METODA SI ISTALATIE DE TESTARE, DIAGOSTICARE SI ...midmit.elmat.pub.ro/media/part/RAPORT Etapa...

1

Universitatea "POLITEHNICA" din Bucuresti FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICA

Catedra de Masini, Materiale si Actionari Electrice Laboratorul de Materiale Electrotehnice (ELMAT)

Splaiul Independentei 313, Sector 6, 060042 BUCURESTI, ROMANIA Tel: +40.21. 402 9126, Fax: + 40.21. 317.0913, E-mail: [email protected]

METODA SI ISTALATIE DE TESTARE, DIAGOSTICARE SI MOITORIZARE A

SISTEMELOR DE IZOLATIE ALE TRASFORMATOARELOR DE PUTERE (MIDMIT)

Contract ECEE-UPB/CMP nr. 22080/01.10.2008

Etapa – 2 - a

Proiectare model experimental al instalaţiei de diagnosticare si monitorizare a SITP

Coordonator: UPB-ECEE, Director Proiect Prof.dr.ing. Petru V. Notingher Partener 1: SIMTECH INTERNATIONASL, Resp. Dr.ing. Gabriel Tanasescu

Partener 2: ICMET-Craiova, Resp. Ing. Dorin Popa Partener 3: ELECTRICA SERV, Resp. Ing. Gheorghe Batir

Termen de predare: 30 septembrie 2009

2

Cuprins A. Obiectivele generale B. Obiectivele Etapei 1 C. Rezumatul Etapei 1 D. Raportul tehnico-stiintific Cap. 1. Metode de diagnosticare a SITP: metoda tensiunii de revenire si a

curentilor de absorbtie/resorbtie 1.1. Introducere

1.2. Esantioane 1.3. Instalatii 1.3.1. Instalatia de determinare a continutului de apa din ulei 1.3.1.1. Prezentare generala 1.3.1.2. Principiul si metoda de masurare 1.3.2. Instalatie pentru masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie 1.3.3. Instalatie pentru masurarea permitivitatii si a factorului de pierderi 1.4. Experimentari 1.4.1. Determinarea continutului de apa

1.4.2. Determinarea curtentilor de absorbtie/resorbtie 1.4.2.1. Modul de experimentare

1.4.2.2. Prezentarea rezultatelor 1.4.2.2.1. Ulei NYNAS 1.4.2.2.2. Ulei MOL 1.4.2.3. Analiza rezultatelor

1.5. Bibliografie Cap. 2. Proiectarea echipamentului de măsurare şi achiziţie a curenţilor de absorbţie-resorbţie

2.1. Introducere 2.2. Sistemul de izolatie ulei – hartie 2.2.1. Izolatia solida 2.2.2. Izolatia lichida 2.2.3. Metode de monitorizare si diagnosticare a izolatiilor transformatoarele electrice de putere 2.2.3.1. Metode mecanice 2.2.3.2. Metode electrice 2.2.3.3. Metoda raspunsului dielectric 2.3. Proiectare aparat - CABSIT 2.3.1.Principiul de funcţionare 2.3.2. Proiectare aparat 2.4. Moduri de lucru. Scheme echivalente. 2.5. Mod de utilizare 2.6. Specificatie tehnica 2.7. Concluzii 2.8. ANEXE

3

Cap. 3. Procedura de determinare a duratei de viata a hartiei: metodologie pentru incercari termice accelerate 3.1 Necesitatea determinării gradului de îmbătrânire a hârtiei impregnate cu

ulei din transformatoarele de putere 3.2. Chimia celulozei 3.3. Tendinţele standardelor referitoare la metodele de evaluare a sistemelor de izolaţie ale transformatoarelor.

3.4. Modelul de îmbătrânire DUAL-TEMPERATURĂ 3.5. Proiect experimental şi procedee 3.6. Concluzii

4. Conducere proiect 5. Concluzii 6. Bibliografie 7. Anexe A. Obiectivele proiectului 1. Studiul factorilor si proceselor de imbatranire (degradare) a izolatiilor hartie-ulei si

determinarea legaturii dintre gradul de imbatranire, intensitatea proceselor de conductie si de polarizare a SITP si structura, valorile si modul de variatie a curentilor absorbtie/resorbtie;

2. Elaborarea unor metode de testare, diagnosticare si monitorizare a sistemelor de izolatie hartie-ulei ale transformatoarelor de putere pe baza curentilor de absorbtie/resorbtie;

3. Proiectarea si realizarea unei instalatii de masurare, achizitionare si prelucrare in situ a curentilor de absorbtie/resorbtie in uleiul din cuvele transformatoarelor;

4. Proiectarea si realizarea unei instalatii de diagnosticare si monitorizare off- si on-line a starilor de imbatranire a SITP;

5. Elaborarea unei proceduri privind scoaterea temporara sau definitiva din functiune a transformatoarelor cu grade de imbatranire in afara limitelor admisibile.

