerenja je trend promjene vrijednosti faktora dielektrinih gubitaka tijekom vremena.

10

Transformatori, provodni izolatori, generatori, motori, VN prekidai izraeni su od metala i izolacije i posjeduju kapacitivne odlike. Ukoliko s vremenom doe do promjene kapaciteta namota to moe ukazivati na promjenu geometrije namota i izolacijskog sustava. Zbog loe razluivosti predmetna metoda se ne upotrebljava za kontrolu geometrije namota. Pri izmjeninom naponu stalne frekvencije, dielektrik s gubitcima se u pogledu kapacitivnosti i gubitaka snage moe predstaviti nadomjesnom shemom, koja se sastoji od idealnog dielektrika bez gubitaka i omskog otpora, spojenog u seriju ili paralelu (slika 7).


12

U

U

Ic I

C

Ic

I

I R

R

I R

Slika 7. Nadomjesna shema izolacijskog sustava transformatora i fazorski dijagram

Iz fazorskog dijagrama slijedi:

= = = = = =CRC

C

1UXI P 1CRtg UI Q R RCR

X

(6)

Gdje je tg faktor dielektrinih gubitaka, C idealan kapacitet, R idealan otpornik, IC jalova komponenta struje, IR

Faktor dielektrinih gubitaka namota tg ovisan je kapacitetu, otporu i frekvenciji. Izmjerene vrijednosti ne ukazuju na lokalna slaba mjesta ve daju sliku o opem stanju ispitivanog transformatora. Mjerenja kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka izolacijskog sustava transformatora izvode se mjernim ureajem na principu Scheringovog mosta. Na slici 8. prikazane su naelne sheme Sheringovog mosta s uzemljenom jednom stezaljkom izvora te neuzemljenim stezaljkama.

djelatna komponenta struje, U napon narinut na dielektrik i kruna frekvencija; =2f.

Mjerni ureaj automatski ugaa kapacitete kondenzatora poznate vrijednosti prema kapacitetu nepoznate vrijednosti Cx

C2Cx

~

R3

R4

C4

N

Rx C2Cx

~

R3

R4

C4

N

Cp

. Vrijednosti nepoznatog kapaciteta odnosno faktora dielektrinih gubitaka raunaju se koritenjem izraza (7) i (8).

Slika 8. Shema Sheringonovog mosta


13

U sluaju neuzemljenih stezaljki ureaj takoer mjeri i iznos parazitnog kapaciteta Cp koji predstavlja kapacitet visokoomskog dovoda mosta i kapacitet prema zemlji jednog dijela VN namota te ukupnog kapacitet Cu

= 4x 23

RC C

R

koji je zbroj mjernog i parazitnog kapaciteta. U sluaju uzemljene jedne stezaljke instrumenta koriste se sljedei izrazi:

i = 4 4tg C R (7)

Ukoliko se ne uzemljuju stezaljke instrumenta upotrebljavaju se izrazi:

x u pC C C= i u u p p

u p

C tg C tgtg

C C

=

(8)

Mjerni spojevi koji se koriste prilikom ispitivanja faktora dielektrinih gubitaka isti su kao i u sluaju ispitivanja otpora izolacije. Na slici 9. je prikazana shema spajanja ureaja na tronamotni transformator.

Faktor dielektrinih gubitaka je ovisan o temperaturi. Faktor dielektrinih gubitaka na referentnoj temperaturu od 20C (tg20

) dobiva se iz izraza:

-0,0202( 20)20

TTtg tg e

+= (9)

VN

Mjerni ureaj

Mjerni ulaz Uzemljenje

NN SN VN

Slika 9. Shema spajanja ureaja za mjerenje tg tronamotnog transformatora

Gdje je tg20 faktor dielektrinih gubitaka izolacije preraunat na onu vrijednost koju bi imao pri temperaturi od 20C, tgT izmjereni faktor dielektrinih gubitaka pri nekoj temperaturi T i T temperatura namota transformatora prilikom mjerenja.


14

Mogue je preraunati temperaturu koristei se dijagramom prikazanim na slici 10. Korekcijski faktor oitan s dijagrama mnoi se s izmjerenom vrijednou faktora dielektrinih gubitaka, da bi se dobila vrijednost faktora dielektrinih gubitaka na temperaturi od 20C.

20 Ttg tg k = (10)

Gdje je k U tablici 3 prikazane su iskustvene granine vrijednosti faktora dielektrinih gubitaka transformatora pri temperaturi od 20C.

korekcijski faktor dielektrinih gubitaka.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura [C]

Kor

ekci

jski

fakt

or k

Slika 10. Vrijednosti korekcijskog faktora pri razliitoj temperaturi

Tablica 3. Granine vrijednosti faktora dielektrinih gubitaka transformatora [2] Un [kV] tg [x10-3

110

]

VN : SN+NN VN : M

< 0,02 < 0,02

NN : SN + VN NN : M

< 0,02 < 0,02

Ocjena stanja izolacije s pomou graninih vrijednosti dobra je za procjenu cjelokupnog stanja izolacije, ali je nedovoljno osjetljiva na promjene u nekom malom dijelu izolacije, zbog parcijalnih izbijanja, manjih lokalnih pregrijavanja i ovlaenja ili oteenja izolacije.


15

3.1.3 Ispitivanje vlanosti izolacije transformatora metodom obnovljenog napona Metodom odreivanja spektra polarizacije izolacijskog sustava, mjerenjem obnovljenog napona (RVM) utvruje se stupanj vlanosti papirne izolacije transformatora bez njegova otvaranja (uobiajeno se transformator otvarao te uzimao uzorak papirne izolacije koji se transportirao do laboratorija, pri emu se mogao oneistiti). Ukoliko se izolacija izvrgne djelovanju elektrinog polja, njeno se ponaanje opisuje elektrinom vodljivosti i elektrinom polarizacijom. Polarizacija je pojava zakretanja postojeih elektrinih dipola u smjeru polja i stvaranje novih dipola. Elektrini dipol tvore meusobno jednaki pozitivni i negativni naboji s razmaknutim teitima. Spektrom polarizacije naziva se intezitet polarizacije kao funkcija vremenskih konstanti polarizacijskih mehanizama, koji su ovisni o svojstvima, strukturi i stanju tvari, tj. izolacije. Polarizacijski spektar izolacije transformatora, odreen je sadrajem vode u izolaciji, u podruju vremenskih konstanti od 0,02 s do 10 000 s [10], [11].

Transformator se moe prikazati kao kondenzator, s elektrodama koje s jedne strane tvori niskonaponski namot, a s druge strane visokonaponski namot i svi uzemljeni dijelovi transformatora, ukljuivi jezgru i kotao. Izolacija transformatora koja je sainjena od papira i ulja tvori dielektrik toga kondenzatora.

Ureaj za mjerenje obnovljenog napona sastoji se od stabiliziranog istosmjernog izvora, dviju sklopki, voltmetra i mikroprocesora koji upravlja ureajem ija je nadomjesna shema prikazana na slici 10 [10]. Mjerenje spektra polarizacije izolacije energetskih transformatora s uljno papirnom izolacijom provodi se metodom obnovljenog napona, slika 12. Vr predstavlja iznos tjemene vrijednosti obnovljenog napona dok Sr poetni porast obnovljenog napona. Tijekom mjerenja ispitivani energetski transformator viestruko se nabija i izbija u razliitim vremenskim razmacima. Vrijeme nabijanja ostvaruje se sklopkom S1 (slika 11), na slici 12. oznaena su s tc, ponavljanju se u koracima 1:2:5 od 0,02 s do 10000 s. Vrijeme izbijanja ostvaruje se sklopkom S2 (slika 10), oznaena s td

d c1t t2

=

ponavljaju se u jednakim koracima kao i vremena nabijanja, ali vremenski traju upola krae, prema izrazu (11).

