Medición precisa de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica del aceite del transformador

La eficiencia del rendimiento de un transformador, como cualquier otro dispositivo, nunca llega al 100%. Esto se debe al hecho de que se producen pérdidas de potencia de los transformadores durante el funcionamiento. Estas pérdidas se producen en los conductores de cobre del devanado y el núcleo (circuito magnético), que es de acero. En este artículo hablaremos sobre otro tipo de pérdida: la pérdida dieléctrica del aceite del transformador.

Causas de calentamiento y sobrecalentamiento de transformadores

Si las pérdidas en el acero son causadas por corrientes parásitas y la inversión de magnetización cíclica (histéresis), entonces aparecen pérdidas de cobre cuando la corriente pasa a través del conductor de cobre. El conductor tiene cierta resistencia, por lo que hay una caída de voltaje y, como resultado, una pérdida de potencia. Hay una transformación de la energía eléctrica en calor: el conductor de cobre se calienta. Para evitar que el transformador se sobrecaliente y funcione normalmente, se debe disipar el calor. Para esta tarea se utiliza aceite de transformador, que también realiza la función de aislar las partes conductoras de corriente del transformador.

Mientras el aceite esté en buenas condiciones y disipe el calor, el transformador no se sobrecalienta. Pero con el tiempo, la condición del aceite se deteriora bajo la influencia de altas temperaturas, alta tensión, humedad, contaminación con impurezas mecánicas y procesos oxidativos. El aceite envejece y funciona peor. Por lo tanto, es importante saber qué edad tiene el aceite y qué tan bien hace su trabajo.

Evaluación del envejecimiento de aceite del transformador

La evaluación del reemplazo del aceite del transformador se lleva a cabo en base a los resultados del muestreo y análisis en un laboratorio o utilizando instrumentos especiales para diagnósticos rápidos. Al mismo tiempo, se puede realizar tanto una evaluación química del aceite como una evaluación de sus propiedades físicas: evaluación numérica del color, prueba de degradación del aceite, mediciones del índice de acidez, determinación de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica, tensión superficial, contenido de gas y agua, contenido de hidrocarburos, etc.

En diversos grados, el estado de oxidación y envejecimiento del aceite de transformador se caracteriza por la tangente de pérdida dieléctrica, el índice de acidez, la tensión superficial, la turbidez y el color. Durante la operación a largo plazo, un aumento significativo en la tangente de pérdida dieléctrica es más característico del envejecimiento, índice de acidez – oxidación y turbidez – envejecimiento coloidal del aceite de transformador.

¿Que es la pérdida dieléctrica y la constante dieléctrica del aceite de transformador?

Si colocar un dieléctrico en un campo eléctrico, parte de la energía del campo se utilizará para calentar el dieléctrico. La pérdida dieléctrica es la potencia que se disipa como calor en un dieléctrico por un campo eléctrico. La capacidad de los dieléctricos para disipar la energía de un campo eléctrico se estima utilizando la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica.

A partir de los valores medidos de la tangente del ángulo de pérdidas dieléctricas, es posible identificar cambios en las propiedades del aceite, incluso con una pequeña cantidad de contaminación.

A menudo, al describir las propiedades de los dieléctricos y del aceite del transformador, se utiliza un parámetro como la constante dieléctrica. Puede expresarse como valor absoluto o relativo. La permitividad relativa caracteriza las propiedades de un dieléctrico y muestra cuántas veces la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas en un medio dieléctrico es menor que en el vacío.

¿Dentro de qué límites debe ser la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica del aceite del transformador?

¿Qué valores de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica deben considerarse como tales, a los que se puede seguir utilizando el aceite en el transformador? Estos valores pueden diferir de un país a otro, por lo que aquí proporcionamos valores de referencia:

• transformadores de 110-150 kV: no más del 10% (a 70 ° C) y no más del 15% (a 90 ° C);
• transformadores 220-500 kV – no más del 7% (a 70 ° C) y no más del 10% (a 90 ° C);
• transformadores de 750 kV: no más del 3% (a 70 ° C) y no más del 5% (a 90 ° C).

Influencia de diversas impurezas en las pérdidas dieléctricas del aceite del transformador

A un aumento de las pérdidas dieléctricas en el aceite conduce la presencia de:

• sustancias resinosas;
• jabón;
• agua.

Los ácidos a temperatura ambiente no aumentan la pérdida dieléctrica del aceite. Pero al aumentar la temperatura, aumentan las pérdidas dieléctricas y cuanto más, mayor es el índice de acidez del aceite.

