9.10. Характеристики изоляции обмоток трансформатора

При приложении к изоляции напряжения в ней происходят про­цессы поляризации и проводимости, имеют место диэлектрические по­тери. Эти процессы определяют характеристики изоляции, ее состояние. Для достоверной оценки состояния изоляции (увлажнения, загрязнения, старения) измеряется совокупность ее характеристик, поскольку недос­татки одних измерений компенсируются преимуществами других.

Поляризация— это ограниченное смещение находящихся в изоля­ции связанных противоположных зарядов, происходящее под дейст­вием электрического поля. Реальные изоляционные материалы обла­дают несколькими видами поляризации, но преобладающим является какой-то один ее вид. У полярных диэлектриков, к которым относится изоляция обмоток трансформаторов, преобладает дипольно-релакса­ционный вид поляризации. Этот замедленный (инерционный) вид по­ляризации, продолжающийся десятки секунд, называетсяабсорбцией, а сопровождающий это явление ток — током абсорбции.

Изменение тока абсорбции во времени при приложении к изоля­ции постоянного напряжения показано на рис. 9.7,акривой 1. По мере завершения смещения связанных противоположных зарядов происхо­дит спад этого тока. Установившееся значение тока утечкиi_утчерез изоляцию определяется ее объемной и поверхностной проводимостью (сопротивлением).

Рис. 9.7. Изменение тока абсорбции (а) и сопротивления изоляции (б) при при­ложении к ней постоянного напряжения

Переходный процесс спада тока абсорбции можно представить увеличением сопротивления изоляции Rво времени (кривая 1 рис. 9.7,б). Сопротивление изоляции измеряется мегаомметром, отсчет со­противления производится приблизительно через 60 секунд. Этого времени, как правило, достаточно для завершения процесса абсорбции. Итак, одной из характеристик изоляции является установившееся зна­чение ее сопротивления, обозначаемоеR₆₀. Очевидно, чем больше со­противлениеR₆₀, тем выше качество изоляции.

Наименьшие допустимые сопротивления изоляции обмоток мас­ляных трансформаторов при температуре 10…30°С составляют:

• R₆₀=300 МОм — для трансформаторов напряжением до 35 кВ;

• R₆₀=600 МОм — для трансформаторов напряжением 110 кВ;

• R₆₀ — не нормируется для трансформаторов напряжением 220 кВ.

Допустим, что кривые 1 рис. 9.7,аибсоответствуют нормальной сухой изоляции. При увлажнении (загрязнении, старении) изоляции ее характеристики ухудшаются: ток утечки возрастает, сопротивление изоляцииR₆₀ уменьшается (кривые 2 рис. 9.7,аиб).

Выполняя отсчет сопротивления изоляции по мегаомметру для двух моментов времени t₁иt₂и сопоставляя между собой сопротивленияR_t1иR_t2, можно судить, в частности, об увлажнении изоляции. Обычно при­нимаетсяt₁=15 с, аt₂=60 с, а отношениеR₆₀/R₁₅называется коэффициен­том абсорбции. Из кривых 1 и 2 рис. 9.7,бвидно, что для влажной изоля­ции коэффициент абсорбции будет меньше, чем для сухой.

Для нормальной изоляции коэффициент абсорбции, измеренный при температуре 10…30°С, должен быть не менее 1,3 [1].

В соответствии с характером зависимостей, приведенных на рис. 9.7,б, реальную изоляцию можно представить схемой замещения, по­казанной на рис. 9.8,а.

Рис. 9.8. Схема замещения изоляции (а) и векторная диаграмма напряжения и токов (б)

Ветвь R_aC_aхарактеризует инерционность явления абсорбции; ветвьR₆₀— сопротивление изоляции после завершения смещения всех связанных противоположных зарядов; ветвь С_г— геометрическую емкость изоляции.

При приложении к изоляции переменного напряжения Uпо ней протекает полный токI, состоящий из тока абсорбцииI_aи тока утечкиI_ут. Этот полный ток в соответствии с векторной диаграммой рис. 9.8,бможно разложить на активнуюI_Rи емкостнуюI_Cсоставляющие. Про­изведениеUI_Rопределяет потери активной мощности в изоляции. Эти потери, идущие на нагревание изоляции, называютсядиэлектриче­скими потерями.

Отношение I_R/I_C=tgназываетсятангенсом угла диэлектрических потерьи характеризует стойкость изоляции по отношению к тепло­вому пробою, а также увлажнение изоляции и общее ее старение. Чем меньшеtg, тем выше качество изоляции.

Наибольшие допустимые значения tg, %, при температуре обмо­ток 10…30°С для масляных трансформаторов составляют:

• tg=2,5% — для трансформаторов напряжением 35 кВ, мощно­стью более 10000 кВ^.А;

• tg=2,5% — для трансформаторов напряжением 110 кВ;

• tg=1,3% — для трансформаторов напряжением 220 кВ.

Потери активной мощности в изоляции в соответствии с обозна­чениями векторной диаграммы (рис. 9.8,б) определяются как

Р=UI_R=UIcosϕ=UI_Ctg. (9.24)

Поскольку реальные значения tgотносительно малы, можно по­лагать, чтоI_CI. Тогда выражение (5.24) можно записать в виде

РUItg. (9.25)

Из последнего выражения следует, что

.(9.26)

Таким образом, tgможно измерить по схеме с тремя измеритель­ными приборами: ваттметром для измерения потерь активной мощно­стиР, вольтметром для измерения приложенного к изоляции напря­женияUи амперметром для измерения протекающего через изоляцию токаI. Этот метод измерения достаточно прост, но точность измерений невелика. Более точное измерениеtgвыполняют с помощью специ­альных высоковольтных мостов.

Измерение характеристик изоляции (R₆₀,R₆₀/R₁₅,tg) проводят для всех обмоток трансформатора. В частности, для двухобмоточного трансформатора измерения характеристик изоляции проводят по схеме:

• измерения на обмотке НН — заземлены обмотка ВН и бак;

• измерения на обмотке ВН — заземлены обмотка НН и бак;

• измерения на обмотках НН+ВН — заземлен бак.