B. Obiectivele Etapei a 2-a 1. Măsuratori cu celula Standard ale curenţilor de absorbţie-resorbţie pentru uleiuri

neimbatranite 2. Proiectarea echipamentului de măsurare şi achiziţie a curenţilor de absorbţie-

resorbţie 3. Procedura de determinare a duratei de viata a hartiei: metodologie pentru incercari

termice accelerate

4

C. REZUMAT Principalul obiectival Proiectului MIDMIT il constituie realizarea unei metode – pe baza masurarii curentilor de absorbtie/resorbtie - si a unui echipament de testare, diagnosticare si monitorizare off- si on-line a sikstemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere (SITP), in vederea evaluarii starilor de imbatranirire si a rezervelor de durata de viata ale acestora si a programarii scoaterii lor din exploatare fara a produce intreruperi in alimentarea cu energieelectrica sau poluarea mediului (ulei, gaze etc.). De aceea, in prima etapa a Proiectului s-a efectuat o analiza a marimilor fizice si a metodelor utilizate pentru diagnosticarea starilor sistemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere, s-a elaborat o metodologie de estimare a continuturilor de apa (umiditate) din ulei (wu) si hartie (wh) pe baza analizelor valorilor maxime si pantelor curbelor de variatie ale curentilor de absorptie si resorptie si s-au prezentat proceduri de masurare – in laborator – a curentilor de absorptie si resorptie. In Etapa a 2 – a s-au efectuat măsuratori cu celula Standard ale curenţilor de absorbţie-resorbţie pentru uleiuri neimbatranite, proiectarea echipamentului de măsurare şi achiziţie a curenţilor de absorbţie-resorbţie si s-a elaborat o metodologie pentru incercari termice accelerate a hartiei. O parte din rezultatele obtinute sunt prezentate in Raportul tehnico-stiintific, care se intinde pe 150 pagini si este impartit in trei capitle- corespunzatoare celor trei activitati de cercetare prevazute in Programul de activitati. In Capitolul 1 sunt prezentate o parte din rezultatele masurarilor efectuate cu celula standard a curentilor de absorbtie/resorbtie pentru esantioane din uleiuri NYNAS si MOL neimbatranite. In primele trei paragrafe sunt prezentate caracteristicile generale ale uleiurilor MOL si NYNAS utilizate pentru incercari si instalatiile de masura cu care s-au efectuat: instalatia pentru determinarea continutului de apa (achizitionata de UPB in cadrul Proiectului MIDMIT), instalatia pentru masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie cu celula standard si instalatia pentru masurarea componentelor permitivitatii corelative complexe si a factorului de pierderi pentru frecvente ale tensiunii de incercare cuprinse intre 1 µHz si 1 GHz. In paragraful 1.4 sunt prezentate experimentarile efectuate. In subparagraful 1.4.1 sunt prezentate rezultatele masuratorilor continutului de apa ale uleiurilor NYNAS si MOL, uleiuri care vor fi utilizate, in continuare, pentru experimentari (imbatraniri accelerate) in vederea elaborarii metodei de diagnosticare a starilor sistemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere. Se constata ca ulaiul NYNAS contine mult mai putina apa decat ulaiul MOL. Subparagraful 1.4.2 este dedicat prezentarii rezultatelor (peste 150 diagrame si trabele) privind determinarea experimentala a curentilor de absorbtie/resorbtie. Dupa o prezentare detaliata a modului de experimentare (subparagraful 1.4.2.1) sunt prezentate rezultatele masuratorilor efectuate pe esantioane NYNAS (subparagraful 1.4.2.2.1) si MOL (subparagraful 1.4.2.2.2), respectiv variatiile in timp ale curentilor de absorbtie si de resorbtie (la scari normale si logaritmice) pentru o tensiune de masura de 300V la temperatura camerei, variatia in timp rezistivitatii – in aceleasi conditii - si variatiile cu frecventa f (pentru valori cuprinse intre 0,1 mHz si 1 Mhz) si cu temperatura (pentru 30, 50, 70 si 90 0C), atat pentru valori crescatoare, cat si pentru valori descrescatoare ale acesteia, ale componentelo permitivitatii relative complexe ( 'ε r si "ε r ) si ale factorului de pierderi tgδ. In subparagraful 1.4.2.3 se prezinta o analiza a rezultatelor experimentale obtinute pe cele doua uleiuri pe baza componentelor de polarizare, de sarcina spatiala si de conductie ale curentilor masurati, ale componentelor permitivitatii complexe si ale factorului de pierderi. Se arata ca valorile si

5

variatiile in timp ale curentilor de absorbtie si de resorbtie sunt in concordanta cu rezultatele obtinute pe alte materiale (polietilena, carton etc.) si ca ambii curenti iau valori mai mari in esantioanele MOL decat in NYNAS, ceea ce arata ca uleiul NYNAS nou este superior uleiului MOL (de exemplu, rezistivitatea uleiului NYNAS este de cca. 4 ori mai mare decat aceea a uleiului MOL). De asemenea, se constata ca daca valorile permitivitatii relative nu difera foarte mult de la un sort de ulei la altul, apoi valorile pierderilor dielectrice (respectiv, ale marimilor "ε r si tgδ) la frecvente joase sunt de cca. doua mai mari in cazul uleiului MOL decat in cazul uleiului NYNAS (ceea ce confirma exisenta unei concentratii mari de apa in esantioanele MOL sau o degradare prematura a acestuia). De asemenea se analizeaza valorile coeficientului de conductie kc si ale indicelui de polarizare kp si se constata ca si acestea confirma starea mai buna a uleiului NYNAS (cu kc mai mic si kp mai mare). In Capitolul 2 se prezinta proiectarea echipamentului de măsurare şi achiziţie a curenţilor de absorbţie-resorbţie. Sunt analizate in detaliu schema de principiu pentru masurarea curentilor de absorbtie si resorbtie si schema bloc a echipamentului de masura, parametrii de baza ai modulelor care compun aparatul, precum si modul de functionare si de operare cu acesta. Realizarea practica a aparatului urmeaza a fi efectuata in etapa urmatoare a Proiectului.

