Soupravy pro testování izolačních olejů OTS PB a OTS AF

Zjednodušeně řečeno, test dielektrického průrazného napětí měří elektrické napětí, kterému izolační olej odolá, aniž by došlo k jeho elektrickému průrazu. Test se provádí pomocí testovací nádoby, ve které jsou namontovány dvě elektrody s mezerou mezi nimi. Do nádoby se vloží vzorek testovaného oleje a na elektrody se přivede střídavé napětí. Toto napětí se zvyšuje, dokud nedojde k průrazu oleje, tj. dokud mezi elektrodami neprojde jiskra. Poté se testovací napětí okamžitě vypne. Napětí, při kterém došlo k elektrickému průrazu, je výsledkem testu a obvykle se vyhodnocuje porovnáním s pokyny stanovenými v různých normách nebo ve specifikacích výrobce oleje. Přesný způsob provedení testu je určen používanou normou. Norma obvykle definuje parametry, jako je velikost a tvar elektrod, mezera mezi nimi, rychlost zvyšování testovacího napětí, počet opakování testu a to, zda se olej během zkoušky míchá, či nikoli.

Existuje mnoho typů organizací, pro které je provádění testů izolačního oleje přínosné. Patří k nim:

• Podniky veřejných služeb (především v elektrárnách a rozvodnách)
• Železniční společnosti (vysokonapěťové snižovací transformátory a rozváděče v lokomotivách)
• Zkušební laboratoře olejů (poskytující testovací služby)
• Výrobci transformátorů a rozváděčů (kontrola kvality oleje)
• Olejářské společnosti (testování nového oleje při výrobě)
• Těžký průmysl a výroba (programy údržby aktiv)

Ačkoli se pro označení izolačních kapalin téměř všeobecně používá obecný termín „olej“, v současné době se běžně používá pět různých typů izolačních kapalin. Jsou to:

• Minerální olej
• Kapaliny s vysokou molekulovou hmotností uhlovodíků (HMWH)
• Silikonové kapaliny
• Syntetické esterové kapaliny
• Kapaliny na bázi přírodních esterů (rostlinných olejů)

Všechny tyto typy olejů lze testovat na dielektrické průrazné napětí a testovat pomocí testovacích souprav Megger řady OTS. Minerální olej je nejběžnější izolační kapalinou a používá se od konce 19. století. Existuje mnoho transformátorů plněných minerálním olejem, které se nepřetržitě používají již více než 50 let. Minerální oleje se rafinují buď z naftenické ropy, nebo nověji z parafinické ropy. HWMH, křemíkové, syntetické esterové a přírodní esterové kapaliny jsou vývojové novinky, kterým se často dává přednost, protože jsou mnohem méně hořlavé než minerální oleje. Norma ASTM D5222 stanoví, že izolační kapaliny lze považovat za „méně hořlavé“, jestli mají bod vzplanutí nejméně 300 ºC. Těchto pět kapalin se výrazně liší tím, jak se chovají za přítomnosti vlhkosti. Nejméně vyhovující je minerální olej, u kterého i malé množství vody výrazně snižuje průrazné napětí. Silikonová kapalina bývá rovněž rychle ovlivněna malým množstvím vlhkosti, zatímco esterové kapaliny se v přítomnosti vlhkosti chovají velmi dobře a obvykle jsou schopné udržet průrazné napětí vyšší než 30 kV při obsahu vody vyšším než 400 ppm. To je jeden z důvodů, proč estery vydrží v provozu mnohem déle.

Test dielektrického průrazného napětí je poměrně rychlý a snadný způsob, jak zjistit míru znečištění izolačního oleje. Obvykle je kontaminantem voda, ale mohou to být i vodivé částice, nečistoty, úlomky, izolační částice a vedlejší produkty oxidace a stárnutí oleje. U zařízení v provozu nabízí test dielektrického průrazného napětí užitečný a pohodlný způsob, jak odhalit vlhkost a další znečištění v oleji dříve, než dojde ke fatálnímu selhání. Informace získané při testu lze rovněž použít jako pomůcku pro:

• Předpovědi zbývající životnosti transformátoru
• Zvýšení provozní bezpečnosti
• Prevenci požárů zařízení
• Zachování spolehlivosti

Testy průrazného napětí se provádějí také u nového oleje před jeho použitím k plnění zařízení a jako součást přejímacích zkoušek u dodávek nového a dekontaminovaného oleje.

Testy průrazného napětí jsou důležitým prvkem programu údržby každého elektrického zařízení s olejovou izolací. Abyste však z tohoto typu testování získali maximální užitek, společnost Megger důrazně doporučuje testovat olej alespoň jednou ročně a nejlépe dvakrát ročně. Výsledky by měly být zaznamenávány, protože trendování dat usnadní identifikaci náhlých nebo neočekávaných změn. V případě zjištění náhlé změny výsledků je možné prověřit úniky transformátoru, zkontrolovat hladinu oleje a vyhodnotit obsah vody v oleji. Pokud se znečištění potvrdí, je často možné olej obnovit vysušením a přefiltrováním namísto nákladné výměny za nový olej.

