Transformatory energetyczne wysokiego i średniego napięcia są powszechnie stosowane w sieciach elektroenergetycznych i służą do zasilania urządzeń końcowych w zakładach, instytucjach i u odbiorców indywidualnych. Dlatego ich bezawaryjna praca jest bardzo istotna dla krajowej gospodarki.
Pod względem konstrukcyjnym transformatory dzieli się na:
- transformatory suche (w których uzwojenia, a także sam rdzeń, mogą być zalane żywicą),
- transformatory olejowe (uzwojenia z rdzeniem są zanurzone w szczelnej stalowej kadzi wypełnionej olejem elektroizolacyjnym).
W praktyce w instalacjach elektroenergetycznych najczęściej stosowany jest ten drugi rodzaj urządzeń – i to właśnie one będą nas interesowały w tym artykule. W transformatorach olejowych wykorzystywane są oleje elektroizolacyjne mineralne, syntetyczne oraz ich mieszanki. Warto tu zaznaczyć, iż oleje elektroizolacyjne stosuje się także w innych urządzeniach wysokonapięciowych, takich jak włączniki elektryczne, kondensatory, dławiki lub kable.
Właściwości oleju wymagają badania
Niezależnie od rodzaju stosowanego oleju pełni on w transformatorze dwie podstawowe funkcje:
- chłodzącą,
- izolacyjną.
Ponadto olej zabezpiecza przed korozją, chroni izolację stałą uzwojeń przed wilgocią i powietrzem, chroni także izolację celulozową uzwojeń (nasycenie izolacji olejem). Prawidłowa praca transformatora olejowego uzależniona jest w dużej mierze od odpowiednich właściwości fizyczno-chemicznych oleju, dlatego też niezbędne jest ich skrupulatne monitorowanie w ramach okresowo przeprowadzanych badań.
Badania olejów elektroizolacyjnych transformatorów o mocy poniżej 100 MVA oraz transformatorów o napięciu poniżej 220 kV (czyli należących do grupy II i III) zgodnie z obowiązującymi przepisami należy przeprowadzać co pięć lat (mówi o tym Zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki w sprawie eksploatacji transformatorów). Czasem zachodzi konieczność przeprowadzania częstszych badań, jeśli takie wskazania zostały podane we wcześniejszych pomiarach olejów lub jeśli zaleca tak producent transformatora.
Badania olejów elektroizolacyjnych mogą być przeprowadzane w zakresie:
- skróconym, który obejmuje określenie:
- wyglądu (barwa, klarowność),
- zawartości wody wydzielonej,
- zawartości stałych ciał obcych,
- napięcia przebicia,
- rezystywności,
- współczynnika strat dielektrycznych tgδ w temp. 50oC,
- pełnym, który obejmuje zakres skrócony oraz:
- oznaczenie zawartości wody rozpuszczonej,
- określenie liczby kwasowej,
- określenie temperatury zapłonu,
- określenie napięcia powierzchniowego δ,
- obejmującym analizę chromatograficzną gazów rozpuszczonych (DGA),
- obejmującym analizę zawartości związków furanów.
Jak wskazuje dobra praktyka inżynierska, już samo przeprowadzenie badań oleju w zakresie skróconym i pełnym pozwala na wykrywanie na wczesnym etapie symptomów nieprawidłowej pracy transformatora. Dlatego tak istotne jest regularne przeprowadzanie badań oleju podczas okresowej kontroli stanu technicznego urządzenia, szczególnie że są to badania o charakterze nieinwazyjnym.
Poniżej przedstawione zostały podstawowe informacje, które charakteryzują poszczególne parametry i wskaźniki zawarte w pełnym zakresie badania oleju elektroizolacyjnego:
- Napięcie przebicia – wartość tego napięcia charakteryzuje właściwości izolacyjne oleju. Jeśli jest ona zbyt niska, to wskazuje na obecność zanieczyszczeń (np. cząstek stałych) i zawilgocenia próbki. Może to skutkować koniecznością przeprowadzenia wirowania oleju lub jego wymiany.
- Zawartość wody – obecność wody w oleju wpływa na pogorszenie parametrów dielektrycznych i na wytrzymałość elektryczną oleju elektroizolacyjnego. Skutkiem tego mogą być wyładowania niezupełne na uzwojeniach lub wzrost ciśnienia w kadzi, co w konsekwencji grozi awarią transformatora.
- Współczynnik strat dielektrycznych i rezystywność – współczynniki te wskazują na jakość oleju, a dokładnie: czy olej ulega starzeniu. Wpływ na wzrost współczynników mają np. temperatura, zawartość zanieczyszczeń w oleju, zawartość w nim wody, czas przyłożonego napięcia lub natężenie pola elektrycznego.
- Temperatura zapłonu – wartość temperatury zapłonu badanej próbki oleju musi być wyższa od 130o C. Parametr ten wpływa na bezpieczeństwo pożarowe transformatora. Zbyt niska temperatura zapłonu stwarza ryzyko zapalenia oleju.
- Liczba kwasowa – liczba ta mówi o jakości oleju transformatorowego. Stanowi ona pośredni parametr wskazujący na możliwość wytrącenia się w transformatorze zanieczyszczeń w postaci osadu, który to osad prowadzi do rozkładu oleju elektroizolacyjnego na produkty kwaśne. Przyspieszają one proces starzenia izolacji celulozowej w transformatorze. Duża kwasowość może również powodować korozję elementów metalowych w transformatorze.
- Napięcie powierzchniowe – jest wskaźnikiem czystości oleju podczas składowania oraz starzenia oleju podczas eksploatacji (powstawanie osadu, szlamu). W przypadku oleju eksploatowanego zbyt niska wartość napięcia powierzchniowego może wskazywać na konieczność regeneracji oleju lub nawet jego wymiany.
- Zawartości stałych ciał obcych – ciała stałe w oleju mogą pojawiać się w wyniku degradacji celulozy (izolacji), karbonizacji oleju lub korozji. Osadzają się one w postaci szlamu na dnie kadzi oraz na powierzchni uzwojeń transformatora (co powoduje pogorszenie warunków chłodzenia). Określenie rodzaju i ilości poszczególnych cząstek stałych pozwala na wskazanie stopnia i przyczyny degradacji w transformatorze.
W przedstawionych powyżej zakresach badania oleju elektroizolacyjnego nie uwzględniono analizy gazów rozproszonych i związków furanu, które zostaną omówione w jednym z kolejnych artykułów.
Jeżeli interesują Was dodatkowe informacje, dotyczące tego tematu, zapraszamy do kontaktu z Krzysztofem Książkiem: Krzysztof.Ksiazek@warta.pl.