In Capitolul 3 se prezinta o metodologie pentru incercari termice accelerate a hartiei necesara pentru determinara duratei de viata a acesteia. In acest sens s-a realizat o metodologie pentru incercari termice accelerate a acesteia, stabilindu-se tipurile si numerele de esantioane de incerca, temperaturile de incercare, echipamentele si conditiile de incercare accelerata si modul de interpretare statistica a rezultatelor. Aceste rezultate vor fi utilizate in etapa urmatoare, aferenta imbatranirilor accelerate ale sistemelor de izolate ale transformatoarelor. Lucrarea se incheie cu o lista de referinte bibliografice de 38 titluri. In cadrul Etapei a 2-a a Proiectului s-au completat paginile intranet – cu acces restrans (doar pentru partenerii MIDMIT) - si web (http://midmit.elmat.pub.ro) – cu acces liber (unde s-au depus informatiile mai importante referitoare la Proiectul MIDMIT).

Au fost efectuate o serie de activitati de diseminare, prin: a) participarea cu cate o lucrare la WCSET 2009, (Dubai, 2009), CIRED (Prague,

2009) si EMES 09 (Oradea, 2009) ; b) elaborarea a trei lucrari (toate acceptate) pentru prezentare SIELMEN 200) (Iasi,

2009) si CNEE 2009 (Sinaia, 2009); c) elaborarea unei lucrari pentru publicarea in Revue Roum. Sci. Tech. - Electr. Et

Energ., Vol.54, Nr. 1 (in curs de aparitie); d) publicarea a cate o lucrare in Proceedings of World Academy of Science,

Engineering and Technology, Vol. 37, January 2009, pp. 679 – 705, ISSN: 2070-3740 si in Journal of Electrical and Electronics Engineering, Vol. 2, Nr. 1, 2009, pp. 7-12, ISSN 1884-6035.

Pe baza rezultatelor prezentate in primele doua etape, in Etapa a 3-a urmeaza sa se efectueze măsuratori ale curenţilor de absorbţie-resorbţie pe uleiuri din transformatoarele de putere din sistemul energetic national si pe esantioane din hartie neimbatranite si imbatranite accelerat si proiectarea si realizarea celulei de masura online si a modelului de diagnosticare si monitorizare a SITP.

6

D. Raportul tehnico-stiintific

Cap. 1. Măsuratori cu celula Standard ale curenţilor de absorbţie-resorbţie pentru uleiuri neimbatranite

1.1. Introducere In vederea studierii actiunii diversilor factori asupra proceselor de imbatranire

(degradare) a izolatiilor hartie-ulei si a determinarii legaturii dintre gradul de imbatranire, intensitatea proceselor de conductie si de polarizare a SITP si structura, valorile si modul de variatie a curentilor absorbtie/resorbtie, respectiv pentru elaborarea unor metode de testare, diagnosticare si monitorizare a sistemelor de izolatie hartie-ulei ale transformatoarelor de putere pe baza curentilor de absorbtie/resorbtie s-au efectuat primele masuratori ale caracteristicilor unor uleiuri utilizate in mod curent in Romania pentru realizarea sistemelor de izolatie ale transformatoarelor noi, cat si pentru repararea acestora.

In acest sens s-a realizat un Program de incercari ale unor uleiuri neimbatranite, respectiv de determinare a caracteristicilor generale ale acestora si a celor care urmeaza a fi studiate in procesele de imbatranire, dupa cum urmeaza: 1.UPB: curentii de absorptie/resorptie, permitivitatea ε, factorul de pierderi tgδ, rezistivitatea de volum ρv, umiditatea; 2. ICMET: umiditatea, rigiditatea dielectrica, continutul de particule, tensiunea interfaciala, continutul gaze, punctul inflamabilitate, continutul de furani;

3. ELECTRICA SERV: continutul de furani. In acest capitol se vor prezenta doar o parte din rezultatele obtinute privitoare la

continutul de apa ale uleiurilor si la valorile si variatiile in timp ale curentilor de absorbtie/resorbtie, ale permitivitatii relative si ale factorului de pierderi. 1.2. Esantioane Incercarile au fost efectuate pe doua tipuri de uleiuri de transformator, respectiv NYNAS si MOL, furnizate de ELECTROPUTERE Craiova (Uleiul NYNAS) si ELECTRICA SERV (MOL). Proprietatile generale ale acestora sunt prezentate in tabelele 1.1 si 1.2.

7

Tabelul 1.1. Proprietatile generale ale uleiului NYNAS Nr. crt.

Caracteristica Valoare Metoda de lucru

1 Aspect Limpede, fara suspensii

IEC 60296

2 Culoare, unitati ASTM, max <0.5, galben deschis

3 Densiate relative la 20 ºC, max 0.895 kg/dm3 ISO 12185 4 Vascozitate cinematica la: - 40 ºC, max

- 40 ºC, valoare caract. - -30 ºC, max. - -30 ºC, valoare caract.