(11)

Stabilizirani izvor 2000 V

Mikroprocesor

Mjerni ureaj

S1

-

+

S2 V

Slika 11. Nadomjesna shema ureaja za mjerenje spektra polarizacije


16

U [V]

mU

ttc d tm

Vr

Sr [V/s]

t [s]

Slika 12. Vremenski prikaz mjerenja RVM

Za vrijeme nabijanja tc dolazi do polarizacije izolacije. U tijeku vremena izbijanja td stezaljke se kratko spajaju te dolazi do djelomine depolarizacije izolacije. Zatim se prekida kratki spoj te se prikljuuje voltmetar s velikim ulaznim otporom koji je spojen s mikroprocesorom. Mjerenje je automatizirano te mikroprocesor odgovarajuim programom biljei vrijednosti Vr, Sr te vrijeme postizanja obnovljenog napona tm Predmetna mjerna metoda osjetljiva je na promjenu vlage u zraku pa u sluaju kie ili rose nije preporuljivo zapoinjati mjerenja. Tijekom trajanja mjerenja poeljno je da temperatura ispitivanog transformatora bude jednaka, jer se sadraj vode mijenja s promjenom temperature za 0,05%/K. Pri temperaturi nioj od 8C i vioj od 40C nije preporuljivo mjeriti ovom metodom.

.

Poznato je da ukoliko je sadraj vlage u papirnoj izolaciji transformatora vei od 3% potrebno je provesti suenje izolacije.

Na slici 13 prikazan je mjerni spoj prilikom ispitivanja vlanosti papirne izolacije tronamotnog transformatora. Spajanje ureaja se izvodi na nain da VN i NN izvodi namota se kratko spoje te prikljue na plus izvod ureaja dok se SN namot spaja na minus izvod ureaja.

R4

R2 R3R1

NN SN VN

R5

mjerni instrument


17

Slika 13. Mjerni spoj tronamotnog transformatora

Ukoliko je mjerenje u tijeku vie se ne preporua prekidati. Ako se zapoinje novo mjerenje potrebno je saekati da se isprazni zaostali naboj namota koji je ostao prilikom prvog mjerenja. Zbog preostalog naboja svako idue mjerenje traje due. Ova metoda moe sa smanjenom osjetljivou registrirati i lokalna navlaena ili ostarjela podruja izolacije.

3.2 Kontrola namota i jezgre

3.2.1 Ispitivanje jezgre transformatora mjerenjem struja magnetiziranja Mjerenjem struja magnetiziranja kontrolira se stanje magnetskog kruga transformatora. Nagle promjene struja magnetiziranja upuuju na oteenje jezgre i tada je potrebna sanacija transformatora.

Primjer topljenja pregrijane jezgre

Predmetno mjerenje (slika 14) potrebno je provesti prije mjerenja djelatnog otpora jer u protivnom dolazi do pogreke zbog istosmjernog magnetiziranja jezgre.


18

A

A

3 x 380 V50 Hz

B C N

VN

SN

mA mB mC mN a b c

NN

x

Slika 14. Shema mjerenja struje magnetiziranja VN namota, tronamotni transformator

Mjerenje struja magnetiziranja provodi se za sve naponske razine i to za svaku fazu pojedinano, naponom od 380 V, 50 Hz uporabom trofaznog regulacijskog transformatora.

Usporedbom izmjerenih struja magnetiziranja s referentnim vrijednostima moe se utvrditi stanje jezgre. Referentne vrijednosti su one izmjerene u tvornici ili prilikom prvog mjerenja, a pretpostavlja se da je tada magnetski krug transformatora bio ispravan.

Tablica 6. Granine vrijednosti struja magnetiziranja

Gdje je Im izmjerena vrijednost struja magnetiziranja, a Iref

referentna vrijednost struja magnetiziranja.

3.2.2 Mjerenje djelatnog otpora namota Poveanje djelatnog otpora dovodi do pregrijavanja namota, to moe izazvati njegov prekid. Mjerenjem djelatnih otpora namota U-I metodom provodi se kontrola kontakata regulacijske sklopke, namota te njegovih spojeva. Mjerenje djelatnog otpora provodi se izmeu faza VN namota i neutralne toke te na svim poloajima regulacijske sklopke. Za izvor moe se koristiti stabilizirani izvor ili baterija. Vrijednosti dobivenih djelatnih otpora mogu se usporeivati samo s vrijednostima dobiveni mjerenjem u istom mjernom spoju te na referentnoj temperaturi od 20C.

Stanje transformatora Kriterij usporedbe

Ispravan Im 2I

Nepouzdan ref

2Iref < Im 10I

Neispravan ref

Im > 10Iref


19

Djelatni otpor se mjeri U-I metodom prema slici 15 gdje je prikazana shema mjerenja djelatnog otpora prilikom mjerenja u fazi A prema neutralnoj toki. Na isti nain izvedena su mjerenja izmeu svakog faznog vodia i neutralne toke. Djelatni otpor namota je ovisan o temperaturi pa se izmjereni rezultati se preraunavaju (12) na temperaturu R20

2020

TkR Rk T+

=+

od 20C da bi se dobio otpor na referentnoj temperaturi.

(12)

gdje je RT

Korekcijski faktor u odnosu na temperaturu pri kojoj je provedeno mjerenje prikazan je na slici 15. Da se dobila vrijednost djelatnog otpora namota na referentnoj temperaturi od 20C korekcijski faktor se mnoi s izmjerenom vrijednou djelatnog otpora namota, [4].

izmjereni djelatni otpor pri nekoj temperaturi T, k konstanta (bakar 235, aluminij 225) te T temperatura namota transformatora prilikom mjerenja.

A

A B C N

VN

SN

mA mB mC mN a b

NN

c x

V

Slika 15. Shema mjerenje djelatnog otpora U-I metodom


20

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperatura [C]

Kor

ekci

jski

fakt

ora

k R

Slika 16. Vrijednosti korekcijskog faktora pri razliitoj temperaturi

Stanje namota moe se ocjeniti na temelju dva kriterija.

Prvi kriterij: usporedbom referentnih i izmjerenih vrijednosti moe se utvrditi stanje namota energetskog transformatora. referentne vrijednosti su tvornike ili one izmjerene na mjestu ugradnje prilikom putanja u pogon.

Drugi kriterij: apsolutne vrijednosti djelatnih otpora na sve tri faze trebaju biti priblino jednake. Ukoliko apsolutni iznosi jedne faze odstupaju od drugih za vie od 3 %- 5% pretpostavlja se da postoje u namotu loi spojevi. Postotna razlika djelatnih otpora rauna se iz izraza:

max min

min

100namotaR RR

R

= [%] (13)

gdje su Rmax i Rmin Vrijednost otpora namota u svakom poloaju regulacijske sklopke u odnosu na referentnu vrijednost mora biti priblino jednak tj. grafiki prikaz otpora namota po svim poloajima regulacijske sklopke trebao bi biti pravac. Ukoliko postoje odstupanja od linije pravca, znai da je dolo do oteenja kontakata sklopke ili spojeva unutar tog dijela namota. Pritom treba znati da u srednjem poloaju regulacijske sklopke dolazi do prekapanja namota grube regulacije, to dovodi do promjene djelatnog otpora namota u tom poloaju regulacijske sklopke.

najvia i najnia vrijednost otpora faze jednog namota.


21

3.3 Ispitivanja deformacije namota

3.3.1 Mjerenje rasipnih induktiviteta Dinamike sile uzrokovane strujama kratkog spoja mogu mehaniki deformirati namot. Deformacija namota se oituje izbacivanjem jednog ili vie zavoja ili pomakom cijelog namota stvaranjem usjeka ili izboina, [6].