Determinaciones de la tangente del ángulo de pérdidas dieléctricas, según IEC 60247

Como ejemplo, consideramos la determinación de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica del aceite del transformador según el método descrito en la norma IEC 60247. Consta de los siguientes pasos:

1. Dado que el factor de la tangente del ángulo de pérdidas dieléctricas es sensible a la temperatura, todas las mediciones sólo deben tomarse después de que se haya alcanzado el equilibrio de temperatura.
2. Para llevar a cabo el punto 1, el aceite en la celda de medición se calienta a la temperatura requerida. Si el calentamiento no se realiza en modo automático, se recomienda comenzar a medir solo 10 minutos después de alcanzar la temperatura establecida ± 1 ° С.
3. El voltaje se aplica sólo durante las mediciones. El voltaje aplicado debe crear una fuerza de campo eléctrico en el aceite en el rango de 0.03 a 1 kV / mm. El voltaje debe variar de manera sinusoidal con una frecuencia de 40-62 Hz.
4. Al final de las mediciones iniciales, el aceite se drena de la celda de medición.
5. Realización de medidas repetidas, con los mismos ajustes y precauciones que para la primera dosis de aceite. Los valores de tangente obtenidos no deben diferir entre sí en más de 0,0001 más el 25% del valor más alto de las dos definiciones.
6. Si se cumple la condición del paso 5, se detienen las mediciones. Si no se cumple la condición, las mediciones se realizan hasta que se obtienen dos valores consecutivos que satisfacen el requisito. Se toman como resultados de medición.

Además de la medición de la tangente del ángulo de pérdidas dieléctricas, la norma IEC 60247 también regula la medición de parámetros como la resistividad del aceite y la constante dieléctrica. Estos indicadores, tanto juntos como por separado, proporcionan información sobre la calidad y el grado de contaminación del aceite del transformador. La constante dieléctrica está influenciada por la presencia de una gran cantidad de contaminantes, y la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica y la resistividad están fuertemente influenciadas por incluso pequeñas cantidades de contaminantes.

Medición automática de la tangente de pérdidas dieléctricas. Probador delta TOR-3

GlobeCore fabrica analizadores de aceite del transformador TOR-80, analizadores de gas y humedad TOR-2 y probador de pérdida dieléctrica y rigidez dieléctrica TOR-3.

Probador tan delta TOR-3 – principales características y ventajas:

• control del dispositivo TOR-3 se lleva a cabo mediante una computadora dando comandos para realizar ciertas acciones, y luego las mediciones se llevan a cabo en modo automático con la emisión del resultado a esta computadora.;
• para reducir la duración de las mediciones en el dispositivo TOR-3, se utiliza una celda de medición, en la que se vierte el aceite de prueba, y un sistema de calentamiento de la celda «desde el interior». Debido a esto, el calentamiento y la estabilización de la temperatura se realizan a un ritmo acelerado. El dispositivo alcanza rápidamente las características especificadas y después de unos minutos comienza a medir los valores de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica y la constante dieléctrica;
• error de medición de la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica no excede ± 1% + 0.00008, y la constante dieléctrica – ± 2%. Se logra una alta precisión y estabilidad de las mediciones, debido a las nuevas tecnologías de GlobeCore utilizadas en el desarrollo de la estructura del condensador de referencia, así como a la calibración preliminar de una celda de medición vacía mediante un programa informático especial;
• para facilitar el uso del dispositivo TOR-3, la transición para probar las siguientes muestras se realiza sin quitar la celda. Basta con enviar un comando desde la computadora para abrir la válvula de drenaje de aceite en una bandeja especial y luego colocar una nueva muestra en la celda;
• cuando el dispositivo está apagado, se puede mover fácilmente en el escritorio o llevarlo por el laboratorio, lo que se logra gracias a la ubicación compacta de todos los módulos electrónicos, el bajo peso y la integración de asas en la caja;
• presencia de un microprocesador, conversor de señal digital a analógica y amplificador de alto voltaje permite generar una señal de prueba de la forma deseada y operar en un amplio rango de amplitudes. Por lo tanto, TOR-3 es universal y se puede usar para medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de acuerdo con estándares con diferentes requisitos para voltaje de prueba;
• funcionamiento seguro del dispositivo se logra mediante la fabricación de la carcasa y la capa superior de la cubierta de la celda de medición de material aislante duradero.

Todas las características técnicas del dispositivo TOR-3 se pueden encontrar aquí. Si tiene alguna pregunta adicional, puede hacerla usando uno de los contactos publicados en la sección correspondiente del sitio.