Seria IDAX analizatorów diagnostycznych izolacji

DFR jest skrótem terminu Dielectric Frequency Response (charakterystyka częstotliwościowa dielektryka). Test jest również określany jako FDS (ang. Frequency Domain Spectroscopy — spektroskopia w dziedzinie częstotliwości). DFR jest techniką pomiarową, w której pomiar pojemności i strat (wyrażonych jako współczynnik rozproszenia / tan delta lub współczynnik mocy) odbywa się na wielu częstotliwościach w celu oceny stanu izolacji w obiektach testowych, takich jak transformatory mocy, tuleje i transformatory przyrządów.  Technologia DFR to opracowana w laboratoriach procedura testowa, która wysiłkiem firmy Megger została w innowacyjny sposób dostosowana do użytku w terenie w przyrządach z serii IDAX. W transformatorach, tulejach i transformatorach przyrządów problemy są niekiedy widoczne tylko w warunkach, w których łatwo jest przeprowadzić testy diagnostyczne (zazwyczaj w temperaturze otoczenia i częstotliwości sieci). Zamiast tego problemy są generalnie najlepiej widoczne w wyższych temperaturach lub w pobliżu limitów operacyjnych obiektów.  Niestety, w środowisku testowym w terenie nie da się łatwo i skutecznie kontrolować temperatury. Siła testu DFR polega na tym, że podstawą pomiarów jest tan delta lub współczynnik mocy. Współczynnik tan delta lub współczynnik mocy jest przede wszystkim funkcją geometrii systemu izolacji, starzenia produktów ubocznych, wilgoci, przewodności izolacji cieczy, częstotliwości i temperatury. Na podstawie wiedzy o tych związkach można ocenić skutki starzenia się, wilgoci i przewodności w dziedzinie częstotliwości na podstawie testu DFR, zamiast korzystać ze znacznie trudniejszych do kontrolowania testów w dziedzinie temperatury.  W związku z tym DFR ułatwia znalezienie problemów związanych z izolacją w dogodnie określonych warunkach w terenie. 

Krzywe testu DFR są dostępne dla wszystkich pomiarów. W zależności od obiektu pomiaru raportowane są dodatkowe wyniki testów dyskretnych. Na przykład raport transformatora zawiera zawartość wilgoci w izolacji stałej transformatora, przewodność jego izolacji płynnej oraz całkowitą wartość tan delta lub współczynnika mocy transformatora przy częstotliwości 50/60 Hz. Podczas testowania tulei wartość współczynnika rozproszenia procentowego lub współczynnika mocy jest raportowana przy trzech różnych częstotliwościach. 

Nie, jest to coś całkowicie innego. Test DFR to seria testów tan delta wykonywanych w określonym zakresie częstotliwości. Stosowane częstotliwości są znacznie niższe od stosowanych w przypadku analizy SFRA — typowo od 1 mHz (miliherca!) do 1 kHz. Wyniki są zwykle przedstawiane jako krzywa pojemności i/lub współczynnika rozpraszania / współczynnika mocy. W połączeniu z modelowaniem izolacji, dostarczają one cennych informacji na temat stanu izolacji transformatora, w szczególności zawartości wilgoci w izolacji celulozowej oraz przewodności oleju.  

Stosowane techniki pomiarowe są podobne, ale — jak sama nazwa wskazuje — wąskopasmowy pomiar DFR wykorzystuje znacznie bardziej ograniczony zakres częstotliwości — zwykle od około 1 Hz do 500 Hz. Ponadto wyniki są analizowane bezpośrednio, a nie z wykorzystaniem technik modelowania. Przeprowadzenie wąskopasmowego testu DFR trwa znacznie krócej niż pełny test DFR — około dwóch minut w porównaniu z dwudziestoma minutami lub więcej — ale test wąskopasmowy nie zapewnia szacowanej zawartości wilgoci w izolacji celulozowej. Jednak wąskopasmowy test DFR pozwala wykazać problemy wcześniej niż tradycyjne testy tan delta / współczynnika mocy wykonywane tylko przy częstotliwości zasilania. Potwierdza to również, że pozornie dobre wartości współczynnika mocy tan delta są faktycznie prawidłowe, a ponadto pozwala określić indywidualny współczynnik korekcji temperatury transformatora (ITC). 