Primjer deformacije srednjenaponskog namota

Ukoliko doe do takvih pomaka dolazi i do promjena rasipnog induktiviteta Lx i kapaciteta Cx

2r

XN N I N A N AL

I I l l

= = =

. Mjerenjem rasipnih induktiviteta mogue je utvrditi da li su na namotu zabiljeeni pomaci ili odreene deformacije. Induktivitet je ovisan o presjeku zranog raspora izmeu pojedinih namota kada se jedan namot kratko spoji. Na taj nain je presjek primarnog namota kompenziran presjekom sekundarnog namota. Glavni magnetski tok tvore silnice kroz zavoje primarnog i sekundarnog svitka dok rasipni tok primarnog ili sekundarnog svitka tvore silnice oko zavoja primarnog odnosno sekundarnog svitka. Rasipni induktivitet se upotrebljava umjesto rasipnog toka i odreen je izrazom:

(14)

gdje je LX rasipni induktivitet, r

Ukoliko je promjena na namotu takva da doe do meuzavojnog spoja velika je vjerojatnost da e proraditi zatita Buholtzovim relejem te nee doi do promjene rasipnog induktiviteta. Uslijed promjene presjeka zbog deformacije namota doi e do promjene rasipnog induktiviteta.

rasipni magnetski tok, I struja kroz svitak, N broj zavoja, permeabilnost, A presjek zranog raspora i l duljina namota.

Mjerna metoda koja se esto upotrebljava prilikom mjerenja rasipnog induktiviteta pa tako i kod predmetnog mjernog transformatora je U-I metoda (slika 17).


22

220 V50 Hz

A

A B C N

VN

SN

mA mB mC mN a b

NN

c x

V

Slika 17. Shema mjerenja rasipnog induktiviteta U-I metodom

Izmjenini naponski izvor 220 V prikljuuje se na namote te se oitavaju mjerne veliine voltmetrom i ampermetrom. Izmjerene vrijednosti napona i struje uvrste se u izraz za rasipnu reaktanciju:

22

2i

LUX RI

= (15)

Iz rasipne reaktancije XL

2L

xXL

f=

izrauna se rasipni induktivitet:

(16)

Na mjernim spojevima, vodiima, namotima i mjestima kratkog spajanja mogue je poveanje otpora, odnosno dobivanja netonih rezultata to je nedostatak U-I metode. Otpor izmjeren istosmjernom strujom odstupa od onoga koji se pojavljuje u sluaju mjerenja izmjeninom strujom zbog utjecaja skin efekta i gubitaka djelatne snage u magnetskoj jezgri. esto se koristi i metoda mjerenja rasipnog induktiviteta Maxwellovim mostom koja se temelji na usporedbi nepoznatog induktiviteta i nepoznatog djelatnog otpora s poznatim kapacitetom i poznatim djelatnim otporima. Na rezultate predmetnog mjerenja djelatni otpor namota nema nikakvog utjecaja pa se Maxwellov most moe ocijeniti kao bolje rjeenje od U-I metode mjerenja rasipnih induktiviteta. Promjenu stanja geometrije namota utvruje se na osnovu dva kriterija. Prvi kriterij usporeuje izmjerenu vrijednost s referentnom prema izrazu (17) te se dobiveni rezultati vrednuju prema kriterijima iz tablice 5.

100%X XrefXXref

L LL

L

= (17)


23

gdje LX predstavlja vrijednost rasipnog induktiviteta prethodnog referentnog mjerenja, a LXref

vrijednost rasipnog induktiviteta zadnjeg mjerenja, [6].

Tablica 5. Granine vrijednosti rasipnog induktiviteta Ocjena stanja transformatora LIspravan

X < 2.5 %

Nepouzdan 2.5% - 5 %

Neispravan > 5 %

Ukoliko je LX vei od 5% preporueno je iskljuiti transformator iz mree te pristupiti pregledu namota. Ukoliko se vrijednosti LX

U praksi esto nisu poznata referentna mjerenja stoga se stanje deformacije namota moe zakljuiti prema drugom kriteriju. On se temelji na pretpostavci da se u sluaju kratkog spoja transformatora pojavljuju nesimetrine sile koje oteuju samo jedan namot. Ova pretpostavka ne mora uvijek biti tona, jer postoji i mala mogunost pojave simetrinih dinamikih sila koje oteuju sva tri namota. Asimetrinosti rasipnih induktiviteta L

kree u granicama izmeu 2.5% i 5% transformator je nepouzdan te se preporua daljnja mjerenja dijagnostikom metodom mjerenja frekvencijskog odziva.

Xasim

max min

min

100%X XX asimX

L LLL

=

rauna se iz:

(18)

gdje je LXmax i LXmin predstavljaju najveu i najmanju vrijednost izmjerenog rasipnog induktiviteta jednog namota. Odstupanje asimetrije rasipnog induktiviteta LXasim

do 2.5% smatra se normalnim, a najee se kree oko 1% to se smatra posljedicom nesavrenosti izrade i montae namota.

3.3.2 Ispitivanje deformacija namota mjerenjem frekvencijskog odziva transformatora (FRA)

Ukoliko rezultati ispitivanja deformacije namota mjerenjem raspinih induktiviteta upuuju na promjenu geometrije namota, dodatna potvrda stanja namota dobiva se metodom mjerenja frekvencijskog odziva. FRA metoda ima mogunost detekcije kvarova transformatora koji utjeu na promjenu induktiviteta ili kapaciteta samog namotaja ili izmeu namotaja. Metoda mjerenja frekvencijskog odziva je komparativna metoda, to znai da ne postoji kvantificirana veza izmeu geometrijskih promjena u transformatoru i promjene u frekvencijskom spektru koje se dobije tim mjerenjem. Slijedom toga pri interpretaciji mjerenja razlikuju se tri mogua postupka: - usporedba izmjerenih rezultata s referentim mjerenjem, - usporedba mjerenja izmeu faza i - usporedba mjerenja s istim tipom transformatora.


24

Prilikom FRA mjerenja u frekvencijskoj domeni transformator se pobuuje sinusnim naponima varijabilne frekvencije od nekoliko desetaka Hz pa do priblino 1 MHz. Promjene u frekvencijskom odzivu ukoliko se radi o slijedeim vrstama kvarova; kratko spojenim zavojima, zatvorenim strujnim petljama, problemima vezanim uz jezgru ili neuzemljenu jezgru mogu se oekivati u donjem dijelu frekvencijskog spektra (do 10 kHz), dok se u srednjem dijelu mogu otkriti aksijalni pomaci namota (iznad 200 kHz) ili radijalni pomaci unutarnjih namota (od 5 kHz o 500 kHz) [8]. Za metodu mjerenja frekvencijskog odziva (FRA) kao potpuno komparativnu metodu, vana je ponovljivost rezultata mjerenja. FRA metoda posebno je pogodna za otkrivanje pomaka namota u radijalnom ili aksijalnom smjeru i deformacije namota. Glavni problem predstavlja ocjena rezultata i promjena (pomaka) na FRA karakteristikama, kako bi se detektirali ve nastali ili potencijalni kvarovi.