12 9.4 1800 900

ISO 3104 ISO 3104 ISO 3104 ISO 3104

5 Punct de inflamabilitate: - PM, ºC, min. - PM, ºC, min., val. caract.

135 148

ISO 2719 ISO 2719

6 Punct de congelare, ºC, max Punct de congelare, ºC, valoare caract.

-40 -60

ISO 3016

7 Continut de sulf coroziv max. Continut de sulf coroziv - valoare caract. Continut de sulf coroziv max. Continut de sulf coroziv - valoare caract.

non-corrosive non-corrosive non-corrosive non-corrosive

DIN 51353 DIN 51353 ASTM D1275B ASTM D1275B

8 Continutul total de sulf, %m, max. Continutul total de sulf, %m, - valoare caract.

0.15 <0.01

ISO 14596 ISO 14596

9 Tensiunea interfaciala mN/m. min. Tensiunea interfaciala mN/m. valoare caract.

40 50

ISO 6295 ISO 6295

10 Stabilitate la oxidare - la 120 ºC, 500 h - indice de neutralizare mg KOH/g val. caract;

- reziduu, Wt %, max. - reziduu, Wt %, valoare caract.

0.30 0.03 0.05 <0.02

IEC61125 C

11 Continut de atomi: atomi de carbon aromatic, % - val. car.;

8

IEC 60590

12 Continut de PCA Wt % max. Continut de PCA Wt % valoare caracteristica.

3 <3

IP 346 IP 346

13 Continut de PCB (policloruri bifenilice) Nu poate fi detectat IEC 61619 14 Continut de substante insolubile in n-heptan, % 15 Continut de aditiv antioxidant, Wt % min.

Continut de aditiv antioxidant, Wt % max. Continut de aditiv antioxidant, Wt % valoare caract.

0.08 0.40 0.38

IEC 60666 IEC 60666 IEC 60666

16 Continut de apa pentru ulei crud, mg/kg, max. Continut de apa pentru ulei crud, mg/kg, val. car.

30 <20

17 tgδ la 90 ºC, max. tgδ la 90 ºC, valoare caracteristica.

0.005 <0.001

IEC 60247 IEC 60247

18 Tensiunea de str., kV, - ulei ca atare min - ulei ca atare valoare caract. - ulei tratat, min - ulei tratat, valoare caract.

30 40 - 60 70 >70

IEC 60156 IEC 60156 IEC 60296/60156 IEC 60296/60156

8

Tabelul 1.2. Proprietatile generale ale uleiului MOL

Nr. crt.

Caracteristica Valoare Metoda de lucru

1 Aspect Lucios, curat fara suspensii

SR CEI 60296

2 Culoare, unitati ASTM, max 1 SR ISO 2049 3 Densiate relativa la 20 ºC, kg/dm3, max. 0.890 ISO 3675 4 Vascozitate cinematica mm2/s, la:

- 20 ºC - 40 ºC - 50 ºC - -15 ºC - -40 ºC

19 – 24 8.5 – 11 max 10 max 800 ≤1800

ISO 3104

5 Punct de inflamabilitate, ºC. 140 ISO 2719 6 Punct de curgere, ºC, max. -40 ISO 3016 7 Punct de tulburare, ºC, max -20 SR EN 23015 8 Punct de anilina, ºC 72 – 82 ISO 2977 9 Indice de neutralizare, mg KOH/g, max 0.03 SR CEI 60296 10 Aciditate minerala si alcalinitate Lipsa STAS 22 11 Indice de refractie nD

20, max 1.489 13 Continut total de sulf, % m, max. 0.25 STAS 119 14 Tensiunea interfaciala fata de apa, la 25 ºC dyne/cm,

min. 40 ISO 6295

15 Continut de ioni de sulfati si de cloruri anorganici, ppm.

lipsa ASTM D 878

16 Stabilitate la oxidare (100 ºC, g/cm3, 168 ore ) - indice de neutralizare mg KOH/g, max. - reziduu, %, max - tgδ la 70 ºC, max.

0.30 0.10 0.13

17 Continut de: - atomi de carbon aromatici, % - atomi de carbon parafinici, % - atomi de carbon naftenici, %

7.5 – 11 50 – 55 35 – 45

ASTM D 2140

18 Continut de hidrocarburi aromatice policiclice, %, max

3 IP 346/92

19 Continut de PCB (policloruri bifenilice) lipsa DIN 51527 20 Continut de substante insolubile in n-heptan, % lipsa STAS 10632 21 Continut de aditiv antioxidant nedetectabil SR CEI 60666 Continut de 2-furfural, ppm, max 0.1 CEI 61198 26 Continut de apa pentru ulei crud, ppm, max. 30 27 tgδ la 90 ºC, max. 0.004 SR CEI 60247 28 Tensiunea de strapungere la frecvente industriale, kV

- la proba ca atare, min. - la proba tratata, min.

