IDAX 300/350 Analizatory diagnostyczne izolacji

Transkrypt

1 IDAX 300/350 Analizatory diagnostyczne izolacji Automatyczny pomiar i analiza zawartości wilgoci w izolacji metodą FDS, pomiar współczynnika strat dielektrycznych tangens delta i konduktywności oleju Indywidualna korekcja temperaturowa (ITC) współczynnika tangens delta i konduktywności oleju Pomiar szybszy o 40% z zastosowaniem nowego oprogramowania IDAX 5.0 Wiarygodne wyniki pomiarów w środowisku o dużym stopniu zaszumienia Wielofunkcyjny system pomiarowy do badania transformatorów OPIS Analizatory diagnostyczne IDAX 300/350 zapewniają dokładną i wiarygodną ocenę stanu układów izolacyjnych transformatorów, izolatorów przepustowych, generatorów synchronicznych i kabli. System IDAX zwiększa wydajność i skuteczność czynności utrzymaniowych a uzyskane efekty badań i decyzje podjęte na ich podstawie pozwalają na optymalizację obciążeń i wydłużenie okresu eksploatacji majątku. Oferowane są dwa modele: IDAX kompaktowy instrument pomiarowo-diagnostyczny obsługiwany z zewnętrznego komputera, oraz IDAX 350 z własnym wbudowanym komputerem, z możliwością obsługi również z komputera zewnętrznego. Urządzenia IDAX 300/350 są mniejsze, lżejsze i szybsze od poprzedników modeli IDAX 200 i IDAX 206. System IDAX 300/350 zapewnia wysoką dokładność i wiarygodność wyników poprzez zastosowanie techniki polegającej na analizie odpowiedzi dielektrycznej izolacji w szerokim zakresie częstotliwości (AC DFR - Dielectric Frequency Response), znanej powszechnie jako spektroskopia dielektryczna w dziedzinie częstotliwości (FDS). Metoda ta pozwala na uzyskanie wiarygodnych wyników nawet w bardzo zaszumionym środowisku. Oprogramowanie komputerowe opracowane w oparciu o najnowsze rozwiązania znacząco przyspiesza i ułatwia pomiary, umożliwiając ocenę stopnia zawartości wilgoci w izolacji stałej transformatorów i w oleju elektroizolacyjnym w ciągu około 22 minut (w temperaturze 20 C). Instrumenty IDAX mierzą pojemność i współczynnik strat dielektrycznych tangens delta (alternatywnie współczynnik mocy) izolacji między uzwojeniami transformatora w szerokim zakresie częstotliwości sygnału pomiarowego. Analiza wyników w oparciu o technikę modelowania odpowiedzi dielektrycznej prowadzi do oceny stanu układu izolacyjnego na podstawie zawartości wilgoci w izolacji stałej, konduktywności i współczynnika tangens delta oleju dla temperatury odniesienia 25 C oraz współczynnika tangens delta przy częstotliwości zasilania dla temperatury odniesienia 20 C. Pomiar można wykonać w każdej temperaturze, ponieważ zależność temperaturowa współczynnika strat dielektrycznych jest uwzględniona w modelowaniu. ZASTOSOWANIA Starzejące się zasoby transformatorów stanowią poważny problem dla współczesnej branży elektroenergetycznej, jako że awarie i wiążące się z nimi naprawy i remonty wymagają milionowych nakładów. Transformatory stały się jednym z kluczowych elementów wypełnienia misji, którą jest niezawodność sieci elektroenergetycznych. Potrzeba wdrażania niezawodnych metod monitoringu i diagnostyki motywuje specjalistów do opracowywania i testowania nowych technik pomiarowych przyczyniających się do poprawy niezawodności i optymalnej eksploatacji wszystkich elementów sieci [1]. Urządzenia IDAX, wykorzystujące do badań i analizy technikę spektroskopii dielektrycznej w dziedzinie częstotliwości (FDS), są instrumentami rewolucyjnymi w diagnostyce izolacji. Metoda FDS (określana również mianem częstotliwościowej odpowiedzi dielektrycznej DFR) stosowana jest od dziesięcioleci w laboratoriach a system IDA/IDAX był pierwszym instrumentem diagnostycznym wykorzystującym tę metodę w pomiarach terenowych (rok 1996). Urządzenia rodziny IDA/IDAX i zastosowana w nich metoda pomiaru używane są z powodzeniem na całym świecie od ponad 15 lat. 1