Tijekom FRA mjerenja u vremenskoj domeni transformator se mora odspojiti od mree. Ispitni transformator se pobuuje sa irokopojasnim signalom. Odzivni signal e biti ovisan o ulaznom signalu. Oba signala se analiziraju pomou brze Fourierove transformacije (FFT). Kompleksna FRA krivulja se dobije kao kvocijent FFT transformiranog izlaznog i ulaznog signala. Prilikom FRA mjerenja u frekvenciskoj domeni ispitivani transformator se pobuuje sa sinusnim naponima varijabilne frekvencije. Odziv se ovisno o vrsti spoja mjeri na drugom namotu ili na drugom kraju istog namota. Prijenosna funkcija se dobiva izravno iz omjera izlaznog i ulaznog signala, na irokom pojasu frekvencija od 100 Hz do 1 MHz. Izraava se kao:

( )( )

2

1

20 logV f

kV f

= (19)

Postoji 6 moguih vrsta spojeva, ovisno o grupi spoja i izvedbi transformatora. Ulazna i izlazna impedancija analizatora mree ima utjecaja na rezultate mjerenja, te je stoga u sluaju veine ureaja odabrana konstantna vrijednost od 50 . Iskustveno je pokazano da u sluaju malih geometrijskih promjena mjerenje prijenosne admitancije daje manje relativne promjene omjera, nego u sluaju mjerenja prijenosne funkcije napona. Razlog tome je to je izlazni signal prilikom mjerenja struje izrazito mali, te se stoga prakticira mjerenje prijenosne funkcije napona.

3.4 Mjerenje kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka provodnih izolatora

Provodnici ili provodni izolatori sastavni su dijelovi svakog energetskog transformatora. Oni povezuju transformator sa sabirnicama rasklopnog postrojenja na takav nain da kroz njih prolazi jedan ili vie vodia na visokom naponu koji su spojeni s izvodima namota transformatora. Provodnici se koriste i na raznoj drugoj elektroenergetskoj opremi, kao to su visokonaponski prekidai i slino. Osim procesa starenja, provodni izolatori su vrlo esto izloeni najrazliitijim utjecajima, kako iz okoline (vanjska oneienja na zakriljima, atmosferski utjecaj kie, snijega, vjetra), tako i od strane elektroenergetske mree (preoptereenja, prenaponi). Zbog svoje specifine konstrukcije izloeni su mehanikim naprezanjima, koja su posljedica termikog irenja sabirnica u rasklopnom postrojenju, jakog vjetra, oteenja nastalim ljudskim djelovanjem, te pristupa malih ivotinja i sl. Svaki provodnik mehaniki nosi prikljuni vod, pri emu je izloen silama razliitog porijekla: silama zbog vlastite teine, teine prikljuka, naslaga leda, sila koje su posljedica termikog irenja sabirnica,


25

provodnika i transformatora, te silama zbog vjetra, vibracija, seizmikog djelovanja, elektrodinamikih sila, itd.

Kvar provodnog izolatora

Mjerenjem faktora dielektrinih gubitaka mogue je utvrditi stanje izolacije i eventualna oteenja kondenzatorskih obloga. Mogue je mjeriti faktor dielektrinih gubitaka samo na provodnim izolatorima kapacitivnog tipa. Mjerenje se provodi na mjernom prikljuku ukoliko postoji, u protivnom potrebno je skidati provodni izolator. Provodni izolator sastoji se od serijski spojenih obloga, tj. kondenzatora jednakih kapaciteta, oznaenih na slikama s C1,..., Cn (slika 18).

Mjerni izvod u normalnom pogonu je uzemljen, a tijekom ispitivanja provodnog izolatora potrebno je odspojiti mjerni izvod i na njega prikljuiti mjerni kabel. Cmj je kondenzatorska obloga na koju je spojen mjerni prikljuak. Da bi se izbjegle pogreke u mjerenju potrebno je prije mjerenja oistiti i osuiti vanjsku povrinu provodnog izolatora.

Granine vrijednosti tg provodnih izolatora prikazane su u tablici 6 [9].


26

C4

Vodi

Cn

C2C1

C3

Mjerni izvod

Cmj

Slika 18. Nadomjesna shema provodnog izolatora kapacitivnog tipa

Tablica 6. Granine vrijednosti tg provodnih izolatora Ocjena stanja Izmjerena vrijednost tg [x10

-3

Ispravan

]

< 0,7

Nepouzdan 0,7 - 1

Neispravan 1

Ukoliko su vrijednosti tg od 0,7 1 preporuuje se provodni izolator zamijeniti za najdulje godinu dana, a ukoliko je 1 potrebno ga je zamijeniti odmah. Kapacitet provodnog izolatora je specifina vrijednost za svaki provodni izolator. Referentna vrijednost je ona izmjerena vrijednost izmjerena prije putanja u rad transformatora. Broj obloga kondenzatorskog izolatora kree se izmeu 10 i 20. Ukoliko je promjena kapaciteta vea od 5%-10% treba provesti dodatna ispitivanja odnosno kromatografsku analizu plinova.

3.5 Fizikalno-kemijska analiza ulja i preostali vijek trajanja ulja

Fizikalno-kemijska analiza ulja odraava stanje ulja to ukljuuje ocjenu stupnja kemijske degradacije (boja i istoa, neutralizacijski broj i prisutnost taloga), ocjenu u ulju otopljena oneienja polarnog karaktera (faktor dielektrinih gubitaka), sadraj vode u ulju, te ponaanje ulja u elektrinom polju (probojni napon, specifini elektrini otpor ulja). Probojni napon ulja mjeri se na uzorku u standardiziranoj eliji s razmakom elektroda od 2,5 mm. Prilikom mjerenja probojnog napona brzina podizanja ispitnog napona iznosi 2 kV/s. Dielektrina vrstoa ulja neposredno ovisi o vlanosti ulja. Za sluaj da je izmjereni rezultat loiji od graninih kriterija potrebno je poduzeti mjere za poboljanje stanja ulja u to moe biti ukljueno filtriranje, suenje ili zamjena ulja. Faktor


27

dielektrinih gubitaka i specifini elektrini otpor ulja mjeri se u standardiziranoj eliji pri temperaturi od 90C. Faktor dielektrinih gubitka mjeri se pri naponu od 2 kV, 50 Hz, a specifini elektrini otpor mjeri se istosmjernim naponom od 500 V.

Voda u ulju potjee iz procesa proizvodnje ulja, uslijed ovlaivanja iz atmosfere ili nastaje kao produkt starenja celuloze papirne izolacije. Poveanje sadraja vode u ulju ubrzava starenje celulozne izolacije. Boja i istoa ulja korisna su u smislu usporedbe. Nagla promjena boje ulja moe biti znak njegova ubrzanog starenja ili oneienja, a smanjena istoa ulja moe biti znak prisutnosti taloga ili grafita u ulju. Neutralizacijski broj predstavlja koliinu kiselih sastojaka. Uslijed oksidacijskih procesa starenja, neutralizacijski broj raste, a izraava se u mgKOH/g ulja potrebnog da se ulje neutralizira. Prema IEC-u taj broj mora biti manji od 0.3.

Kiseline u ulju nagrizaju metalne dijelove transformatora i ubrzavaju proces degradacije papira. Talog nastaje kao posljedica starenja ulja i celulozne izolacije, a ine ga grafiti, produkti korozije te moe imati utjecaj na dielektrina svojstva ulja. U tablici 7 prikazane su granine vrijednosti fizikalno kemijskog ispitivanja ulja kao i maksimalno dozvoljena koliina vlage u ulju.

Tablica 7. Granine vrijednosti fizikalno kemijskog ispitivanja ulja Parametar Granina vrijednosti

probojni napon 50 kV

faktor dielektrinih gubitaka tg, pri 90 C < 0,2

sadraj vode < 30 mg/kg

neutralizacijski broj K 0,20 mg KOH / g ulja B specifini elektrini otpor, pri 90 C 1 Gm

povrinska napetost, pri 25 C 20 mN/m

Razina napona (kV) Maksimalna vlanost (ppm)

5 30

15 30

35 25

69 20

138 15

Odreivanje preostalog vijeka transformatorskog ulja je skup dijagnostikih metoda koje se temelje na usporedbi fizikalnih i kemijskih svojstava ulja prije i nakon starenja. Pokus ubrzanog starenja se provodi u laboratoriju, na uzorcima ulja u dostavnom stanju i uz dodatak inhibitora oksidacije. Ispituje se termika stabilnost ulja tj. procjenjuje se tempo slabljenja svojstava ulja u narednom pogonskom razdoblju.


