Điện trở cách điện và hệ số phân cực (Phần 2)

17/08/2018
12

Điện áp thí nghiệm

Các điện áp thí nghiệm điển hình là 500 V, 1000 V, 2500 V, hoặc 5000 V dc. Điện áp phải được tăng từ từ, thường từ 1kV đến 0.5kV, và giữ 1 phút để đọc giá trị dòng điện. Điện trở cách điện có thể thay đổi theo điện áp đặt, do đó khi so sánh bất kỳ giá trị điện trở cách điện nào đều phải so sánh ở cùng một điện áp đặt.

Điện áp đặt DC để đo điện trở cách điện không được vượt quá giá trị tương đương với hiệu dụng của điện áp thí nghiệm cao áp tần số thấp (low-frequency applied voltage).

Dừng thí nghiệm ngay lập tức nếu dòng điện tổng bắt đầu tăng không ổn định.

Sau khi kết thúc thí nghiệm, các đầu dây phải được nối đất đủ lâu để các điện tích còn lại giảm xuống giá trị không đáng kể.

Giải thích kết quả thí nghiệm

Giải thích kết quả thí nghiệm điện trở cách điện phụ thuộc vào thiết kế, loại dầu cách điện, và độ sạch, khô của cách điện. Máy biến áp có mức cách điện cao hơn thường có điện trở cách điện lớn hơn. Máy biến áp cách điện bằng dầu ete tự nhiên (natural ester-based liquid) thường có điện trở cách điện thấp hơn so với các máy biến áp cách điện bằng dầu vô cơ. Việc so sánh với kết quả của nhà sản xuất hoặc của phép đo tại hiện trường trước đó có ý nghĩa hơn so với các giá trị tuyệt đối của mega-ohm. Nhiệt độ dầu và cuộn dây cũng ảnh hưởng đến giá trị đọc, thông thường khi thí nghiệm ở nhiệt độ cao hơn sẽ dẫn đến điện trở cách điện thấp hơn.

Khuyến cáo các giá trị điện trở cách điện nên đo định kỳ (trong khoảng thời gian bảo dưỡng) và dựng thành biểu đồ. Những sai khác trong biểu đồ giá trị điện trở cách điện phải được nghiên cứu để tìm ra nguyên nhân.

Khi giá trị điện trở cách điện thấp hơn đường giá trị cơ bản, trong hầu hết trường hợp mà máy biến áp được thiết kế tốt và không có các khuyết tật, có thể cân nhắc đến các tiêu chuẩn được yêu cầu về làm sạch và sấy khô thiết bị.

Giá trị điện trở cách điện bằng không hoặc rất thấp chỉ ra rằng cuộn dây đang nối đất, ngắn mạch cuộn dây hoặc có vết carbon nghiêm trọng. Có thể kiểm tra bằng cách thí nghiệm các hạng mục bổ sung như hệ số phân cực, hệ số công suất hoặc hàm lượng ẩm trong dầu/giấy cách điện.

Thí nghiệm hệ số phân cực PI

Dưới đây là hướng dẫn để đánh giá cách điện máy biến áp sử dụng các giá trị hệ số phân cực:

Nhỏ hơn 1.0 = Nguy hiểm

Đến 1.1 = Yếu

Từ 1.1 đến 1.25 = Nghi ngờ có vấn đề

Từ 1.25 đến 2.0 = Tương đối tốt

Trên 2.0 = Tốt

Đối với tổ hợp cách điện giấy/dầu của Máy biến áp, giá trị PI có thể bị giải thích sai.

Phương pháp hệ số phân cực không nên sử dụng để đánh giá tình trạng cách điện cho các máy biến áp mới.

Hệ số phân cực của cách điện lỏng luôn gần với giá trị 1. Do đó, hệ số phân cực của các máy biến áp có độ dẫn điện của chất lỏng thấp (ví dụ dầu vô cơ mới) có thể thấp mặc dù tình trạng cách điện là tốt.