2 Wilgoć w izolacji transformatorów Jednym z najważniejszych zastosowań systemu IDAX jest określenie zawartości wilgoci w izolacji transformatora. Zawilgocenie znacząco przyspiesza proces starzenia układu izolacyjnego, który w transformatorze mocy składa się z oleju elektroizolacyjnego i celulozy. Pośród wielu czynników decydujących o degradacji izolacji wilgoć pełni zasadniczą rolę. Obecność wody w izolacji stałej transformatora, nawet w niewielkim stężeniu: przyspiesza starzenie izolacji zmniejsza dopuszczalny punktowy poziom temperatury uzwojeń zwiększa ryzyko tworzenia się pęcherzyków gazu zmniejsza wytrzymałość elektryczną oleju transformatorowego zmniejsza poziom zapłonu aktywności wyładowań niezupełnych System IDAX zapewnia uzyskanie wiarygodnej oceny stopnia zawilgocenia izolacji po jednym pomiarze. Pomiar można wykonać w każdej temperaturze. W temperaturze od 20 C do 30 C pomiar trwa około 22 minut. Decyzje dotyczące remontu lub wymiany powinny być podejmowane na podstawie wiedzy o stanie izolacji i przewidywanym czasie zakończenia eksploatacji urządzenia. Dodanie zaledwie kilku lat do okresu eksploatacji transformatora, generatora czy kabla poprzez optymalizację warunków pracy w oparciu o wiarygodne dane diagnostyczne pozwala właścicielowi majątku uzyskać znaczące oszczędności. Metodę FDS można zastosować również do oceny stanu i stopnia zestarzenia izolacji przekładników prądowych, przekładników napięciowych, izolatorów przepustowych i innych elementów sieci elektroenergetycznej. Liczne projekty badawcze prowadzone na bieżąco w instytutach i na wyższych uczelniach na całym świecie stale wzbogacają wiedzę i doświadczenie użytkowników systemu IDAX. Rys.1.Korelacja zawartości wody w papierze i w oleju ilustracja słabej korelacji w niskich temperaturach Pomiar Współczynnik strat dielektrycznych tgδ jest zależny od częstotliwości i temperatury, stąd doprowadzając do badanego układu izolacyjnego napięcie sinusoidalne o częstotliwości zmieniającej się w dyskretnych odstępach w zakresie od 1 mhz do 1 khz i rejestrując wyniki w każdym punkcie pomiarowym, uzyskuje się charakterystykę odpowiedzi częstotliwościowej dielektryka w danej temperaturze (Rys. 2). Woda rozpuszczona w oleju a woda zaabsorbowana przez papier Ocena stopnia zawilgocenia izolacji transformatora na podstawie badania próbki oleju jest zawodna, ponieważ migracja wody pomiędzy izolacją stałą i olejem zależy od temperatury. Próbkę oleju do badania należy pobrać w stosunkowo wysokiej temperaturze, gdy układ papierowoolejowy znajduje się w stanie równowagi. Niestety, stan ten w przypadku transformatorów występuje rzadko, stąd ocena całościowa izolacji na podstawie próbki oleju nie jest wiarygodna. Doświadczenie pokazuje, że metoda polegająca na badaniu próbki oleju przeszacowuje stopień zawartości wody w