Tradycyjna reakcja może obejmować pobranie próbki oleju z transformatorów i określenie zawartości wilgoci w próbce z wykorzystaniem analizy rozpuszczonego gazu (DGA) lub metody miareczkowania Karla Fischera. Jednak podejście to ma pewne niedociągnięcia. Przede wszystkim zawartość oleju w typowym przekładniku prądowym wysokiego napięcia jest niewielka, zatem wielokrotne pobieranie próbek w celu monitorowania wnikania wilgoci do przekładnika prądowego przez pewien czas nie jest praktyczne. Innym ograniczeniem jest to, że testy DGA i Karla Fischera określają zawartość wilgoci w oleju, ale nie dostarczają one dokładnych informacji na temat zawartości wilgoci w izolacji stałej (zwykle papierowej) w przekładniku prądowym, co często jest związane z niestabilnością termiczną, która prowadzi do katastrofalnych uszkodzeń. Lepszym rozwiązaniem do określenia zawartości wilgoci w przekładnikach prądowych wysokiego napięcia jest wykorzystanie charakterystyki częstotliwościowej dielektryka (DFR). 

Jednym z najważniejszych zastosowań urządzeń IDAX jest określenie zawartości wilgoci w izolacji transformatora. Wilgoć w izolacji znacznie przyspiesza proces starzenia. Wilgoć może powodować powstawanie pęcherzyków powietrza między uzwojeniami, powodując katastrofalne uszkodzenia. IDAX zapewnia wiarygodną ocenę wilgotności podczas jednego testu. Test można wykonywać w różnych temperaturach; może to potrwać do 20 minut lub dłużej, w zależności od stanu i temperatury obiektu testowego. 

Decyzje dotyczące konserwacji (lub wymiany) transformatora powinny być podejmowane na podstawie stanu izolacji i przewidywanego obciążenia urządzenia. Wydłużenie zaledwie o kilka lat przewidywanego okresu eksploatacji transformatora (czy też generatora lub przewodu) dzięki optymalizacji warunków pracy na podstawie wiarygodnych danych diagnostycznych oznacza znaczne oszczędności dla właściciela sprzętu.Właściciel transformatora może również wykorzystać technologię FDS do oceny stanu i starzenia izolacji w tulejach, przekładnikach prądowych, przekładnikach napięciowych i innych podzespołach. Liczne projekty badawcze prowadzone obecnie w instytutach i na uniwersytetach całego świata rozszerzają wiedzę i korzyści dla użytkowników rozwiązań IDAX. 

Wilgoć gromadząca się w układzie izolacyjnym transformatora mocy wpływa na różne parametry:

• Ogranicza zdolność obciążenia, ponieważ wyższe poziomy wilgotności zmniejszają temperaturę powstawania pęcherzyków
• Obniża wytrzymałość dielektryczną oleju, co ma bezpośredni wpływ na właściwości izolacyjne
• Starzeje się izolacja celulozowa, co przekłada się na niższą wytrzymałość mechaniczną

IDAX DFR jest jedyną niezawodną metodą określania wilgotności w transformatorach mocy bez konieczności ich wycofywania z eksploatacji lub demontażu. Zazwyczaj testy tan delta / współczynnika mocy wykonywane przy jednej częstotliwości mogą dawać nieprawidłowe wyniki ze względu na wpływ temperatury, z kolei analiza oleju jest nierzetelna, ponieważ wilgoć znajduje się głównie w izolacji stałej. W zastosowaniach z transformatorem mocy IDAX wykorzystuje wyjątkowy model dwóch materiałów oraz współczynnik ITC, zapewniając dokładne obliczenia wilgotności, przewodności oleju i tan delta / współczynnika mocy.

Wnikanie wilgoci jest stosunkowo częstym problemem w przypadku tulei i przekładników prądowych, który może mieć katastrofalne konsekwencje. Nieprawidłowe działanie tulei jest przyczyną 17% wszystkich awarii transformatorów i do 70 do 80% wszystkich pożarów transformatorów. Uszkodzona tuleja może również wybuchnąć, co może spowodować uszkodzenie całej podstacji.Wykonywanie tradycyjnych testów tan delta lub współczynnika mocy przy częstotliwości linii nie wystarczy, ponieważ takie testy mogą dawać fałszywie dodatnie wyniki. Tylko DFR pozwala określić prawdziwy stan tulei lub transformatora przyrządu. Oprócz wychwytywania wysokiego poziomu wilgotności, system DFR z powodzeniem wykrył ślady wyładowań niezupełnych w tulejach HV i EHV. 