28

3.6 Kromatografska analiza plinova otopljenih u ulju

Kromatografija je metoda odvajanja koja se zasniva na razliitoj raspodjeli komponenti uzorka izmeu dvije faze od kojih je jedna nepokretna (stacionarna) a druga pokretna (mobilna). Stacionarna faza moe biti vrsta ili tekua, a mobilna tekua (tekuinska kromatografija) ili plinovita (plinska kromatografija). Komponente se pod utjecajem mobilne faze kreu kroz stacionarnu fazu razliitom brzinom i tako se razdvajaju.

Kromatografska analiza plinova otopljenih u ulju spada u najpouzdanije dijagnostike metode, a odraava stanje izolacijskog sustava transformatora, koje moe biti normalno ili moe postojati odstupanje pri emu se procjenjuje vrsta naprezanja koje uzrokuje odstupanja (elektrino, termiko) kao i vrsta oteenja i nastalog kvara. U normalnim pogonskim uvjetima plinovi otopljeni u transformatorskom ulju potjeu iz zraka i od produkata procesa starenja uljno-papirne izolacije, a u nenormalnim pogonskim stanjima stvara se plin kao posljedica prekomjernog elektrinog ili toplinskog naprezanja. Produkti razaranja transformatorskog ulja su vodik, metan, acetilen etilen i etan, a kao produkt razaranja celuloze nastaje ugljini monoksid i ugljini dioksid. Granine vrijednosti koncentracije plinova u ulju dane su u tablici 8.

Tablica 8. Granine vrijednosti koncentracije plinova u ulju

Plin

Vod

ik

[H2

Met

an

]

[CH

4

Ace

tilen

]

[C2H

2

Etile

n

]

[C2H

4

Etan

]

[C2H

6

Ugl

jini

m

onok

sid

]

[CO

]

Ugl

jin

i di

oksi

d

[CO

2

Kis

ik ]

[O2

Du

ik

]

[N2

Granine vrijednosti

]

(l/l ulja), ppm 300 200 300 300 200 1000 10000 / /

Prilikom elektrinih pranjenja s velikom gustoom energije ulje se uslijed visokih temperatura pirolizom razlae na svoje elementarne dijelove. Oslobaa se ugljik i acetilen te ugljini monoksid (ako je kvarom obuhvaena i celulozna izolacija). Toplinski kvarovi rezultat su preoptereenja namota, nedovoljnog hlaenja i pojave toplih toaka pod utjecajem magnetskog toka. Posljedice su ovisne o temperaturi pa pri temperaturi ispod 300C nastaju metan i etan. Pri temperaturi izmeu 300C i 1000C mogu se oekivati tei kvarovi, a pri temperaturama veim od 1000C dolazi do unitenja neorganskih izolacijskih slojeva i topljenja metalnih materijala, pri emu dolazi do pojave etilena i acetilena.

3.7 Stupanj polimerizacije papira (DP)

Ispituje se preostali vijek trajanja izolacije (tempo propadanja u odnosu na poetno stanje i vrijeme u pogonu). Po kemijskom sastavu izolacijski papir je ista celuloza. Duina lanca molekule celuloze izraava se prosjenim viskozimetrijskim stupnjem polimerizacije. Uslijed utjecaja temperature i prisutnosti kisika nastupa skraivanje lanaca, to se oituje smanjenjem stupnja polimerizacije. Fizikalno to znai slabljenje mehanikih svojstava papirne izolacije, a u tehnikom smislu smanjenje otpornosti transformatora na dinamike sile kratkog spoja. Odmaeni usitnjen uzorak papira transformatora otapa se u specijalnom otapalu. Iz razlika


29

izmjerenih viskoznih otapala i otopine papira izrauna se stupanj polimerizacije papira (DP). Preostali ivotni vijek transformatora rauna se prema izrazu (20):

( )ln ln 100 %ln ln

i Kr

O K

DP DPnDP DP

=

(20)

Gdje je nr preostali ivotni vijek transformatora [%], DPO odabrana poetna vrijednost stupnja polimerizacije, DPK odabrana kritina vrijednost stupnja polimerizacije i DPi izmjerena vrijednost stupnja polimerizacije. Uobiajena vrijednost DPO za nove transformatore iznosi od 800 do 1200, a vrijednosti DPK

kreu u vrijednostima od 150 do 250.

3.8 Sadraj estica u ulju i 2-furfural (2-FAL) i spojevi

Starenjem papirno-uljne izolacije transformatora razgrauje se celuloza, a posljedica je stvaranje specifinih spojeva furana (furfuraldehida). Visokouinska tekuinska kromatografija (HPLC) omoguuje procjenu stanja papira na temelju produkata razgradnje papira, furana, otopljenih u transformatorskom ulju. Za odreivanje stupnja degradacije, odnosno ostarjelosti papira, koristi se 2-furfural (2FAL), jedan od pet karakteristinih derivata. Ispituje se oneienje ulja krutim esticama (metali, grafit, vlakna), koji mogu pospjeiti proboj kroz ulje. Procjenjuje se stupanj oneienja i brzina propadanja papira (normalno ili ubrzano starenje) te potrebni zahvati.


30

4 DIJAGNOSTIKA RASKLOPNIH POSTROJENJA 4.1 Ispitivanja mjernih transformatora

Mjernim transformatorima pogonske struje i naponi transformiraju se na veliine koje omoguuju upotrebu instrumenata i releja izgraenih za nazivne struje 1-5 A i nazivnih napona 100 V. Znaajke mjernog transformatora prvenstveno su odreene stanjem sustava izolacije koji je vrlo osjetljiva komponenta podlona kvarovima pa ak i eksplozijama. Mjerni transformatori su zbog svoje specifine konstrukcije (izolator, izolacijsko ulje) te funkcionalnih znaajki (protjecanje velikih struja, visoki napon ili prenaponi) podvrgnuti ekstremnim naprezanjima tijekom eksploatacije. Kvarovi mjernih transformatora posljedica su: konstrukcijsko-tehnolokog rjeenja, utjecaja vanjskih faktora (prenaponi, havarija na susjednoj opremi,...) i prirodnog proces starenja. Prirodno starenje i procesi degradacije koji se odvijaju u sustavu izolacije tijekom vremena eksploatacije uzrokuju slabljenje ili ak potpuni gubitak znaajki potrebnih za siguran pogon. Pretpostavljeni ivotni vijek mjernih transformatora je reda 25-30 godina. Utvrivanje stanja mjernog transformatora u pogonu odreuje se na temelju rezultata nekoliko dijagnostikih ispitivanja i ne postoje vrste granice na temelju kojih bi se mjerni transformator proglasio ispravnim ili neispravnim. U sluaju mjernih transformatora provodi se sustavna vizualna kontrola kojoj je cilj na vrijeme uoiti na mehanike i druge nedostatke, koja ukljuuje provjeru: razine ulja, stanja povrine VN izolatora, stanja antikorozivne zatite i uzemljenja transformatora. Odreeni broj dijagnostikih ispitivanja koja se provode na mjernim transformatorima jednaka su ili su slina dijelu ispitivanja koja se koriste u sluaju energetskih transformatora: - Elektrina ispitivanja na terenu:

ispitivanja izolacije namota istosmjernim naponom: mjerenje otpora izolacije namota istosmjernim naponom 1000 V izolacije (R15'', R60'', R10'

kontrola degradacije izolacije namota ukljuuje mjerenje otpora izolacije te mjerenje kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka (tg) izolacije s izmjeninim naponom 10 kV, 50 Hz za strujne transformatore i 1,5 kV za naponske transformatore;

) te odreivanje indeksa polarizacije (i.p.);

mjerenje klase tonosti; kontrola parcijalnih izbijanja metodom ultrazvuka; kontrola termovizijskim snimanjem. - Laboratorijska ispitivanja ulja: kromatografska analiza plinova, sadraj vode u ulju, ispitivanje granine povrinske napetosti i strukturna analiza (IR spektar) ulja.


