Аппаратура для измерения электрических характеристик трансформаторных масел

В.А. Туркот (ВЭИ, Москва)

В последние годы много говорится о диагностике состояния оборудования, однако в тени остается то обстоятельство, что для достоверной диагностики прежде всего необходимо получение достоверных исходных данных. Вместе с тем измерительная аппаратура, имеющаяся в лабораториях многих энергосистем, морально и физически устарела и не позволяет выполнять измерения в одинаковых условиях и с высокой точностью.
В данном сообщении изложены некоторые результаты совместных работ ВЭИ и научно-инженерной фирмы «Диатранс» в области разработки аппаратуры для измерения двух электрических характеристик трансформаторных масел - тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и удельного объемного электрического сопротивления (ру).
Начну с измерительных ячеек. Нами разработана конструкторская документация и изготавливаются плоские измерительные ячейки трехзажимного типа нескольких размеров. Общий вид ячеек показан на рис. 1.
Миниатюрные ячейки емкостью 2 пФ и 10 пФ предназначены, в первую очередь, для выполнения анализов проб из вводов, трансформаторов тока и других малообъемных аппаратов, а также для проведения экспресс- анализов в полевых условиях. Ячейки изготавливаются из нержавеющей стали и фторопласта, легко разбираются и по всем регламентируемым параметрам соответствуют требованиям ГОСТ 6581 -75.
Для осуществления непрерывного контроля за состоянием масла при проведении ремонтных работ, а также для проведения дискретных измерений в полевых и лабораторных условиях разработана герметичная цилиндрическая ячейка. Цилиндрические ячейки изготавливаются из нержавеющей стали и керамики. В качестве материала уплотнений в них используется тонкая фторопластовая лента. Ячейки снабжены запорной арматурой и могут работать в магистралях с маслом. Общий вид ячейки показан на рис. 2.
Известно, что на результаты измерений tg δ и ру эксплуатационных и свежих масел существенное влияние оказывают условия нагрева проб: время нахождения пробы при высокой температуре, темп нагрева, перегревы. Чтобы обеспечить воспроизводимость результатов измерений, а также транспортабельность испытательной установки, мы разработали два типа компактных термостатов, состоящих из теплоизолирующего корпуса (термоса) со всеми необходимыми разъемами и программируемого электронного блока управления. Один термос разработан для набора плоских ячеек, а второй - для цилиндрической ячейки. Блок управления нагревом унифицирован.
Испытательные устройства показаны на рис. 3, 4. Каждое устройство включает измерительную ячейку, электрический нагреватель, датчики температуры, экранирующий и теплоизолирующий корпус, программируемый электронный блок управления нагревом.

Рис. 1. Плоские измерительные ячейки трехзажимного типа

Рис. 2. Герметичная цилиндрическая измерительная ячейка

1. испытательная  ячейка

Рис. 3. Испытательное устройство с коаксиальной ячейкой

1. электронагреватель               (ТЭН) с радиатором
2. тонкостенный     металлический корпус (термос)
3. разъемы          для датчиков температуры

5,6-высоковольтные
разъемы для подключения к ячейке моста Шеринга или измерителя удельных объемных электрических сопротивлений

1. разъем блокировки
2. теплоизоляция
3. вентиль             для слива масла из ячейки

11-вилка от нагревателя, подключаемая к РИТМ-2

Рис. 4. Испытательное устройство с плоской ячейкой

1. - испытательная ячейка
2. - датчик температур
3. - корпус (термос)
4. - электронагреватель (ТЭН) с радиатором

Следующий вопрос - это собственно измерительные приборы. По заказу НИЦ «ЗТЗ-Сервис» в 1994 году был разработан электронный измеритель удельных объемных электрических сопротивлений ИПМ-1. Первая партия этих приборов была изготовлена в 1995г. Эти портативные, легко перевозимые, приборы имеют встроенный источник постоянного напряжения 500 Вис измерительными ячейками емкостью от 10 до 50 пФ позволяют охватить диапазон сопротивлений от 10+10 до 5-1015 Ом-см. За прошедшие годы нами проведено несколько тысяч измерений и накоплен банк данных о характерных значениях удельных сопротивлений эксплуатационных масел. Специфика измерений удельных сопротивлений заключается в том, что их можно вести непрерывно в процессе нагрева и охлаждения проб масла. Измерение сопротивлений значительно проще, чем измерение tg δ, осуществлять в полевых условиях, а также в потоке масла без отбора проб. Нами разработаны рекомендации по оценке состояния масел на основе измерений их удельных сопротивлений и получено соотношение для расчетного определения tg δ по измеренным значениям сопротивления.
При выполнении комплексных анализов проб масел в лабораториях целесообразно измерять обе характеристики. Это позволяет использовать возникающие в ряде случаев отклонения от их нормального соотношения в качестве дополнительного диагностического критерия.
Для выполнения прямых измерений tg δ масел нами разработан и изготавливается по заказам мост переменного тока МЕП-4 со встроенным источником напряжения 2 кВ и образцовым конденсатором. Мосты включены в реестр средств измерений и поставляются с сертификатом об аттестации.
Учитывая, что во многих лабораториях имеются различные мосты переменного тока (Р-525, Р-5026 и др.), мы разработали переносной высоковольтный блок, включающий трансформатор, образцовый конденсатор, цифровой вольтметр и систему блокировки. Блок выполнен в экранирующем корпусе и соединяется с объектом испытаний кабелем. На стороне низкого напряжения к нему подключается измерительный мост. Это позволяет оперативно собирать схему Шеринга в полевых условиях, а также в любой химической лаборатории, не огораживая высоковольтное поле и, таким образом, избавить персонал от проблем, связанных с высоким напряжением.
В настоящее время перечисленная аппаратура эксплуатируется в ряде энергосистем, а мы продолжаем работать над ее усовершенствованием.