TRANSFORMATORY W EKSPLOATACJI 2021
Odpowiedź dielektryczna w dziedzinie częstotliwości różnych typów izolacji stało-ciekłej Streszczenie
Niniejsza publikacja dotyczy rozpoznania odpowiedzi dielektrycznej suchej i zawilgoconej izolacji złożonej z papieru celulozowego lub aramidowego (Nomex) impregnowanego olejem mineralnym lub estrem syntetycznym (Midel 7131). Różne typy izolacji stało-ciekłej badano metodą FDS (Frequency Domain Spectroscopy). Do wykonania pomiarów i analizy użyto systemu DIRANA firmy OMICRON. Do prezentacji danych pomiarowych wykorzystano program Origin v.8.0. Stwierdzono przydatność analizy za pomocą systemu Dirana wykorzystującego model X-Y w przypadku izolacji celulozowej impregnowanej zarówno olejem mineralnym, jak i syntetycznym.
Słowa kluczowe
izolacja stało-ciekła, celuloza, papier aramidowy, olej transformatorowy, ester syntetyczny.
I. WSTĘP Metody badawcze oparte o pomiar zjawisk relaksacyjnych (FDS - Frequency Domain Spectroscopy; PDC - Polarization Depolarization Current; RVM - Return Voltage Measurement) pozwalają w dostatecznym stopniu oszacować zawilgocenie klasycznej izolacji transformatorów energetycznych złożonych z preszpanu na bazie celulozy i oleju mineralnego [1]. W przypadku tych metod kluczowym elementem jest poprawna interpretacja osiągniętych wyników. Metody polaryzacyjne oceny zawilgocenia izolacji stałej dają wynik uśredniony badanego obiektu na podstawie charakterystyk wzorcowych danego zawilgocenia lub analizy ilościowej lub/i jakościowej odpowiedzi dielektrycznej. Nabiera to istotnego znaczenia, gdy jednocześnie relaksuje kilka struktur dielektrycznych o różnych własnościach fizykochemicznych (olej, preszpan, granica faz papier-olej, makroobszary o różnym zawilgoceniu i temperaturze, warstwa zanieczyszczeń na celulozie) lub gdy szacowane jest zawilgocenie nowoczesnych izolacji stało-ciekłych [2, 3]. W transformatorach izolacja stało-ciekła znacząco podnosi parametr wytrzymałości elektrycznej w porównaniu do materiałów składowych. Jednak znaczącym problemem staje się stosunkowo niska wytrzymałość termiczna izolacji celulozowej. Dlatego coraz częściej stosuje się nowoczesne konstruk-
cje kompozytowe. Przykładem takiego tworzywa jest papier izolacyjny wzmocniony aramidem lub Nomex wprowadzony do sprzedaży przez koncern chemiczny DuPont. [4]. Natomiast oleje jako materiały izolacyjne spełniają dwie główne role: izolacji elektrycznej oraz chłodziwa. Dodatkowe wymagania dotyczące m.in. bezpieczeństwa pożarowego, wysokiej temperatury pracy urządzeń, wytrzymałości elektrycznej, a także ciągle zaostrzane normy środowiskowe sprawiły, że coraz większy procent wykorzystywanych płynów dielektrycznych to oleje syntetyczne. MIDEL 7131 jest syntetycznym olejem transformatorowym na bazie estru, przystosowany do większości typów i zastosowań transformatorów [3]. Kolejną ważną cechą oleju MIDEL 7131 jest stosunkowo wysoka rozpuszczalność wody. Rysunek 1 przedstawia zależność napięcia przebicia od stopnia zawilgocenia dla różnych cieczy stosowanych jako płyny dielektryczne. Widać wyraźnie, że MIDEL 7131 wielokrotnie lepiej znosi zawilgocenie niż oleje mineralne i silikonowe [5]. Niniejsza publikacja zawiera prezentację wyników badań uzyskanych metodą spektroskopii dielektrycznej różnych typów izolacji stało-ciekłej. Autorzy badali suchą i stosunkowo wysoko zawilgoconą izolację kompozytową w następujących konfiguracjach: preszpan celulozowy – mineralny olej transformatorowy, preszpan celulozowy – ester syntetyczny, papier aramidowy – mineralny olej transformatorowy, papier aramidowy – ester syntetyczny. Następnie otrzymane pomiary zaimplementowano do systemu pomiarowego Dirana firmy Omicron celem przeprowadzenia analizy zawilgocenia izolacji. Uzyskano praktyczne wnioski dotyczące przydatności systemu Dirana w ocenie zawilgocenia w przypadku izolacji celulozowej impregnowanej zarówno olejem mineralnym jak i estrem syntetycznym. Niniejsza tematyka jest publikowana w najnowszych pracach naukowych i omawiana na branżowych konferencjach transformatorowych [4, 6].
II. METODYKA
Rys.1. Zależność napięcia przebicia od stopnia zawilgocenia dla różnych cieczy izolacyjnych [5]
URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 4/2021
W celu przeprowadzenia badań różnych typów izolacji stało-ciekłej o skrajnym zawilgoceniu na podstawie pomiarów metodą spektroskopii dielektrycznej (FDS) zbudowano zespół hermetycznych elektrod pomiarowych (rys.2). Pomię-
45