31

4.1.1 Ispitivanje izolacijskog sustava mjernih transformatora istosmjernim naponom

Mjerenje otpora izolacijskog sustava strujnih i naponskih transformatora provodi se U-I metodom upotrebom stabiliziranog izvora istosmjernog napona 1000 V i nanoampermetra klase tonosti 0.5. Otpor izolacije (R10 ') predstavlja vodljivu komponentu dielektrika. U podruju konstantne vodljivosti (deseta minuta), nakon prijelaznih stanja, otpor izolacije praktino ovisi o koliini vodljivih tvari odnosno o vlagi i neistoi u transformatoru. Metoda ispitivanja otpora izolacije je jednostavna i jeftina. Referentni parametri koji se dobiju ispitivanjem su: otpor izolacije u 10. minuti (R15'', R60'', R10' Prilikom ispitivanja potrebno je obratiti pozornost na relativnu vlanost zraka jer je metoda izuzetno osjetljiva na vlagu. Da bi mjerenje otpora izolacije bilo uspjeno potreban je prilagodljiv mjerni ureaj, dobra priprema ispitivanog transformatora te iskustvo mjeritelja. Visina ispitnog istosmjernog napona vrlo malo utjee na izmjerenu vrijednost otpora izolacije. Istosmjerni napon od 1000 V preporuuje se jer ne djeluje destruktivno na svim izolacijskim razinama. Prikljuke negativnog napona potrebno je prilikom ispitivanja spojiti na visokonaponski namot ili prikljuak. Otpor izolacije strujnog i naponskog mjernog transformatora mjeri se prema mjernim spojevima koje je propisao proizvoa odnosno ovisno o konstrukciji samog mjernog transformatora. Kriteriji koji se koriste za donoenje ocjene o stanju izolacije na temelju izmjerenih otpora izolacije i indeksa polarizacije iskustveni su, a u tablicama 9 i 10 prikazani su za strujne mjerne transformatore, a u tablicama 11 i 12 za naponske mjerne transformatore.

) i indeks polarizacije.

Tablica 9. Granine vrijednosti otpora izolacije strujnih mjernih transformatora Vrsta transformatora Spoj

Otpor izolacije R10 Stanje izolacije [G]

Strujni mjerni transformator

VN - E < 30 izolacija loa

VN - E 30 - 60 izolacija zadovoljava

VN - E 60 - 200 izolacija dobra

VN - E > 200 izolacija vrlo dobra

Tablica 10. Granine vrijednosti indeksa polarizacije strujnih mjernih transformatora Vrsta transformatora Spoj Indeks polarizacije i.p. Stanje izolacije


VN - E < 1,4 izolacija loa

VN - E 1,4 - 1,7 izolacija zadovoljava

VN - E 1,7 - 2 izolacija dobra

VN - E > 2 izolacija vrlo dobra


32

Tablica 11. Granine vrijednosti otpora izolacije naponskih mjernih transformatora Vrsta transformatora Spoj

Otpor izolacije R10 Stanje izolacije [G]

Naponski mjerni transformator

VN - E > 5 izolacija loa



VN - E < 30 izolacija vrlo dobra

Tablica 12. Granine vrijednosti indeksa polarizacije naponskih mjernih transformatora Vrsta transformatora

Spoj Indeks polarizacije i.p. Stanje izolacije

Naponski mjerni transformator

VN - E < 1,2 izolacija loa

VN - E 1,2 - 1,3 izolacija zadovoljava

VN - E 1,3 - 4 izolacija dobra

VN - E >1,4 izolacija vrlo dobra

4.1.2 Ispitivanje izolacijskog sustava mjernih transformatora izmjeninim naponom mjerenjem kapaciteta i faktora dielektrinih gubitaka

Kut dielektrinih gubitaka (tg) predstavlja radnu komponentu dielektrika. Rezultati mjerenja izolacijskog sustava izmjeninim naponom odnosno iznosi faktora dielektrinih gubitaka ovise o koliini vodljivih tvari (vlaga i neistoa) u izolaciji, vrsti izolacijskog materijala te o tipu izolacije transformatora. Mjerenjem otpora izolacije R10

Otpor izolacije i tangens kuta dielektrinih gubitaka mjernih transformatora eksponencijalno su ovisni temperaturi izolacije. Izmjereni vrijednosti otpora izolacije R

i faktora dielektrinih gubitaka moe se ustanoviti u kojoj je mjeri neka izolacija ovlaena odnosno u kojoj mjeri je zastupljena degradacija (ostarjelost) izolacije.

10

KRR 1)(10)20(10 =

kuta dielektinih gubitaka tg potrebno je radi interpretacije rezultata mjerenja preraunati na referentnu temperaturu od +20C. Na taj nain mogue je pratiti trend starenja izolacije odnosno usporeivati mjerenja s prethodnima na istom transformatoru. Za preraunavanje otpora izolacije na referentnu vrijednost koristi se izraz (21), a za preraunavanje kuta dijalektinih gubitaka izraz (22):

(21)

Ktgtg 1)()20( = (22)


33

Gdje je K koeficijent korekcije zbog temperature. Preraunavanje je mogue i koritenjem dijagrama (slika 19) u sluaju otpora izolacije ili dijagrama (slika 20) u sluaju tangensa kuta dielektrinih gubitaka.

0,1

1

10

0 5 10 15 20 25 30 35 40

[C]

K

Slika 19. Dijagram temperaturne ovisnosti otpora izolacije mjernih transformatora

0,1

1

10

0 5 10 15 20 25 30 35 40

[C]

K

Slika 20. Dijagram temperaturne ovisnosti faktora dielektrinih gubitaka mjernih

transformatora


34

Po mogunosti mjerenja je potrebno obaviti u podruju temperatura +10 do +30C. Mjerenje faktora dielektrinih gubitaka u sluaju strujnih mjernih transformatora provodi se na naponskoj razini 10 kV, a u sluaju naponskih mjernih transformatora na naponskoj razini 1,5 kV pomou specijalnog ureaja koji omoguava mjerenje tg u rasponu od 0.0001 do 11, s mogunou razluivanja od 210-6

. Kriteriji koji se koriste za donoenje ocjene o stanju izolacije na osnovu izmjerenih faktora dielektrinih gubitaka i u sluaju strujnih i naponskih (tablica 13) mjernih transformatora iskustveni su i ne razlikuju se.

Tablica 13. Granine vrijednosti pri 20C faktora dielektrinih gubitaka strujnih mjernih transformatora

Vrsta transformatora

Spoj tg [x10-3 Stanje izolacije ]


VN - E > 14 izolacija loa



VN - E < 10 izolacija vrlo dobra

Koritenjem kondenzatorske normale mogue je mjerenje kapaciteta od 1 pF do 1.1 F s tonou od 0.1%.