Za każdym razem, gdy można przeprowadzić cały pomiar tylko w trybie FDS (spektroskopia w dziedzinie częstotliwości), można uzyskać lepszy i bardziej niezawodny pomiar. Prawdziwa metoda pomiaru w dziedzinie częstotliwości, która przyspiesza pomiar, jest realizowana poprzez jednoczesne stosowanie wielu częstotliwości i jednoczesne pobieranie danych pomiarowych z zastosowanych częstotliwości. Ponieważ poziom napięcia każdej częstotliwości wymaga zmniejszenia, pomiary są nieco bardziej wrażliwe na zakłócenia AC, ale zakłócenia prądowe DC nie mają wpływu na pomiary. To wieloczęstotliwościowe podejście stanowi postęp w stosunku do starszego podejścia polegającego na połączeniu spektroskopii FDS z prądem PDC, które jest bardziej wrażliwe na zakłócenia AC, a także względnie wrażliwe na zakłócenia DC.Oszczędność czasu w przypadku metody wieloczęstotliwościowej jest znacząca. Na przykład jednoczesne użycie trzech częstotliwości skraca czas pomiaru o około 40%. 

Podczas testowania obiektów o niskiej pojemności, takich jak tuleje i przekładniki prądowe, IDAX w połączeniu z VAX020 podaje napięcie testowe o wartości do 2 kV, zapewniając doskonały stosunek sygnału do szumu i pomiar do 1 kHz. Unikalna wersja ITC wykonana z jednego materiału umożliwia uzyskanie wyników testów w temperaturze odniesienia niezależnie od temperatury obiektu testowego. IDAX obsługuje przekładniki prądowe OIP, RIP, RBP i OIP oraz materiały zdefiniowane przez użytkownika.Wzmacniacze 20/30 kV (VAX220) umożliwiają ocenę stanu przewodów XLPE z wykorzystaniem IDAX. Operacje przemiatania częstotliwości są wykonywane przy 25%, 50%, 75% i 100% napięcia między fazą i uziemieniem, a porównanie krzywych DFR pozwala wykryć zjawisko drzewienia wodnego. DFR umożliwia oddzielenie charakterystycznej reakcji drzew wodnych od wpływu akcesoriów i prądów pełzania.

Najczęściej używanym poziomem napięcia jest 140 V RMS, co wystarcza do pomiaru izolacji CHL transformatora w większości warunków. Jednak w sytuacjach, gdy występuje wysoki poziom zakłóceń lub podczas pomiaru CH lub CL (dla transformatora), reaktorów, tulei i przekładników prądowych (PP), sygnał 140 V RMS nie zapewnia wystarczająco wysokiego stosunku sygnału do szumu podczas pomiaru, aby uzyskać wiarygodne wyniki. Wyższe napięcie testowe, takie jak wartość szczytowa 1400 V RMS / 2000 V w urządzeniu IDAX 322, poprawi dokładność pomiaru i jest zalecane w takich przypadkach. 

Zaletą dwóch dostępnych systemów pomiarowych w jednym przyrządzie jest wyjątkowa możliwość jednoczesnego testowania dwóch pojemności. Na przykład urządzenie IDAX pozwala jednocześnie testować dwie tuleje wysokiego napięcia. Może również jednocześnie mierzyć zarówno systemy izolacji pomiędzy uzwojeniami w transformatorach z trzema uzwojeniami, np. CLH i CLT.Żaden inny przyrząd nie jest w stanie wykonywać jednoczesnych pomiarów w dziedzinie częstotliwości. W przypadku niektórych przyrządów dwukanałowych oba kanały wykorzystują jeden wspólny amperomierz. W przypadku tych przyrządów wykonuje się połowę pomiarów (z mniejszą dokładnością) lub nie stosuje się żadnych czynności oszczędzających czas w porównaniu z wykonaniem dwóch oddzielnych testów.