35 60

SR EN 60156

29 Rezistivitatea de volum la 20 ºC, 500 Vcc, Ωcm x 1014, min.

4 SR CEI 60247

Numar de particule mai mare de 5 µm/100 ml, max 8000 IEC 60970

9

Coeficient de dilatare termica de la 20 ºC la 70 ºC x 10-4, max

0.001 Anexa 1, pct. 1* PE 129/99

Caldura specifica la 20 ºC, kJ/kgºC, min 1.5 Anexa 1, pct 2* Condutivitate termica la 20 ºC, min 0.13 PE 129/99 Indice de polarizare, max 0.01 ε20 – (nD

20)2

1.3. Instalatii Pentru efectuarea masuratorilor s-au utilizat mai multe echipamente (instalatii) 1.3.1. Instalatiea de determinare a continutului de apa din ulei 1.3.1.1. Prezentare generala

Instalatia de determinare a continutului de apa din ulei (fig. 1.1) este constituita, in principal, din Titratorul Karl Fischer KF 831 (1) si vasul de titrare (2). Titratorul Karl Fischer este controlat de microprocesor si este prevazut cu generarea coulometrica a reactivului pentru determinarea apei KF din solide, lichide sau gaze. Dintre caracteristicile sale mai remarcam:

- celula de titrare cu diafragma; - domeniul de masura absolut: 10 µg - 200 mg H20; - rezolutie: 0.1 µg H2O; - reproductibilitate: 10 µg ... 1000 µg H2O: ± 3 µg; >1000 µg H2O: 0.3% sau mai

buna; - viteza de titrare: max 2.24 mg H2O/min; - curentul la electrodul generator: 100, 200, 400 mA; - afisaj grafic LCD al curbei de titrare in timp real; - moduri de lucru: KFC: titrare KF coulometrica; KFC-B: titrare KF coulometrica cu

deducerea blank; BLANK: determinare blank; GLP: validarea coulometrului conform GLP - posibilitatea corectiei de fond automata sau manuala; - posibilitatea transferarii automate a masei probei de la balanta tip Sartorius,

Mettler, AND, Precisa; - memorie pentru aproximativ 100 metode; - afisarea rezultatelor: ppm; %; mg/g; mg/ml; mg; µg; mg/pC; - doua interfete RS 232 pentru conectare: balanta, imprimanta; PC; cuptor vaporizare

- software Vesuv 3.0 Light pentru colectarea datelor de titrare si a rezultatelor via interfata RS 232C, stocarea de metode, printarea rezultatelor, filtrarea si exportul datelor (Excel, Lotus, LIMS, ...), reprezentarea curbelor de titrare, recalcularea rezultatelor;

- Alimentare: 220V±10%, frecventa 50 ... 60 Hz.

10

Fig. 1.1. Instalatiea de determinare a continutului de apa din ulei: 1 - Coulometru Karl Fischer (KF 831) ; 2 - Vasul de titrare

1.3.1.2. Principiul si metoda de masurare

Titrarea Kart Fischer este metoda clasica de titrare culometrica sau volumetrica folosita in chimia analitica pentru determinarea continutului de apa din diverse probe. A fost pusa la punct in anul 1935 de catre chimistul german Karl Fischer. Metoda traditionala utilizeaza o solutie metanolica de iod, dioxid de sulf si o baza ca solutie tampon.

Fig. 1.1.’ Vedere din fata a Coulometrului KF: 1 – Display; 2 – Taste de control si lampi indicatoare; 3 – Setare a contrastului afisajului;

11

Fig. 1.1.” Vedere din spate a Coulometrului KF: 5 – Interfete RS 232; 6 – Port pentru conectarea electrodului generator; 7 – Linii de comanda la distanta (intrare/iesire);

8 – Conectare Dosino pentru schimbarea automata a reactivilor; 9 – Conectare pentru tastatura separata; 10 – Conectare pentru electrodul indicator; 11 – Conectare

pentru agitator; 12 – Conectare cablu de alimentare; 13 – Zona racire; 14 – Placa cu numarul de fabricatie, seria si tipul instrumentului.

La titrarea unei probe continand apa au loc mai multe reactii, care pot fi descrise de

urmatoarea reactie generala:

H2O + I2 + [RNH]SO3CH4 + 2 RN [RNH]SO4CH3 + 2 [RNH]I

Conform ecuatiei de mai sus, I2 reactioneaza cantitativ cu H2O. Aceasta reactie chimica constituie baza determinarii continutului de apa dintr-o proba supusa titrarii, un mol de iod consumandu-se pentru fiecare mol de apa. In titrarea culometrica Karl Fischer, iodul necesar este generat direct in electrolit prin mijloace electrochimice. Relatia cantitativa riguroasa dintre sarcina electrica si cantitateta de iod generata este utilizata pentru a realiza o distributie de inalta precizie a iodului in vasul de titrare. Punctul de sfarsit este detectat adesea prin metoda biopotentiometrica. La punctul de conditionare (echivalenta) apare I2 in exces si se inregistreza o scadere brusca a tensiunii care marchiaza punctul de sfarsit al titrarii. Datorita celorlalte reactii care se produc in interiorul vasului de titrare culoarea anolitului se schimba din galben devenind maro fapt ce face dificila observarea vizuala a punctului de final al titrarii. Curentul necesar pentru generarea iodului pentru a ajunge la punctul de sfarsit poate apoi sa fie folosit pentru calculul continutului de apa din esantionul original.

12

Celula de titrare consta dintr-un compartiment mic imersat in anolit in compartimentul principal. Cele doua compartimente sunt separate printr-o membrana permeabila ionilor.

Fig. 1.1. Vasul de titrare: 1 – Sita moleculara; 2 – Electrod generator; 3 – Electrod generator; 4 – Agitator; 5 – Orificiu pentru introducerea probei de masurat.