4.2 Dijagnostika prekidaa

Visokonaponski prekida je sklopni aparat koji slui za uklapanje, trajno voenje i prekidanje pogonskih struja te kratkotrajno voenje i prekidanje struje kratkog spoja. Dimenzionira se prema kratkospojnoj prekidnoj moi Ip koja vrijedi uz cos 0,15. Kratkospojna uklopna mo obino iznosi Iukl = 2,5 Ip

- elektrina (prekidanje struja kvara, sklopni i atmosferski udarni prenaponi itd.), . Kada je visokonaponski prekida u

uklopljenom stanju njegova impedancija zanemarivo je malena dok u isklopljenom stanju ima beskonano veliku impedanciju. Prijelaz iz jednog u drugo stanje ne smije izazivati velike prenapone u elektroenergetskoj mrei. Visokonaponski prekida je tijekom pogona izloen razliitim vrstama naprezanja:

- mehanika (sile prilikom sklapanja, elektrodinamike sile struja kratkog spoja, vjetar i dr.), - toplinska (temperatura okoline, zagrijavanje nazivnom strujom, strujom kvara i dr.), - kemijska (produkti raspada plina zbog elektrinog luka, vlaga, praina i sl.).

Nakon transformatora i kabela raspoloivost prekidaa najvanija je za siguran i pouzdan pogon postrojenja iako kvar na prekidau nije toliko kritian kao kvarovi na transformatorima i kabelima jer je kvar relativno lako locirati, prekida je lako zamijeniti, a iznimno ga se moe i premostiti. Na ivotni vijek prekidaa najvei utjecaj imaju broj isklopa i jakost struje pri isklopu


35

kratkog spoja, a najei kvarovi na prekidau nisu proboji izolacije nego mehaniki kvarovi i kvarovi u upravljakim krugovima.

Pravilnim izborom odgovarajuih dijagnostikih metoda aktivnosti odravanja mogu se prilagoditi stvarnom stanju prekidaa. Dijagnostika ispitivanja se obino provode na prekidau izvan pogona (engl. off-line tests), meutim postoje i ispitivanja tijekom pogona (engl. on-line tests), a obuhvaaju ispitivanja mehanikih operacija odnosno mjerenje sklopnih vremena i nesinkronizma polova, mjerenje otpora glavnih strujnih putova (mjerni, zatitni ureaji i signalizacije), ispitivanje izolacije (kvaliteta plina SF6, kontrola gustoe, nepropusnost) te pomonih ureaja. Znaajni parametri za funkcionalnost prekidaa koji se prate su: otpor glavnih strujnih krugova, pogonska vremena, upravljaka vremena, gibanje kontakata, troenje kontakata, a u sluaju SF6 Zbog vrlo rijetkih kvarova na izolacijskom sustavu prekidaa dijagnostika se prekidaa najee i ne bavi tom problematikom, izuzev u sluaju prekidaa s vakuumskom komorom gdje je preporuljivo povremeno ispitivanje visokim naponom izmeu polova prekidaa. Sam izolacijski sustav prekidaa graen je uglavnom od epoksidnih smola, porculana ili silikonske gume tako da je utjecaj vlage na oneienje izolacije zanemariv. Stoga se mjerenja povratnog napona (RVM) i tg u praksi gotovo i ne primjenjuju. Daleko je prikladnije mjerenje parcijalnih izbijanja radi otkrivanja moguih nehomogenosti u izolatoru.

prekidaa dodatno i kvaliteta krute izolacije, kvaliteta plina.

Teite dijagnostike je na utvrivanju mehanikog stanja prekidaa (mjerenje vremena otvaranja i zatvaranja polova prekidaa, vremena tranzicije polova pri zatvaranju i otvaranju te snimanje gibanja polova), a mjere se i prijelazni otpori kontaktnih povrina polova, tj. pad napona na polovima protjecanim istosmjernom strujom 100 A. Takva se mjerenja obavljaju radi utvrivanja mehanikih oteenja kontaktnih povrina polova koje se oteuju pri svakom sklapanju prekidaa. Pri tome stupanj oteenja raste s kvadratom struje koju polovi prekidaju. Sva navedena mjerenja, ukljuujui i trajno mjerenje struje kroz svitke za iskljuenje, mogu se obavljati trajno, ako se prekidaima u pogonu upravlja terminalima. Takav trajni nadzor omoguava da se za prekida vodi trajna baza stupnja oteenosti polova prekidaa.

4.2.1 Ispitivanja mehanikih operacija Svako uklapanje ili isklapanje velikih struja (snaga), u sluaju neuspjenog isklapanja prekidaa, moe zavriti katastrofalno u vrlo kratkom vremenu. Lokacija prekidaa u mrei, topologija mree i vrsta sklopnog dogaaja utjeu na veliku promjenjivost dielektrinih, toplinskih i mehanikih stresova tijekom isklapanja i uklapanja prekidaa. Dijagnostikim ispitivanjem sklopnih vremena i nesinkronizma polova omoguava se otkrivanje potencijalnih kvarova na vrijeme, jer velika veina kvarova ne nastaje bez prethodne najave. Ispitivanjem sklopnih vremena obuhvaena su ispitivanja sljedeih vremena: isklop (C), uklop (O), isklop-uklop (C-O), uklop-isklop (O-C), uklop-isklop-uklop (O-C-O).

Pod vremenom isklopa podrazumijeva se vremenski period od uzbude isklopnog svitka, za prekida u zatvorenom poloaju, do trenutka otvaranja kontakata u sva tri pola. Vrijeme uklopa je vremenski period od uzbude uklopnog svitka, za prekida u otvorenom poloaju, do trenutka zatvaranja u sva tri pola. Vrijeme uklop-isklop podrazumijeva vremenski period od trenutka zatvaranja kontakata prvog pola tijekom operacije uklopa do trenutka otvaranja kontakata u sva tri pola tijekom operacije isklopa. Isklopni svitak je potrebno uzbuditi u trenutku


36

zatvaranja kontakta tijekom operacije uklopa (CO-operacija bez vremenskog zatezanja). Potrebno je naglasiti da vrijeme uklop-isklop nije jednako vremenu vrijeme uklopa+vrijeme isklopa. Vrijeme isklop-uklop (tijekom automatskog ponovnog uklopa) vremenski je period od trenutka razdvajanja kontakta u svim polovima do trenutka zatvaranja prvog kontakta u sljedeoj operaciji uklopa. Vrijeme isklop-uklop moe se napisati na sljedei nain: Vrijeme isklop-uklop=vrijeme trajanja luka+mrtvo vrijeme+vrijeme predpojave luka.

4.2.2 Mjerenje otpora glavnog strujnog kruga Za pouzdanost nekog sklopnog aparata, kljuni je uvjet sposobnost voenja struje primarnog kruga u zatvorenom poloaju. Nemogunost ispunjavanja tog uvjeta obino se ispoljava kao pregrijavanje kontakata, spojeva ili drugih dijelova primarnog kruga to moe s vremenom dovesti do zavarivanja kontakata, ozbiljnih kvarova izolacije ili drugih velikih kvarova. Iskustvo pokazuje da se tipini proces propadanja kontakata u poetku razvija prilino sporo. Naravno, to vrijedi u sluaju da aparat nije izloen nekim nepredvienim okolnostima. Moe proi i nekoliko godina dok proces propadanja ne ue u zavrnu fazu koja moe dovesti do potpunog loma kontakata stoga su korisna periodika dijagnostika ispitivanja.

Mjerenje otpora glavnog strujnog puta mjeri se U-I metodom pomou strujnih i naponskih prikljuaka na svim polovima prekidaa.Prilikom mjerenja potrebno je uvaavati temperaturu okoline. Izmjereni rezultati se preraunavaju na referentnu temperaturu od 20C koritenjem izraza (23):

2020

TkR Rk T+

=+

(23)

gdje je R20 djelatni otpor preraunat na onu vrijednost koju bi imao pri temperaturi od 20C, RT

izmjereni djelatni otpor pri nekoj temperaturi T, k konstanta, za bakar iznosi 235, a za aluminij 225 i T temperatura glavnog strujnog puta prilikom mjerenja.