Norma ASTM D877 je starší a obecně není příliš citlivá na přítomnost vlhkosti. Z tohoto důvodu se pro aplikace v provozu příliš nepoužívá. V roce 2002 organizace IEEE revidovala normu C51.106, Příručka pro přejímku a údržbu izolačních olejů v provozních zařízeních. IEEE odstranila hodnoty pro D877 z kritérií pro hodnocení provozního oleje v transformátorech. Obecně se norma ASTM D877 doporučuje pouze pro přejímací zkoušky nového oleje přijatého od dodavatele ve volně ložených zásilkách nebo v kontejnerech, aby se zajistilo, že olej byl správně skladován a přepravován. Obvykle je stanovena minimální hodnota průraznosti 30 kV. Norma ASTM D877 stanoví použití elektrod ve tvaru kotouče o průměru 25,4 mm (1 in) a tloušťce nejméně 3,18 mm (0,125 in). Tyto elektrody jsou vyrobeny z leštěné mosazi a jsou namontovány tak, aby jejich plochy byly ve zkušební nádobě rovnoběžné a vodorovně v řadě. Okraje musí být ostré s poloměrem nejvýše 0,254 mm (0,010 in). Ostrost okrajů je vhodné pravidelně kontrolovat, aby se zajistilo, že nejsou příliš zaoblené. Příliš zaoblené hrany mají za následek falešné zvýšení průrazného napětí, a tím úspěšný výsledek testu u oleje, který by testem neměl projít. Je také důležité, aby byly elektrody udržovány v naprosté čistotě, bez jamek nebo stop koroze; jinak mohou být hodnoty elektrického průrazu falešně nízké.

Norma ASTM D1816 se v Severní Americe široce používá, a to i mimo stanovené použití normy na izolační oleje ropného původu a mezní hodnoty viskozity. Norma D1816 je citlivější na vlhkost, stárnutí oleje a oxidaci než norma D877, a je více ovlivněna přítomností částic v oleji. Revize normy IEEE C51.106 z roku 2002 doplnila prostřednictvím D1816 mezní hodnoty průrazného napětí pro nový a používaný olej. Norma ASTM D1816 specifikuje použití hřibovitých elektrod o průměru 36 mm. Stejně jako v případě normy D877 jsou elektrody vyrobeny z mosazi a musí být leštěné tak, aby na nich nevzniklo žádné poleptání, škrábance, vrypy nebo nánosy uhlíku. Olej se míchá během celé testovací sekvence a specifikováno je dvoulopatkové motorové oběžné kolo. Norma předepisuje rozměry a rozteč oběžného kola, jakož i provozní otáčky, které musí být v rozmezí 200 až 300 ot/min. Testovací nádoba musí mít kryt nebo přepážku, aby se zabránilo kontaktu vzduchu s cirkulujícím olejem. Ačkoli je norma D1816 obecně považována za hodnotnější než norma D877, má jedno významné omezení: při testování oleje používaného v provozu je tato testovací metoda velmi citlivá na rozpuštěné plyny. Nadměrné množství plynu v oleji může snížit výsledné hodnoty testu do té míry, že vzorek oleje dokonalé kvality s nízkým obsahem vlhkosti a částic testem nakonec neprojde. To je důležité mít na paměti při testování oleje z malých transformátorů s plynovým polštářem a v některých případech i z transformátorů s otevřenou konstrukcí.

IEC 60156 je mezinárodní norma, která se objevuje v mnoha podobách, protože ji přijaly národní výbory členů IEC z různých zemí. Příkladem je britská norma BS EN 60156 a německá VDE 0370, část 5. IEC 60156 specifikuje použití buď kulových nebo hřibových elektrod stejných jako v normě ASTM D1816. Norma IEC se od normy D1816 liší v několika ohledech, ale hlavní rozdíl spočívá v tom, že norma IEC umožňuje volitelné použití míchacího oběžného kola, použití míchadla s magnetickými kuličkami nebo dokonce žádné míchání. Norma uvádí, že rozdíly mezi testy s mícháním a bez míchání nebyly shledány statisticky významné. Magnetické míchadlo je povoleno pouze v případě, že nehrozí riziko odstranění magnetických částic z testovaného vzorku oleje. Pokud se olej používá jako cirkulující chladicí kapalina , měl by se při testování míchat. Když se například transformátorový olej používá jako chladicí kapalina, tak obvykle cirkuluje. Proto by se měl vzorek oleje z transformátoru míchat, aby byla zajištěna optimální možnost detekce kontaminace částicemi. Olej z vypínače je obvykle statický, takže částice přirozeně padají na dno nádoby, kde prakticky nepředstavují problém. Při statickém použití se tedy vzorek oleje obvykle nemíchá. Hodnoty dielektrického průrazu podle metody IEC 60156 jsou obvykle vyšší než hodnoty podle metod ASTM. Vyšší hodnoty dielektrického průrazu jsou částečně způsobeny rozdíly v rychlosti náběhu napětí a mezery mezi elektrodami při porovnání s metodou D1816 a tvaru elektrod při porovnání s metodou D877 (tvar elektrod podle IEC poskytuje jednotnější elektrické pole). Výsledkem je, že u dobře udržovaných transformátorů mohou být průrazná napětí vyšší, než jakých dosahuje 60kV testovací přístroj. Nemožnost kvantifikovat průrazné napětí vyšší než 60 kV nemusí být problémem při hodnocení nového oleje od dodavatele nebo dokonce u oleje používaného v provozu. Často je však vyžadována skutečná hodnota průrazného napětí. Při zkouškách podle normy IEC 60156 je proto vhodné použít přístroj, který je schopen pracovat s vyšším napětím. Stejně jako u normy D1816 může rozpuštěný plyn ve vzorku oleje snížit hodnoty průrazného napětí, ale u normy IEC 60156 je tento vliv mnohem méně výrazný.