układzie izolacyjnym. Rysunek 1 ilustruje znaczącą i potencjalnie krytyczną zmianę zawartości wody w papierze w niskich temperaturach w porównaniu z korespondującą mało znaczącą zmianą zawartości wody w próbce oleju w tej samej temperaturze (np. dla temperatury 20 C znacząca zmiana zawartości wilgoci w papierze od 0,5% do 4% odpowiada niewielkiej zmianie zawartości wody w oleju od 1 do 4 części na milion) [2]. Rys. 2. Odpowiedź dielektryczna prezentowana wartościami pojemności i współczynnika strat dielektrycznych tgδ Odpowiedź częstotliwościowa dielektryka charakteryzuje właściwości materiału izolacyjnego w transformatorze i stanowi podstawę analizy opisanej poniżej. Temperatura izolacji (odpowiadająca temperaturze oleju lub uzwojeń) jest rejestrowana i jej wartość jest użyta w modelu analitycznym. Model analityczny Izolacja między uzwojeniami transformatora składa się z izolacji stałej i ciekłej. Izolacja stała składa się z preszpanowych przegród i prowadnic dystansowych tworzących kanały, w których znajduje się olej elektroizolacyjny pełniący rolę chłodziwa (Rys. 3). Zastosowany w modelu analitycznym algorytm przetwarza typowe parametry geometryczne układu izolacyjnego symulując każdy możliwy wariant konstrukcyjny. W modelu zastosowano również równanie Arrheniusa do obliczenia i skompensowania zależności temperaturowej parametrów materiału izolacyjnego [3]. 2

3 Rys.3. Typowa konstrukcja izolacji transformatora Oprogramowanie IDAX modeluje krzywe odpowiedzi dielektrycznej i porównuje je z wynikami pomiaru do momentu uzyskania możliwie najlepszego dopasowania. Ostateczne wyniki prezentowane są postaci zawartości procentowej wilgoci w papierze i w wartościach współczynnika tangens delta i konduktywności oleju dla częstotliwości zasilania skorygowanych do temperatury odniesienia (Rys. 4). Jeden punkt pomiarowy nie wystarcza Konwencjonalny pomiar współczynnika strat dielektrycznych tg δ (albo współczynnika mocy) dostarcza informacji o wartości tego parametru tylko dla częstotliwości 50/60 Hz. Tutaj wyraźnie widać przewagę metody zastosowanej w systemie IDAX. Wynik pomiaru współczynnika tgδ dla jednej częstotliwości nie jest wyczerpującą informacją o istocie potencjalnego problemu, co najwyżej ujawnia istnienie problemu. Ilustruje to przykład przedstawiony na rysunku 6, gdzie wynik pomiaru współczynnika tg δ dla dwóch transformatorów przy częstotliwości 50 Hz jest identyczny. Jednak w rzeczywistości izolacja jednego transformatora jest zawilgocona (3,6%) i należałoby rozważyć jej wysuszenie, podczas gdy w drugim transformatorze konieczna byłaby wymiana lub regeneracja oleju. Metoda IDAX dostarcza tych dokładnych i wyczerpujących informacji w wynikach jednego pomiaru. Rys. 6. Niebieski sucha izolacja stała, zanieczyszczony olej. Czerwony zawilgocona izolacja stała, dobry olej. Rys.4. Ocena stanu izolacji: zawartość wilgoci, tangens delta i konduktywność oleju Co wpływa na odpowiedź dielektryczną? Ogólna reguła jest taka, że wilgoć jest widoczna przy najniższych i najwyższych częstotliwościach. Konduktywność oleju ujawnia się głównie w środkowym pasmie częstotliwości pomiarowych a temperatura przesuwa charakterystykę odpowiednio w prawo albo lewo (Rys. 5). Procedura pomiarowa Sposób przygotowania pomiaru i obiektu badania jest podobny do procedury wymaganej dla