Badania i pomiary transformatorów

Transformatory energetyczne należy badać okresowo w celu oceny ich zużycia oraz możliwości dalszej eksploatacji. Podczas takiego badania musimy przeprowadzić oględziny oraz kilka niezbędnych pomiarów. Badania transformatorów obejmują:

1. Pomiar rezystancji uzwojeń
2. Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń
3. Badanie oleju (dla transformatorów olejowych)
4. Pomiar rezystancji uziemień roboczych

Poza w/w należy przeprowadzić oględziny stanu technicznego transformatora oraz komory transformatora.

1. Pomiar rezystancji uzwojeń

Pomiar wykonujemy przeznaczonym do tego miernikiem pozwalającym zmierzyć rezystancje o małej wartości. Na rynku jest dostępnych wiele tego typu mierników wykorzystujących metodę mostkową lub techniczną. Przed przystąpieniem do pomiarów transformator należy wyłączyć spod napięcia i odłączyć wszystkie zaciski uzwojeń od sieci (zarówno po stronie GN jak i DN).

Niezbędne jest zmierzenie temperatury uzwojeń. Jako temperaturę uzwojeń transformatora olejowego przyjmuje się temperaturę powierzchni kadzi na 2/3 jej wysokości, zmierzoną przez dotyk.

Rezystancję uzwojeń mierzymy między wszystkimi zaciskami liniowymi transformatora po stronie GN i DN, czyli: A-B, B-C, C-A. Do oceny wyników pomiarów potrzebne nam będą wartości rezystancji fazowych oraz wartości średnie. Oblicza się je z poniższych wzorów:

Dla uzwojeń skojarzonych w gwiazdę lub zygzak

Dla uzwojeń skojarzonych w trójkąt

R_A, R_B, R_C – rezystancja uzwojeń fazowych

R_fśr – średnia rezystancja uzwojeń fazowych

R_AB, R_BC, R_CA – rezystancje zmierzone pomiędzy zaciskami transformatora

Obliczone rezystancje fazowe należy przeliczyć do temperatury odniesienia 20°C ponieważ ocenę wyników dokonuje się dla temperatury 20°C. Podane przez producenta wartości, również odnoszą się do takiej temperatury. Rezystancje te przelicza się wg poniższych wzorów:

Dla uzwojeń miedzianych

Dla uzwojeń aluminiowych

Wyniki pomiarów można uznać za pozytywne jeżeli zmierzone przez nas rezystancje odpowiadają wymaganiom podanym przez wytwórcę lub normę.

2. Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń

Pomiar rezystancji izolacji wykonujemy odpowiednim miernikiem o napięciu probierczym 2500V. Tak samo jak przy pomiarze rezystancji uzwojeń, transformator należy wyłączyć spod napięcia i odłączyć wszystkie jego zaciski od sieci. Na czas pomiaru kadź transformatora musi być uziemiona. Uzwojenia, których izolacja ma być mierzona musimy uziemić na czas minimum 2 minut przed pomiarem. Następnie wykonujemy następujące pomiary:

• Uzwojenie GN względem uzwojenia DN i kadzi
• Uzwojenie DN względem uzwojenia GN i kadzi
• Uzwojenie DN i GN względem kadzi
• Uzwojenie GN względem uzwojenia DN

Za każdym razem wykonuje się dwa odczyty:

• R₁₅ po upływie 15s od przyłożenia napięcia pomiarowego
• R₆₀ po upływie 60s od przyłożenia napięcia pomiarowego

Dla transformatorów o mocy 1,6MVA i większej wykonuje się też pomiar R₃₀₀ – po upływie 300s od chwili przyłożenia napięcia pomiarowego. Po zakończeniu każdego pomiaru transformator należy rozładować w czasie nie krótszym niż czas trwania pomiaru.

Wyniki pomiarów rezystancji izolacji uzwojeń transformatora można uznać za pozytywne jeżeli:

• Dla transformatora olejowego o mocy 1,6MVA i większej, R₃₀₀ nie powinna być mniejsza niż 70% wartości zmierzonej w wytwórni w tych samych warunkach (20°C)
• Dla transformatora olejowego o mocy mniejszej niż 1,6MVA, R₆₀ nie powinna być mniejsza niż 70% wartości zmierzonej w wytwórni w tych samych warunkach (20°C)
• Stosunek R₆₀/R₁₅ dla transformatora olejowego w zakresie średnich temperatur oleju od 15°C do 30°C, nie powinien być mniejszy niż 1,3 w przypadku izolacji doziemnej i 1,5 w przypadku izolacji międzyuzwojeniowej
• Dla transformatora suchego, R₆₀ nie powinna być mniejsza niż 25MΩ w przypadku napięć znamionowych 10kV i większych oraz 15MΩ dla napięć znamionowych mniejszych niż 10kV (warunki pomiaru: temperatura 20°C i wilgotność względna <65%)

Jeżeli rezystancja została zmierzona w innych temperaturach niż u wytwórcy, ale w przedziale od 5°C do 35°C, to należy przyjąć zasadę, że obniżenie temperatury o 15°C powoduje dwukrotny wzrost rezystancji, a podwyższenie temperatury o 15°C powoduje dwukrotne zmniejszenie rezystancji.

3. Badanie oleju

Badanie oleju wykonuje się w przeznaczonych do tego laboratoriach. Zazwyczaj wystarczy pobrać próbkę oleju o objętości 100ml, ale spotkałem się już z sytuacją, kiedy firma badająca olej zażądała próbki o objętości co najmniej 500ml. Badanie oleju polega na przeprowadzeniu:

• Sprawdzenia zawartości wody i ciał stałych
• Sprawdzeniu napięcia przebicia oleju
• Pomiaru rezystywności oleju

Wyniki badań uznaje się za pozytywne jeżeli olej nie zawiera ciał stałych i wody, napięcie przebicia jest nie niższe niż 40kV przy temperaturze 20°C oraz rezystywność oleju przy temperaturze 50°C jest nie niższa niż 20GΩ.

4. Pomiar rezystancji uziemień roboczych

Pomiar rezystancji uziemień wykonuje się przeznaczonymi do tego miernikami wykorzystującymi metodę techniczną lub kompensacyjną. Wartość rezystancji uziemienia roboczego nie powinna przekraczać wartości 5Ω oraz wartości obliczonej z poniższego wzoru:

I_Z – prąd zwarciowy doziemny

Prąd zwarciowy doziemny określony jest przez ZE lub oblicza się go ze wzorów:

I_bn – prąd znamionowy wkładki topikowej po stronie GN transformatora

I_NAST – wartość nastawiona zabezpieczenia nadmiarowoprądowego po stronie GN transformatora

I_c – pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego dla sieci z kompensacją zwarcia doziemnego

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy wystawić odpowiednie protokoły. Musimy pamiętać również o oględzinach transformatora i komory transformatorowej oraz o przeglądzie sprzętu BHP i pożarowego.

Jak zwykle zapraszam do komentowania.