Các phép đo FDS/PDC hữu dụng hơn để đánh giá chất lượng độ ẩm của cách điện (CIGRE 445)

III. Đo điện trở cách điện cho Máy điện quay

Đo điện trở cho Máy điện quay để giám sát theo thời gian (định kỳ theo các năm) trong cùng điều kiện để đưa ra biểu đồ xu hướng đồng thời kết hợp với các hạng mục khác để đánh giá tình trạng cách điện của thiết bị. Ngoài ra, đo điện trở cách điện trước khi thực hiện các hạng mục đặt điện áp cao, như thí nghiệm đo tan delta, thí nghiệm độ bền điện môi…nhằm ước lượng giá trị phù hợp để có thể thí nghiệm được các hạng mục đó

Giá trị điện trở cách điện của máy điện quay bị phụ thuộc vào tình trạng bề mặt cách điện, nhiệt độ, độ ẩm, giá trị điện áp đặt vào và dòng nạp còn lại trong phép đo điện trở 1 chiều cuộn dây. Do vậy khi thực hiện đo IR cho cùng một đối tượng ở các thời điểm khác nhau, cần lưu ý đến các ảnh hưởng nói trên để phép đo và so sánh có giá trị.

Các dữ liệu sau nên được ghi lại khi đo IR cho máy điện quay: Nhiệt độ, độ ẩm tương đối, điểm đọng sương (dew point), nhiệt độ cuộn dây, thời gian từ lúc ngắt điện cho đến lúc đo, điện áp thí nghiệm và cách đấu nối. Sau khi có giá trị IR, cần phải qui đổi về nhiệt độ 40oC để làm cơ sở so sánh trong tương lai, để qui đổi cần áp dụng các công thức qui đổi nhiệt độ tùy thuộc vào nhiệt độ cuộn dây khi thực hiện đo và vật liệu làm cách điện dây quấn là THERMOSETTING (nhựa nhiệt rắn – vật liệu thường làm cách điện cuộn dây sau những năm 1970) hay THERMOPLASTIC (nhựa nhiệt dẻo – vât liệu sử dụng làm cách điện cuộn dây từ trước 1970).

Cách đấu nối thí nghiệm

Nếu có thể, mỗi pha của máy điện quay nên được tách ra và thí nghiệm riêng biệt. Việc thí nghiệm riêng biệt từng pha cho phép thực hiện so sánh kết quả giữa các pha với nhau. Khi một pha được thí nghiệm, các pha còn lại được nối với nhau và nối với cùng hệ thống tiếp địa của mạch từ stator hoặc rotor.

Khi thí nghiệm đồng thời ba pha, chỉ có cách điện với đất được thí nghiệm, cách điện giữa các pha không được thí nghiệm.

Các thiết bị ngoại vi như cáp lực, tụ điện, chống sét van, máy biến điện áp…đều ảnh hưởng đến giá trị đọc của điện trở cách điện. Khuyến cáo ngắt kết nốt hoặc nối đất tất cả các thiết bị ngoại vi, các thiết bị vẫn còn nối với cuộn dây stator cần lưu ý ghi lại để so sánh với các phép đo sau này. Trong tất cả các trường hợp, cần sử dụng một hệ thống tiếp địa chung để tránh những ảnh hưởng đến kết quả đo do tổn hao rò trong mạch tiếp địa.

Điện áp thí nghiệm

Điện áp đầu ra DC của các thiết bị thí nghiệm được phát bởi máy phát, pin hoặc nguồn chỉnh lưu cần phải ổn định (line regulation được khuyến cáo bằng 0.1% hoặc tốt hơn) để tránh sự dao động của dòng điện nạp. Nếu không đảm bảo độ ổn định này sẽ gây sai số cho kết quả đo. Có thể hạn chế sự dao động điện áp đầu ra bằng cách sử dụng các bộ ổn định điện áp đầu vào.

Giải thích kết quả thí nghiệm

So sánh kết quả thí nghiệm với dữ liệu thí nghiệm trước trong cùng điều kiện nhiệt độ cuộn dây, điện áp thí nghiệm, khoảng thời gian đặt điện áp và độ ẩm tương đối của môi trường (với các kết quả đo ở nhiệt độ cuộn dây khác nhau, cần hiệu chuẩn về cùng một nhiệt độ trước khi so sánh)

Sự suy giảm giá trị IR hoặc PI chỉ ra bề mặt bị nhiễm bẩn, nhiễm ẩm hoặc hư hại nghiêm trọng cách điện. Khi giá trị PI thấp ở nhiệt độ cao (trên 60oC), cần kiểm tra lại bằng cách thí nghiệm ở nhiệt độ thấp hơn (ví dụ 40oC) nhưng vẫn cao hơn nhiệt độ ngưng sương (the dew point).