4.2.3 Ispitivanja stanja izolacije Funkcija elektrine izolacije u sluaju sklopne opreme osigurana je kombinacijom plinovitih, tekuih i krutih dielektrinih materijala. Proboj izolacije tijekom rada obino dovodi do kratkog spoja, izmeu faza, izmeu faza i zemlje, ili pak kroz otvorene kontakte. Do proboja moe doi kroz sam izolator ili uz njegovu povrinu. Najvei postotak prijavljenih tekih kvarova sklopne opreme otpada na izolaciju. Meutim, mnogi ostali kvarovi i nepravilnosti, kao to su nepravilni poloaj kontakata, lom mehanikih dijelova, previsok napon, pregrijavanje kontakata itd., mogu kao popratnu posljedicu imati proboj izolacije. Zbog velikih oteenja uzrokovanih probojem, primarni uzrok kvara u veini sluajeva teko je pronai te se pretpostavlja da su kvarovi izolacije esto uzrokovani neispravnostima drugih dijelova.


37

4.2.4 Ispitivanje pomonih i upravljakih ureaja te signalizacije Istraivanja pouzdanosti pokazuju da se velik dio kvarova pojavljuje u pomonim i upravljakim ureajima prekidaa. Zbog toga se obavljaju ispitivanja i kontrole kojima se preventivno mogu zamijeniti dijelovi koji se ispitivanjem ili vizualnim pregledom pokau kao neispravni.

4.3 Ispitivanja rastavljaa

Temeljni zadatak rastavljaa je vidljivo odvajanje dijela visokonaponskog postrojenja koje nije pod naponom od dijela koji je pod naponom, a prema konstrukcijskoj izvedbi dijele se na viestupne i jednostupne rastavljae. Za uzemljenje pojedinog dijela rasklopnog postrojenja ili vodova (vodna polja) slue zemljospojnici koji su esto mehaniki vezani s rastavljaima te ine konstrukcijsku cjelinu.

4.3.1 Ispitivanje elektrinih i mehanikih blokada te upravljakih ureaja i signalizacije

Da bi se ostvarilo bezstrujno otvaranje i zatvaranje rastavljaa, izvedene su mehanike i elektrine blokade izmeu prekidaa, rastavljaa i zemljospojnika ime je onemoguen nepravilni redoslijed sklapanja. Potrebno je ispitati daljinsko upravljanje rastavljaem iz transformatorske stanice ukoliko je preklopka lokalno-daljinski na poziciji lokalno. Naime u tom sluaju upravljanje mora biti onemogueno zbog zatite ljudi u postrojenju. Ispitivanje ispravnosti mikrosklopki na vratima ormaria rastavljaa vrlo je vano jer je preko njih spojeno upravljanje rastavljaem te njihovim otputanjem (otvaranjem vrata) postie se dodatna sigurnost osiguranja mjesta rada. Takoer potrebno je ispitati ispravnost pokazivaa poloaja aparata i mikrosklopki za krajnje poloaje aparata.

4.3.2 Mjerenje otpora glavnog strujnog puta Kao i u sluaju visokonaponskih prekidaa, sposobnost voenja struje u primarnom krugu kljuna je za pouzdanost visokonaponskog rastavljaa. U sluaju loih spojeva, kontakata i drugih mjesta primarnog kruga dolazi do pregrijavanja te do moguih oteenja samog rastavljaa i prekida napajanja potroaa. Periodinim dijagnostikim ispitivanjima te redovnim odravanjem (revizijama) otklanjaju se navedeni problemi. Prilikom revizije rastavljaa potrebno rastaviti oba kontaktna mjesta rastavljaa propisno ih oistiti te podmazati leajeve. Ispitivanja glavnih strujnih putova obuhvaaju mjerenje padova napona na rastavljau koji ne smiju biti vii od dozvoljenih. Ukoliko su padovi napona previsoki potrebno je lokalizirati mjesto kvara pomicanjem strujnih i naponskih prikljuaka te otkloniti mjesta loih spojeva.


38

5 ISPITIVANJA ODVODNIKA PRENAPONA U elektroenergetskim mreama javljaju se prenaponi koji u postrojenjima mogu dovesti do oteenja opreme te prekida napajanja potroaa. Temeljni zadatak odvodnika prenapona je ograniavanje amplitude predmetnih prenapona. Naelno su spojeni u paralelu sa tienom opremom kako bi preusmjerili struju koja se javlja prilikom prenapona. U rasklopnim postrojenjima visokog napona kao osnovna zatita preteitu primjenu imaju odvodnici s nelinearnim otpornicima s iskritem odnosno ventilni odvodnici te odvodnici s nelinearnim otpornicima bez iskrita tj. cink-oksidni (ZnO) odvodnici prenapona. Za zatitu nadzemnih vodova te manje znaajnih postrojenja s niskom uestalou atmosferskih izbijanja koriste se iskrita te cijevni odvodnici. Zbog njihove karakteristike kanjenja prorade te ograniene moi prekidanja struje, mogu se koristiti kao dopunska zatitna opreme koja ima osnovnu zatitu izvedenu ventilnim ili cink-oksidnim odvodnicima prenapona.

Izuzetnim znaajkama te pouzdanou, cink-oksidni odvodnici prenapona u dananje vrijeme istisnuli su iz uporabe sve ostale vrste odvodnika. U njihovom sluaju odreenu pozornost potrebno je posvetiti jedino odravanju vijanih spojeva te ienju izolatora. Ipak s obzirom da tite skupocjenu opremu provode se redovita ispitivanja promjene karakteristika odvodnika. Starenjem tijekom eksploatacijskog vijeka, odvodnik prenapona proputa sve veu struju tj. referentni napon se smanjuje to u normalnom pogonu moe rezultirati pregrijavanjem te u krajnjim sluajevima unitenjem i pucanjem tijela odvodnika.

Poeljno je ispitivanje odvodnika prenapona izvoditi dok su u pogonskom stanju iz razloga to u tom sluaju nisu potrebni isklopi pojedinih polja. Mjerna metoda kojom je mogue ispitivati odvodnike prenapona u pogonu je metoda mjerenja struje odvoenja pomou ureaja za mjerenje struje odvoenja (engl. Leakage Current Monitor - LCM). Prikljuivanje ureaja izvodi se na nain da se mjerna sonda prikljuuje na odgovarajui prikljuak na brojau prorade odvodnika. Ukoliko ovaj prikljuak ne postoji sonda se prikljuuje na strujna mjerna klijeta. Da bi se smanjila razlika izmeu dva mjerenja, sonda za mjerenje elektrinog polja postavlja se u podnoje odvodnika uvijek na priblino jednak nain. Razlike su mogue zbog razliitih oblika polja ovisno o pogonskom naponu i konstrukciji postolja za odvodnike.

Vrijednosti koje prikazuje LCM ureaj odnose se na radnu toku pri 0,7 Un i temperaturu od 20C. Ukoliko se mjerenje izvodi pri drugom naponu ili temperaturi, da bi se dobila ispravna vrijednost struje, potrebno je provesti korekciju rezultata koeficijentima K1 i K2 prema grafovima na slikama 21 i 22 (odvodnici ABB serije X i EXLIM). Vrijednost Un predstavlja nazivni napon odvodnika prenapona dok je U trenutni pogonski napon odvodnika prenapona. Ureaj LCM nije predvien za precizno odreivanje struje odvoenja, nego za praenje eventualnog porasta struje tijekom ivotnog vijeka odvodnika. Iz tog razloga LCM se moe upotrebljavati za ispitivanje svih vrsta cink-oksidnih odvodnika.


39

0,8

0,9

1

1,1

1,2

-10 0 10 20 30 40

Temperatura [C]

Documents

Dijagnostika elemenata elektroenergetskog sistema