konwencjonalnego pomiaru współczynnika strat dielektrycznych tg δ, co oznacza, że transformator powinien być wyłączony z ruchu i najlepiej odłączony od sieci. Oprogramowanie IDAX funkcjonuje w środowisku Windows XP, Vista, 7 i 8 i wymaga do komunikacji standardowych łączy USB lub Ethernet. Oprogramowanie prowadzi użytkownika krok po kroku według ustalonego schematu, którego częścią jest wykonanie fizycznych połączeń (przykładowy układ połączeń przedstawiony jest na rysunku 7). Oznaczenie kolorami zacisków i przewodów pomiarowych ułatwia wykonanie połączeń zgodnie z wyświetlanymi poleceniami. Pomiary można rozpocząć z chwilą zestawienia układu pomiarowego i w przeciwieństwie do metod badania napięciem stałym nie ma potrzeby rozładowywania pojemności badanego obiektu. Rys. 5. Wpływ konduktywności i zawilgocenia na odpowiedź dielektryczną Rys.7. Przykład połączeń transformator dwuuzwojeniowy 3

4 Wszystkie urządzenia rodziny IDAX wyposażone są w trzy zaciski pomiarowe (czerwony, niebieski i zacisk uziemiający), co pozwala wykonać pomiary różnych fragmentów badanego układu izolacyjnego w sekwencji automatycznej bez potrzeby zmiany raz zestawionego układu połączeń z transformatorem. W wersjach rozszerzonych urządzenia, tj. IDAX 300S i IDAX 350, zastosowano dwa oddzielne kanały pomiaru prądu, co umożliwia wykonywanie dwóch całkowicie niezależnych pomiarów jednocześnie, skracając tym samym czas badania. IDAX jako wielofunkcyjny instrument pomiarowy Poza podstawą funkcją, którą jest ocena stopnia zawilgocenia izolacji transformatorów olejowych, system IDAX wyposażony jest w inne funkcje pomiarowodiagnostyczne przeznaczone do badania transformatorów, izolatorów przepustowych, kabli i innych elementów sieci elektroenergetycznej. System IDAX można użyć do: Pomiaru współczynnika strat dielektrycznych tangens delta przy częstotliwości zasilania Pomiaru pojemności elektrycznej przy częstotliwości zasilania Badania izolatorów przepustowych z zastosowaniem opasek przewodzących Pomiarów zmiennymi ( tip-up ) lub schodkowo narastającymi wartościami napięcia Pomiaru rezystancji izolacji napięciem stałym z ustaleniem wartości wskaźnika polaryzacji (PI) i współczynnika absorbcji dielektrycznej (DAR) Pomiaru prądu magnesującego Maksymalne napięcie pomiaru w systemie IDAX wynosi 200V (DC / szczytowe AC). Zastosowanie opcjonalnego wzmacniacza VAX020 zwiększa maksymalne napięcie do 2kV (DC / szczytowe AC). Rys. 8 Pomiar rezystancji izolacji Kalibracja Zestaw kalibracyjny pozwala na wykonanie we własnym zakresie prostego i niezawodnego wzorcowania systemu IDAX. Korzystanie z kalibratora sprawia, że system pomiarowy jest dostępny bez przerw koniecznych na wzorcowanie urządzenia u producenta, co jednocześnie eliminuje koszty transportu. Jedynym urządzeniem wymagającym okresowego wzorcowania u producenta jest kalibrator. Nowa konstrukcja kalibratora pozwala na wykonanie wzorcowania tego urządzenia w krótkim czasie w każdej placówce serwisowej certyfikowanej przez producenta bez konieczności ponoszenia wysokich kosztów transportu. Monitorowanie procesów Oprogramowanie IDAX 5.0 zawiera dodatkowy moduł monitorowania procesów, IDAX Monitoring, pozwalający na bieżąco obserwować przebieg różnych procesów z zastosowaniem spektroskopii dielektrycznej w dziedzinie częstotliwości (FDS). Przykłady