Probele lichide se introduc cu ajutorul unei seringi. Se poate folosi fie o seringa cu ac lung, acul fiind imersat sub suprafata reactivului in timpul injectarii, fie o seringa cu ac scurt, ultima picatura fiind aspirata inapoi in ac. Cea mai buna modalitate de determinare a masei de lichid (ulei in cazul de fata) introdusa in vasul de titrare consta in cantarirea seringii inainte si dupa injectare cu ajutorul unei balante analitice. Probele cu viscozitate ridicata pot fi incalzite pentru a le diminua viscuozitatea; de asemenea si seringa trebuie incalzita. Diminuarea viscuozitatii se poate face prin diluarea lichidului supus titrarii cu ajutorul unui solvent corespunzator. In aceasta situatie continutul de apa al solventului trebuie determinat separat si scazut ca o corectie din valoarea finala.

Modul de lucru consta in: - pornirea instrumentului de masura si punerea in functiune a agitatorului magnetic; - se apasa tasta <START> pentru inceperea procesului de conditionare a vasului de titrare,

in acest timp lampa indicatoarea “COND” clipeste; - in momentul in care vasul de titrare este conditionat lampa indicatoare “COND” ramane

aprinsa, diferenta de potential dintre bornele de platina a electrodului indicator fiind mai mica de 50 mV si driftul mai mic de 20 µg/min (cantitatea de iod generata intr-un minut);

13

- dupa conditionarea vasului de titrare se injecteaza lichidul al carui continut de apa se doreste a fi determinat dupa ce acesta a fost cantarit si dupa ce s-a apasat tasta <START> de pe panoul frontal al aparatului;

- dupa injectarea lichidului in anolitul din celula principala se introduce cu ajutorul tastaturii masa lichidului in grame si se apasa de doua ori tasta <ENTER> determinanad inceputul titrarii;

- masa de lichid supusa titrarii nu trebuie sa fie foarte mare pentru a permite efectuarea unui numar cat mai mare de determinari cu anolitul si catolitul din vasul de titrare respectiv din electrodul generator, dar nici foarte mica astfel incat sa contina un minim de 50 µg H2O.

- in acest moment incepe generarea de iod din partea electrodului generator iar rezultatul final va fi afisat pe display-ul instrumentului.

Metoda clasica Karl Fischer a suferit numeroase imbunatatiri in ultimi ani. Aceste imbunatatiri nu privesc doar perfectionarea si automatizarea distributiei de reactivi, ci si imbunatatirea indicatiei punctului de sfarsit al titrarii si a reactivilor; in ciuda progreselor inregistrate metoda Karl Fischer clasica, volumetrica, prezinta dezavntajul ca reactivii nu sunt complet stabili. 1.3.2. Instalatie pentru masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie Instalatia de masurare a curentilor de absorbtie/resorbtie este prezentata in figura 1.2, electrometrul Keythley - in figura 1.3 si celula STANDARD (IRLAB) – in figura 1.4.

Fig. 1.2. Instalatia experimentala pentru masurarea curentilor de

absorbtie/resorbtie: 1 - Electrometrul Keithley 6517, 2 -Celula de masura Keithley 8009, 3 - Celula de masura Irlab 4 – PC.

14

Fig. 1.3. Multimetru Keithley 6517

Fig. 1.4. Celula STANDARD pentru masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie

15

1.3.3. Instalatie pentru masurarea permitivitatii si a factorului de pierderi Pentru determinarea componentelor permitivitatii relative complexe (respectiv, 'ε r si

"ε r ) s-a utilizat instalatia prezentata in figura 1.5 (Spectrometrul NOVOCONTROL), realizata dintr-un calculator de birou, un sistem de control, un sistem de masura, o celula de masura si un sistem de control al temperaturii.

Fig. 1.5. Spectrometru Novocontrol: 1 – PC, 2 – Control System, 3 – Sistem de masura; 4 – Celula de masura, 5 – Sistem de control al temperaturii.

Celula pentru masurarea proprietatilor electrice a lichidelor cu trei electrozi cilindrici inlatura erorile datorate dilatarii termice a lichidului de masurat, ofera protectie impotriva scurgerii lichidului supus masurarii prevenind totodata si evaporarea acestuia. De asemenea, aceasta celula creste acuratetea masurarii prin eliminarea aproape in totalitate a campuilor de dispersie. Celula pentru lichide se monteaza intre electrozii plan paraleli ai celulei spectrometrului NOVOCONTROL (fig. 1.6). Structura celulei de masurare a proprietatilor dielectrice ale lichidelor BDS 1307 este prezentata in figurile 1.6’ si 1.6”.. Partile de teflon (6, 10, 11) sunt plasate in interiorul carcasei metalice (8). Orificiul special (7) din suportul de teflon (6) permite eliminarea aerului la asamblarea celulei de masura, impiedicand deformarea acesteia in timpul masurarilor. Electrodul interior (1) este asemenea unui capac ce acopera coloana centrala a suportului de teflon pentru a reduce capacitatile parazite care pot sa apara intre electrodul interior si carcasa metalica.

