Accurate measurement of dielectric loss tangent of transformer oil

A eficiência de um transformador, como, em princípio, de qualquer outro dispositivo, nunca chega a 100%. Isso se deve ao fato de que durante a operação há perdas de energia dos transformadores. Essas perdas ocorrem nos condutores de cobre do enrolamento e no núcleo (circuito magnético), que é feito de aço. Neste artigo, falaremos sobre outro tipo de perda – a perda dielétrica do óleo do transformador.

Causas de aquecimento e superaquecimento de transformadore

Se as perdas no aço são causadas por correntes parasitas e reversão da magnetização cíclica (histerese), então as perdas no cobre aparecem quando a corrente passa por um condutor de cobre. O condutor tem alguma resistência, devido à qual ocorre uma queda de tensão e, como resultado, perda de energia. Há uma transformação de energia elétrica em energia térmica – o condutor de cobre aquece. Para que o transformador não superaqueça e funcione normalmente, o calor deve ser removido. Para esta tarefa, é utilizado óleo de transformador, que também desempenha a função de isolante das partes condutoras de corrente do transformador.

Enquanto o óleo estiver em boas condições e dissipar o calor, o transformador não sobreaquece. Mas com o tempo, a condição do óleo se deteriora sob a influência de altas temperaturas, alta tensão, umidade, contaminação com impurezas mecânicas e processos oxidativos. O óleo envelhece e desempenha suas funções pior. Portanto, é importante saber a idade do óleo e como ele lida com suas tarefas.

Avaliação do envelhecimento do óleo do transformador

A avaliação da substituição do óleo do transformador é realizada com base nos resultados de amostragem e sua análise em laboratório ou utilizando dispositivos especiais para diagnóstico expresso. Neste caso, tanto uma avaliação química do óleo quanto uma avaliação de suas propriedades físicas podem ser realizadas: avaliação numérica da cor, teste de tensão de ruptura do óleo, medição do índice de acidez, determinação da tangente de perda dielétrica, tensão interfacial , água e teor de gás, teor de hidrocarbonetos, etc.

Em graus variados, o grau de oxidação e envelhecimento do óleo do transformador é caracterizado pela tangente da perda dielétrica, número de acidez, tensão interfacial, turbidez e cor. Durante a operação de longo prazo, um aumento significativo na tangente de perda dielétrica caracteriza mais o envelhecimento, número de acidez – oxidação e turbidez – envelhecimento coloidal do óleo do transformador.

O que é perda dielétrica e constante dielétrica do óleo do transformador

Se um dielétrico for colocado em um campo elétrico, parte da energia do campo será usada para aquecer o dielétrico. A perda dielétrica é a potência dissipada como calor em um dielétrico por um campo elétrico. A capacidade dos dielétricos de dissipar a energia de um campo elétrico é estimada usando a tangente de perda dielétrica.

De acordo com os valores medidos da tangente de perda dielétrica, é possível detectar alterações nas propriedades do óleo mesmo com uma pequena quantidade de contaminação.

Também no contexto das propriedades dos dielétricos em geral e do óleo de transformador em particular, é usado um parâmetro como a constante dielétrica. Pode ser expresso como um valor absoluto ou relativo. A permissividade relativa caracteriza as propriedades de um dielétrico e mostra quantas vezes a força de interação entre duas cargas elétricas em um meio dielétrico é menor do que no vácuo.

Quais devem ser os limites da tangente de perda dielétrica do óleo do transformador

Que valor da tangente de perda dielétrica deve ser considerado para que o óleo possa continuar a ser utilizado no transformador? Em diferentes países, esses valores podem diferir, então aqui daremos valores indicativos:

• transformadores 110-150 kV – não mais que 10% (a 70°C) e não mais que 15% (a 90°C);
• transformadores 220-500 kV – não mais que 7% (a 70°C) e não mais que 10% (a 90°C);
• transformadores 750 kV – não mais que 3% (a 70°C) e não mais que 5% (a 90°C).

A influência de várias impurezas nas perdas dielétricas do óleo do transformador

A presença no óleo leva a um aumento nas perdas dielétricas:

• substâncias asfálticas-resinosas;
• sabão;
• agua.

Ácidos à temperatura ambiente não aumentam a perda dielétrica do óleo. Mas à medida que a temperatura aumenta, as perdas dielétricas aumentam e quanto mais, maior o número de acidez do óleo.