monitorowanych procesów to między innymi: Wysuszanie, zmniejszanie zawartości wilgoci w impregnowanej i nieimpregnowanej celulozie, np. izolacji uzwojeń transformatorów mocy. Impregnowanie (przesycanie) np. suchej celulozy płynami izolacyjnymi albo żywicami. Utwardzanie żywic poliestrowych lub epoksydowych, np. uzwojeń stojana silnika elektrycznego. Rejestrowana jest odpowiedź dielektryczna materiału w szerokim zakresie częstotliwości z jednoczesnym pomiarem temperatury. Analizę wyników można przeprowadzić na szereg różnych sposobów. Funkcja monitorowania włączana jest w oprogramowaniu za pomocą odrębnego, licencjonowanego kodu. Wnioski System IDAX jest sprawdzonym instrumentem analitycznym i diagnostycznym. Urządzenia pomiarowe rodziny IDAX i zastosowana metoda badania izolacji, łącznie z algorytmem oceny stopnia zawilgocenia, zostały wszechstronnie przetestowane i pozytywnie zweryfikowane przez licznych użytkowników w długim okresie czasu. Najnowsza, piąta już generacja urządzeń IDAX jest szybsza, prostsza w obsłudze i bardziej wszechstronna niż urządzenia poprzednich generacji. Szeroki zakres częstotliwości sygnału pomiarowego (od DC do 10 khz), odporność na zakłócenia emitowane w stacjach elektroenergetycznych, szybka metoda pomiaru i zakres napięć pomiarowych od 200 V do 30 kv (z zastosowaniem opcjonalnych wzmacniaczy) sprawiają, że system IDAX spełnia oczekiwania najbardziej wymagających użytkowników poszukujących wszechstronnego zestawu diagnostycznego do badania izolacji. 4

5 DANE TECHNICZNE IDAX 300/350 Parametry środowiskowe Tryby pomiaru* UST (Ungrounded Specimen Test) Obszar Instrument przeznaczony jest do użytku obiekt pomiaru odizolowany od ziemi UST-R: mierzony czerwony, uziemiony zastosowań w stacjach elektroenergetycznych niebieski średniego i wysokiego napięcia oraz w UST-B: mierzony niebieski, uziemiony środowisku przemysłowym czerwony UST-RB: mierzony czerwony i niebieski Temperatura otoczenia Robocza Magazynowania Wilgotność względna Oznaczenia CE EMC IDAX 300: -20 C do +55 C IDAX 350: -10 C do +55 C -40 C do +70 C <95% bez kondensacji 2004/108/EC GST (Grounded Specimen Test) obiekt pomiaru uziemiony mierzony jest prąd płynący przez obiekt (izolację) do ziemi GST-GND: uziemiony czerwony i niebieski GSTg-R: czerwony bocznikowany, niebieski uziemiony GSTg-B: niebieski bocznikowany, czerwony uziemiony GSTg-RB: bocznikowane niebieski i czerwony Dyrektywa niskonapięciowa Ogólne 2006/95/EC Napięcie zasilania V ± 10%, 50/60 Hz Pobór mocy Wymiary IDAX 300 IDAX 300 walizka IDAX VA (maksymalnie) 335 x 300 x 99 mm 520 x 430 x 220 mm 520 x 430 x 220 mm Kalibracja *IDAX 300 może wykonywać pomiary w różnych układach sekwencyjnie. IDAX 300S/350 może także wykonywać jednoczesne pomiary w dwóch różnych układach Wzorcowanie przyrządu można wykonać we własnym zakresie korzystając z opcjonalnego kalibratora Masa Pomiar prądu polaryzacji i depolaryzacji PDC (w IDAX 300 4,9 kg, 9,9 kg z walizką dziedzinie czasu) IDAX ,5 kg Zakres ± 20 ma Akcesoria 8,5 kg z torbą na akcesoria Rozdzielczość 0,1 pa Sekcja pomiarowa Błąd pomiaru 0,5% ± 1 pa Wejścia Kanał 1, kanał 2, ziemia Rezystancja Zakres pomiaru 10 pf do 100 µf wejściowa (tryb DC) pojemności Błąd pomiaru pojemności Zakres pomiaru tangens delta Błąd pomiaru tangens delta Maks. poziom zakłóceń AC