16

Fig. 1.6. Celula de masura NOVOCONTROL: 1 – Electrozii celulei principale; 2 – Celula pentru lichide

Fig.1.6’. Celula pentru lichide BDS 1307: 1 – electrod interior; 2 – borna pentru conectare la pamant; 3 – electrod de garda; 4 – electrod exterior; 5 – lichidul ale carui proprietati se

doreste a fi determinate; 6 – suport din teflon; 7 – orificiu; 8 – carcasa metalica; 9 – orificiu cu arc; 10 – inele izolatoare de teflon; 11 – capac de teflon;

Electrodul exterior (4) si carcasa metalica sunt puse in contact prin intermediul unui resort (9) care are rolul de a mentine un bun contact electric pe toata latimea intervalului de temperatura in timpul masuratorilor. De asemenea electrodul exterior si electrodul de garda (3) sunt izolate unul fata de celalalt prin intermediul unui inel izolator de teflon foarte subtire

17

(10). Electrodul de garda este izolat la randul sau fata de carcasa metalica cu ajutorul unui alt inel izolator de teflon (10) si este conectat la pamant prin intermediul bornei speciale (2).

Fig. 1.6”. Celula pentru lichide asamblata.

Lichidul de masurat trebuie introdus astfel incat sa umple celula pana la jumatatea electrodului de garda evitand eventualele revarsari datorita dilatarii termice a probei de masurat; zona activa a celulei unde se masoara efectiv proprietatile lichidului este pana la marginea superioara a electrodului exterior. 1.4. Experimentari Experimentarile s-au efectuat pe esantioane din ulei neimbatranit din sorturile NYNAS si MOL. Au fost efectuate masuratori ale continutului de apa, ale curentilor de absorbtie/resorbtie, ale componentelor reale si imaginare ale permitivitatii complexe si ale factorului de pierderi. 1.4.1. Determinarea continutului de apa Determinarea continutului de apa s-a efectuat cu coulometrul Karl Fischer. Masuratorile s-au efectuat pe cinci probe din fiecare sort de ulei si s-a efectuat media aritmetica a rezultatelor obtinute (Tabelul 1.3).

Tabelul 1.3. Valori ale continutului de apa

Ulei\Esantion 1 2 3 4 5 Media NYNAS [ppm] 15.9 14.3 14.7 14.2 15.3 14.88

MOL [ppm] 20.8 21.9 20.6 20.4 21.2 20.98

Se constata ca valorile concentratiei de apa determinate sunt mai mici in esantioanele din sortul NYNAS decat MOL si ca, in ambele cazuri, acestea depasesc valorile maxime admisibile pentru utilizarea lor , in aceasta stare, in sistemele de izolatie ale transformatoarelor. Evident, aceste uleiuri trebuiesc uscate dupa introducerea lor in transformatoare.

18

1.4.2. Determinarea curentilor de absorbtie/resorbtie

1.4.2.1. Modul de experimentare

Masurarea curentilor de absorbtie – resorbtie pe esantioane de ulei electroizolant cuprinde mai multe etape:

a. Prelevarea probelor de ulei (Publicatia CEI 475)

Probele de ulei se colecteaza de la busoanele de luat probe de ulei de pe cuva transformatorului, direct in vasul in care se transporta, respectandu-se urmatoarele indicatii [1]:

• Colectarea se efectueaza de preferinta pe timp senin, iar iarna pe timp geros, cand umiditatea relativa este cat mai scazut;

• Busoanele de luat probe de pe transformator se curata cu atentie si se lasa sa curga liber 0.5 – 1 l de ulei, care se colecteaza separat ca ulei uzat pentru reconditionare, in tevi metalice;

• Vasul (sticla) in care se ia proba de ulei trebuie sa fie curate si uscate si sa aiba o temperatura mai mare decat cea a mediului ambiant exterior pentru a nu se produce fenomenul de condens;

• Vasul (sticla) in care se ia proba se clateste de 2 – 3 ori cu uleiul din transformator si apoi se umple cu acelasi ulei, nu mai mult de 100 ml. Uleiul care este folosit pentru clatire se colecteaza separat, ca ulei uzat pentru conditionare. In timpul umplerii, sticla se va apropia cat mai mult de busonul sau robinetul de unde se recolecteaza proba, pentru ca jetul de ulei sa nu se contamineze;

• Vasele (sticlele) cu probe de ulei se astupa ermetic, preferabil cu dop de sticla, folosirea dopurilor de cauciuc fiind interzisa;

• Probele de ulei colectate pe timp rece se desfac numai dupa ce au capatat temperatura incaperii, pentru a evita condensul.

Vasele pentru probe de ulei se recomanda sa fie din sticla de culoare inchisa sau din metal de calitate superioara. Utilizarea recipientelor din sticla impune respectarea urmatoarelor:

• Sticla trebuie sa fie perfect curate si uscate; • Spalarea se poate face cu soda calcinata, fosfat trisodic sau detergenti, urmata de

spalarea cu apa de la robinet si clatirea cu apa distilata; • Sticlele se usuca intr-o etuva la 105 – 110 oC, se astupa ermetic si se depun la loc

uscat; Recipientele cu probe de ulei vor fi insotite de o eticheta pentru marcarea acestora.