Đối với các thí nghiệm ở cùng điều kiện, việc tăng đều đặn giá trị IR1, đồng nghĩa với việc dòng điện hấp thụ giảm theo tuổi thọ của thiết bị chỉ ra sự phân hủy của keo kết dính, đặc biệt khi vật liệu cách điện là nhựa dẻo nóng.

Giá trị điện trở thấp nhất sau 1 phút (IR1) được sử dụng để thí nghiệm các hạng mục điện áp cao hoặc để vận hành được xác định như sau

Các hạn chế của việc đo điện trở cách điện:

– Điện trở cách điện không liên quan trực tiếp đến độ bền điện môi. Ngoại trừ việc khuyết tật tập trung, việc xác định được giá trị điện trở cách điện của hệ thống cách điện của cuộn dây sẽ bị sự cố là điều không thể.

– Đối với các cuộn dây có diện tích bề mặt lớn hoặc máy điện quay với bộ góp điện có điện trở cách điện nhỏ hơn giá trị khuyến cáo. Trong các trường hợp này, biểu đồ xu hướng giá trị IR không có ý nghĩa trong việc đánh giá tình trạng cách điện.

– Một phép đo điện trở cách điện tại một điện áp cụ thể không chỉ ra liệu rằng có vật ngoại lai tập trung hoặc phân bố khắp cuộn dây không.

– Các phép đo DC, như thí nghiệm IR và PI có thể không chỉ ra được các khuyết tật khe hở bên trong gây ra bởi quá trình xử lý cách điện như: ngâm tẩm không đúng cách, hư hỏng do nhiệt độ, chu trình sấy.

– Khi thí nghiệm điện trở cách điện mà máy điện quay dừng hoạt động, các thí nghiệm này không phát hiện được các vấn đề liên quan đến sự chuyển động, như cuộn dây bị lỏng hoặc rung lắc dẫn đến dịch chuyển phía cuối cuộn dây.

Thí nghiệm hệ số phân cực

Giá trị hệ số phân cực thấp nhất được khuyến cáo đối với cách điện dựa trên cấp độ nhiệt của vật liệu cách điện, ngoại trừ các vùng cuộn dây không được cách điện.

Bảng 3: Giá trị hệ số phân cực thấp nhất được khuyến cáo đối với cách điện dựa trên cấp độ nhiệt của các thành phần trong máy điện quay (theo IEEE43-2013).

IV. Kết luận

Đo điện trở cách điện là hạng mục cơ bản, đã được sử dụng từ hơn 100 năm qua trong đánh giá tình trạng cách điện của cuộn dây Máy điện cao áp. Giá trị điện trở cách điện tính theo Mega-Ohm đem lại những thông tin sơ bộ về chất lượng cách điện. Đối với các tổ hợp cách điện phức hợp như Máy biến áp lực, giá trị điện trở cách điện hay ngay cả Hệ số phân cực tại một lần đo độc lập không đem lại nhiều thông tin, cần phải tham chiếu với các giá trị đã đo được từ nhà sản xuất và các lầnthí nghiệm trước. Việc tập hợp dữ liệu tham khảo trong quá khứ rất quan trọng để làm cho phép đo có ý nghĩa hơn, khi xảy ra bất thường về giá trị điện trở cách điện so với giá trị tham chiếu, phải nghiên cứu và tìm ra nguyên nhân. Các phương pháp hiện đại và chuyên sâu hơn được khuyến cáo để đánh giá toàn diện hơn chất lượng cách điện của Máy biến áp như Hệ số tổn hao, FDS và PDC nên được sử dụng.

Tài liệu tham khảo:

  1. CIGRE 445 – 2011: Guide for transformer maintenance
  2. IEEE 43 – 2013: Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Electric Machinery
  3. IEEE C57.152 – 2013: Guide for Diagnostic Field Testing of Fluid-Filled Power Transformers, Regulators, and Reactors
  4. IEEE C57.162 (draft): Guide for the Interpretation of Moisture Related Parameters in Dry, Gas Insulated and Liquid Immersed Transformers and Reactors.

This entry was posted in . Bookmark the permalink.
024 6683 0230

Send us
an Email

Contact