Equipo para medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de aceite del transformador

El equipo para medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica se utiliza tanto en la etapa de verificación de la calidad del aceite antes de verterlo en el transformador como durante la operación del aceite. En este artículo, veremos cuál es la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica, de qué parámetros depende, qué algoritmo se usa para determinar y qué equipo se usa para esto.

¿Qué es la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica?

Si se coloca un material aislante en un campo eléctrico, se observará disipación de energía en él. Esta energía se llama pérdida dieléctrica. La energía disipada se expresa en términos de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica.

El significado físico de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica es el siguiente.

Imaginamos un dieléctrico como dieléctrico entre las placas de un condensador incluido en un circuito capacitivo. Si mide el ángulo de fase entre la corriente y la tensión de este circuito, será inferior a 90 °. El ángulo que necesita para complementar el ángulo de cambio de fase hasta 90 ° se llama ángulo δ o ángulo de pérdida dieléctrica.

La pérdida de energía en el condensador caracteriza la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica, que es numéricamente igual a la relación entre la potencia activa y la potencia reactiva a una tensión sinusoidal de cierta frecuencia.

¿Por qué es importante determinar la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de aceite del transformador y cuál es la diferencia entre el contenido de información de las mediciones de este parámetro y la tensión de ruptura? La tensión de ruptura es la tensión máxima que debe aplicarse al aceite del transformador para que ocurra una ruptura instantánea.La tensión de ruptura es una característica del aceite aquí y ahora. La tangente del ángulo de pérdida dieléctrica es un parámetro más flexible, ya que permite:

1. para los aceites nuevos, evaluar el grado de refinación en la refinería, durante la producción y la preparación para el llenado en equipos de alta tensión;
2. para los aceites en servicio, la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica da una estimación aproximada de cuánto tiempo todavía se pueden usar en equipos de alta tensión antes de su reemplazo o regeneración.

Por lo tanto, el equipo para medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica deben estar en los laboratorios tanto de las empresas petroleras que producen aceites aislantes eléctricos como en los laboratorios de las empresas que mantienen y reparan transformadores.

De qué depende la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica

La magnitud de la tangente de pérdida dieléctrica depende de los siguientes factores:

• tipo de dieléctrico;
• calidad de dieléctrico;
• temperatura ambiente (a temperatura ambiente, la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica suele ser mínima);
• la frecuencia de la corriente alterna a la que se realiza la medición (al aumentar la frecuencia, aumenta el valor de la tangente del ángulo de la pérdida dieléctrica).

La calidad de aceite del transformador como dieléctrico se deteriora como resultado del almacenamiento y la operación a largo plazo. Entre los factores operativos que conducen a un aumento de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de aceite del transformador, destacamos la humidificación y la presencia de inclusiones de aire. Si la tangente aumenta al aumentar la tensión aplicada, esto significa que hay inclusiones de aire en el aceite. Bajo la influencia de factores operativos, la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica puede aumentar varias veces en comparación con el mismo indicador para aceite nuevo. Dichos aumentos deben rastrearse en el tiempo utilizando equipos de medición de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica. 

¿Cómo se mide la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de aceite del transformador?

Consideremos el principio de funcionamiento del equipo para medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica. Se basa en medir la diferencia entre las amplitudes y fases de las señales obtenidas cuando se aplica simultáneamente una tensión sinusoidal de prueba con un valor efectivo de hasta 2 kV a un condensador de referencia y a un objeto de medida, que es una celda de medición.

La celda de medición es un recipiente de metal que consta de dos partes eléctricamente aisladas entre sí (electrodos interior y exterior), entre las cuales se vierte el aceite del transformador.

De hecho, la celda de medición es un condensador eléctrico, cuyas placas son los electrodos exterior e interior. Se aplica una tensión de prueba al electrodo externo y se elimina una señal útil del electrodo interno.

La amplitud y fase de la señal proveniente del capacitor de referencia están dentro de los límites de error permisibles y se consideran sin cambios.

La diferencia en las amplitudes de las señales tomadas del condensador de referencia y el electrodo interno de la celda de medición es proporcional a la constante dieléctrica del líquido investigado.

La diferencia de fase de las señales tomadas del condensador de referencia y el electrodo interno de la celda de medición caracteriza el valor de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica.

Dispositivo para medición de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica TOR-3

GlobeCore ha desarrollado el dispositivo TOR-3 para medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica y constante dieléctrica de aceites aislantes. Las principales ventajas del dispositivo son mediciones automáticas, precisión, versatilidad, conveniencia, seguridad operativa y confiabilidad.

El funcionamiento del dispositivo TOR-3 es controlado por una computadora dando comandos para realizar ciertas acciones. Después de verter aceite en la celda de medición y conectar el dispositivo a la fuente de alimentación, se envía un comando para iniciar las mediciones. El dispositivo alcanza las características especificadas, después de lo cual, después de un minuto y medio a dos, comienza a tomar los primeros valores de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica y la constante dieléctrica.

El error de medición de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica no excede el uno por ciento más ochocientas milésimas y la constante dieléctrica no excede el dos por ciento. Se logra una alta precisión de medición gracias a las nuevas tecnologías de GlobeCore utilizadas en el desarrollo de la estructura del condensador de referencia, así como a la calibración preliminar de la celda de medición vacía mediante un programa informático especial.

Al proceder a analizar la siguiente muestra, no es necesario retirar la celda. Basta con dar una orden desde la computadora para abrir la válvula de drenaje de aceite en una bandeja especial. El aceite de la bandeja se retira a un recipiente separado y la siguiente muestra se vierte en la celda.

Todos los módulos y piezas electrónicas se colocan de forma compacta en una sola carcasa, por lo que ninguna de las dimensiones totales del dispositivo supera los cuarenta y cinco centímetros, y el peso es de cinco kilogramos y medio. Debido a su tamaño compacto y peso ligero, así como a las asas integradas en la carcasa, el dispositivo TOR-3 se puede mover fácilmente en la mesa de trabajo o dentro del laboratorio.

La presencia de un microprocesador, un convertidor de digital a analógico y un amplificador de alta tensión en el dispositivo permite generar una señal de prueba de cualquier forma y trabajar en una amplia gama de amplitudes. Por lo tanto, TOR-3 es versátil y se puede utilizar para medir el factor de disipación de acuerdo con estándares con diferentes requisitos de la tensión de prueba.

La seguridad operativa del dispositivo de medición de tangente del ángulo de pérdida dieléctrica se logra haciendo que la carcasa y la capa superior de la tapa de la celda de medición sean de material aislante duradero. Esto protege de forma fiable al personal del laboratorio contra descargas eléctricas.

La presencia de un dispositivo de medición de tangente del ángulo de pérdida dieléctrica TOR-3 en su laboratorio le permite resolver dos problemas a la vez: determinar la idoneidad de un aceite nuevo para el llenado de un transformador y averiguar cuánto tiempo se puede usar el aceite sin reemplazo o regeneración. Esto aumenta la confiabilidad de los transformadores y elimina las emergencias asociadas con el mal funcionamiento del sistema de aislamiento. Si sigue las reglas de funcionamiento, puede estar seguro de que estas tareas se resolverán con éxito con un dispositivo durante al menos diez años.