Determinação da tangente de dissipação dielétrica de acordo com IEC 60247

Como exemplo, considere a determinação da tangente de dissipação dielétrica do óleo do transformador de acordo com o método descrito na norma IEC 60247. Consiste nas seguintes etapas:

1. Como o valor da tangente da perda dielétrica é sensível à temperatura, todas as medições devem ser realizadas somente após atingir o equilíbrio de temperatura.
2. Para realizar a etapa 1, o óleo na célula de medição é aquecido até a temperatura necessária. Se o aquecimento for realizado em modo não automático, recomenda-se iniciar a medição somente após 10 minutos após atingir a temperatura definida ±1°C.
3. A alimentação de tensão é realizada apenas durante as medições. A tensão aplicada deve criar uma força de campo elétrico no óleo na faixa de 0,03 a 1 kV/mm. A tensão deve mudar de acordo com uma lei senoidal com uma frequência de 40-62 Hz.
4. No final das medições iniciais, o óleo é drenado da célula de medição.
5. Realizar medições repetidas com as mesmas configurações e precauções da primeira porção de óleo. Os valores tangentes resultantes não devem diferir entre si em mais de 0,0001 mais 25% do valor mais alto dessas duas determinações.
6. Se a condição da etapa 5 for atendida, a medição será interrompida. Se a condição não for atendida, as medições são realizadas até que dois valores consecutivos sejam obtidos que satisfaçam o requisito. Eles são aceitos como resultados de medição.

Além de medir a tangente de dissipação, a IEC 60247 também especifica a medição de parâmetros como resistividade do óleo e constante dielétrica. Esses indicadores, juntos e separadamente, fornecem informações sobre a qualidade e o grau de contaminação do óleo do transformador. A constante dielétrica é afetada pela presença de uma grande quantidade de contaminantes, e a tangente de perda dielétrica e a resistividade são fortemente afetadas mesmo por pequenas quantidades de contaminantes.

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Medição automática da tangente de perda dielétrica. Testador Delta TOR-3

A GlobeCore fabricantes de tensão de ruptura de óleo de transformador TOR-80, analisadores de conteúdo e umidade TOR-2, bem como testador de perda dielétrica e constante dielétrica TOR-3 para óleo isolante.

Testador Tan delta TOR-3 – principais características e benefícios:

• o funcionamento do dispositivo TOR-3 é controlado através de um computador através da emissão de comandos para a realização de determinadas ações, sendo então as medições efetuadas automaticamente com o resultado sendo emitido para este computador;
• para reduzir a duração das medições no instrumento TOR-3, é utilizada uma célula de medição, na qual o óleo testado é derramado e o sistema de aquecimento da célula “por dentro”. Devido a isso, o aquecimento e a estabilização da temperatura são realizados de forma acelerada. O dispositivo atinge rapidamente as características especificadas e após alguns minutos começa a medir os valores da tangente de perda dielétrica e constante dielétrica;
• erro de medição da tangente de perda dielétrica não excede ±1% + 0,00008, e constante dielétrica – ±2%. Alta precisão e estabilidade de medição são alcançadas através das novas tecnologias GlobeCore usadas no desenvolvimento da estrutura do capacitor de referência, bem como pré-calibração de uma célula de medição vazia usando um programa de computador especial;
• para a conveniência de usar o dispositivo TOR-3, a transição para testar as seguintes amostras é realizada sem remover a célula. Basta enviar um comando do computador para abrir a válvula de drenagem de óleo em uma bandeja especial e, em seguida, colocar uma nova amostra na célula;
• quando o dispositivo está desligado, pode ser facilmente movido na mesa ou transportado pelo laboratório, o que é conseguido devido à colocação compacta de todos os módulos eletrônicos, ao baixo peso e à integração das alças no corpo;
• a presença de um microprocessador, um conversor digital-analógico e um amplificador de alta tensão permite gerar um sinal de teste da forma desejada e trabalhar em uma ampla faixa de amplitudes. Portanto, o TOR-3 é universal e pode ser usado para medir a tangente de perda dielétrica de acordo com padrões com diferentes requisitos de tensão de teste;
• a segurança de operação do dispositivo é alcançada devido à fabricação do corpo e da camada superior da tampa da célula de medição de um material isolante durável.

Todas as especificações técnicas do dispositivo TOR-3 podem ser encontradas aqui. Se você tiver alguma dúvida adicional, poderá fazê-la usando um dos contatos postados na seção apropriada do site.