Maks. poziom zakłóceń DC 0,5% + 1 pf Wyjścia 0 do 10 (z zachowaniem dokładności pomiaru pojemności, wyższy bez zachowania tej dokładności) <0,5% +0,0001, 45 70Hz, C > 100 pf (ze wzmacniaczem VAX020) < 05% + 0,0002, 45 70Hz, C > 100 pf <1% + 0,0003, 1 mhz 100 Hz, C> 1000 pf <2% + 0,0005, 100 Hz 1 khz, C> 1000 pf 1 ma, S/N 1:10 (IDAX); 10 ma, S/N 1:10 (wzmacniacz VAX020) 2 µa (IDAX) 20 µa (VAX020) Generator Napięcie/prąd na zakresie 10V Napięcie/prąd na zakresie 200 V Moduły zewnętrzne 10 kω 0 10 V (szczyt), 0 50 ma (szczyt) V (szczyt), 0 50 ma (szczyt) Podłączanie zewnętrznych wzmacniaczy, np. VAX020 Wymagania sprzętowe dla komputera PC System operacyjny Procesor Pamięć Windows 2000/XP/Vista/7/8 Pentium 500 MHz 512 MB RAM lub więcej Porty komunikacyjne USB 2.0 i Ethernet 5

6 AKCESORIA NA WYPOSAŻENIU AKCESORIA OPCJONALNE Zdjęcie powyżej przedstawia niektóre elementy wyposażenia podstawowego: kabel generatora (doprowadzenie sygnału pomiarowego do obiektu pomiaru), kable pomiarowe, kabel uziemienia, kabel USB Zestaw akcesoriów AG Literatura [1] S.M. Gubanski, J. Blennow, L. Karlsson, K. Feser, S. Tenbohlen, C.Neumann, H. Moscicka-Grzesiak, A. Filipowski, L. Tatarski Reliable Diagnostics of HV Transformer Insulation for Safety Assurance of Power Transmission System Cigre Paris Aug 2006 [2] P. J. Griffin, C. M. Bruce and J. D. Christie: Comparison of Water Equilibrium in Silicone and Mineral Oil Transformers, Minutes of the Fifty-Fifty Annual Conference of Doble Clients, Sec , 1988 [3] U. Gäfvert, L. Adeen, M. Tapper, P. Ghasemi, B. Jönsson, Dielectric Spectroscopy in Time and Frequency Domain Applied to Diagnostics of Power Transformers, Proc. Of the 6th ICPADM, Xi an, China, 2000 Walizka transportowa na kółkach z miejscem na kable i akcesoria 6

7 Informacje dla zamawiających Nazwa elementu IDAX 300 1) IDAX 300 2) IDAX 300S 1) IDAX 300 z dwoma amperomierzami IDAX 350 1) z wbudowanym komputerem PC Nr katalogowy AG AG AG AG Akcesoria na wyposażeniu Kabel zasilania Kabel uziemienia 5 m GC ) Kabel generatora 18 m GC ) Kabel pomiarowy czerwony 18 m GC ) Kabel pomiarowy niebieski 18 m GC ) Kabel generatora 9 m GC ) Kabel pomiarowy czerwony 9 m GC ) Kabel pomiarowy niebieski 9 m GC Kabel USB, oprogramowanie dla Windows, walizka transportowa Oprogramowanie opcjonalne Monitorowanie procesów Licencja oprogramowania monitorującego IDAX Monitoring Wdrażanie oprogramowania, 2 dni Okablowanie, akcesoria łączeniowe itp. AG-8200X AG na życzenie Akcesoria dodatkowe Skrzynka kalibracyjna CAL 300 Skrzynka IDAX demo Dodatkowy kanał (doposażenie IDAX 300S) Kabel generatora 9 m Kabel pomiarowy czerwony 9 m Kabel pomiarowy niebieski 9 m Zestaw akcesoriów Adaptery do łączenia z zaciskami pomiarowymi izolatorów przepustowych: mini łączniki 4 mm żeński / 4 mm męski (3 sztuki) adapter łącznikowy z gwintem 0,75 cala adapter łącznikowy z gwintem 1 cal adapter łącznikowy typu J dwa adaptery specjalne Opaski przewodzące do pomiarów izolatorów przepustowych (3 sztuki różnej długości) Czujnik temperatury i wilgotności zewnętrznej Nieizolowane przewody zwierające: 1 m (3 sztuki) 2 m (3 sztuki) AG AG AG GC GC GC AG Megger Sp. z o. o. ul. Słoneczna 42A Stara Iwiczna T: seba.pl@megger.com Megger jest zastrzeżonym znakiem towarowym. Specyfikacja techniczna może ulec zmianie bez powiadomienia. 7