Etichetele lipite pe recipiente sau legate cu un fir de gatul acestora, vor contine obligatoriu urmatoarele informatii:

• Statia/locul de prelevare; • Denumirea uleiului; • Transformatorul; • Producatorul si seria transformatorului; • Locul de prelucrare (nivel inferior, mediu sau superior); • Temperatura uleiului de prelevare;

19

• Data prelevarii; • Numele celui care a efectuat prelevarea. b. Pregatirea esantioanelor (SR CEI 247/1997)

Esantioanele prelevate se pastreaza in vasele lor originale si lipsite de lumina. Uleiul de incercat nu trebuie supus nici unei operatii de filtrare, uscare, dar, daca este

posibil, se preincalzeste in vasul original, dupa ce s-a prelevat un esantion sufiecient pentru incercari. Se lasa intotdeauna un volum de expansiune suficient deasupra lichidului, pentru a evita spargerea vasului.

Inainte de prelevarea esantioanelor pentru incercari, vasele originale se mentin in locul in care se efectueaza masuratorile, un timp suficient de mare pentru ca esantionul sa atinga temperatura ambianta.

Pentru a preleva esantioane reprezentative pentru masuratori, lichidul trebuie omogenizat, rasturnand si agitand vasul, de mai multe ori.

Se curata gatul vasului cu o panza uscata care nu lasa scame se varsa o mica portiune din lichid pentru a spala suprafata exterioara.

Vasul care contine esantionul se acopera lichidul se incalzeste in etuva, la o temperatura mai mare de 5 oC pana la 10 oC fata de temperatura de incercare. Durata incalzirii nu trebuie sa depaseasca o ora daca uleiul nu contine antioxidanti.

c. Curatarea celulei

Inainte de umplere, celula trebuie curatata.Pentru aceasta se procedeaza astfel: • Se demonteaza complet celula; • Se spala bine toate partile cu un solvent de puritate convenabila; • Se clatesc toate partile cu acetona si se spala, apoi, cu un sapun sau detergent

usor abrazivi; • Toate partile celulei se fierb in apa distilata care contine 5 % fosfat trisodic, timp

de cel putin 5 minute si se efectueaza, apoi , cateva clatiri cu apa distilata; • Se fierb in apa distilata, toate partile celulei, timp de 1 ora; • Se usuca toate partile celulei, intr-o etuva incalzita 105 si 110 oC, timp de 90

minute.

d. Umplerea celulei

Se asambleaza celula cand este calda, avand grija sa nu se atinga suprafetele electrozilor sau ale partilor electroizolante care urmeaza sa fie in contact cu uleiul de incercat.

Se introduce celula de masura intr- o etuva la o temperatura de 5 – 10 oC mai mare decat temperatura de incercare. Cand temperatura electrodului intern depaseste temperatura de incercare, se scoate rapid celula din etuva, se scoate electrodul intern si se umple celula cu o parte din uleiul incalzit.

Se reintroduce restul esantionului incalzit in etuva. Se reintroduce electrodul intern si se clateste celula ridicand si coborand electrodul

intern de doua ori. Se inlatura electrodul intern, se elimina uleiul de spalare si se umple imediat celula cu o a doua parte de esantion incalzit. Se reintroduce electrodul intern, se transfera celula in incinta de masurare la temperatura de incercare si se electueaza legaturile electrice.

20

Pentru masurarea temperaturii se utilizeaza un termometru cu mercur cu gradatii de 0.25 oC.

e. Temperatura de incercare

Valorile temperaturii de incercare se aleg in functie de studiile care urmeaza a fi efectuate: diagnosticarea uleiului, studiul degradarii accelaerate a acestuia.

f. Conectarea celulei de masura

Se conecteaza celula de masura la sursa de tensiune continua inclusa in echipamentul de masurare a curentilor si se seteaza temsiunea de masura, durata de aplicare a tensiunii si numarul de masuratori.

g. Prelucrarea curentilor masurati, afisarea si tiparirea rezultatelor

Dupa achizitia curentilor se realizeaza prelucrarea acestora cu ajutorul unui software special.

Pentru a realiza masuratorile trebuiesc urmati urmatorii pasi : • se deschide computerul, dupa aceea aparatul Keithley si apoi aplicatia Keithley

(Main Panel) din computer; • esantionul se va tine in conditii optime cat timp nu se realizeaza masuratori; • se seteaza aparatul aparatul Keithley (setarea aparatului se realizeaza atunci cand

el este legat la celula; pentru schimbarea celulei, se opreste aparatul si apoi se reseteaza); • se seteaza (alegem) gama curentilor (in cazul nostru gama cea mai mica 20pA) • se alege filtrul (filtrul reprezinta timpul dintre doua achizitii de date consecutive -

cel mai mic filtru realizeaza cele mai multe achizitii de date din cadrul unei masuratori); • configurarea tensiunii; • stabilirea temperaturii si a umiditatii; • setarea soft-ului aparatului Keithley; • realizarea masuratorii; • culegerea datelor. Dupa terminarea masuratorilor datele obtinute sunt salvate intr-un tabel excel sau

origin, dupa care vor fi introduse intr-un program care le va defalca pe patru coloane distincte. Se alege coloana in care este salvat timpul si coloana in care este salvata valoarea curentului si se reprezenta grafic variatia curentului in timp sau variatia rezistivitatii in timp.

1.4.2.2. Rezultate In continuare sunt prezentate rezultatele obtinute pe esantione din sorturile NYNAS

si MOL. Incercarile s-au efectuat pe 3 sau 5 probe, iar pentru fiecare proba s-au efectuat 5 masuratori (notate cu M1,2,3,4,5) in intervalle de timp τ = 10....120 min.

1.4.2.2.1. Ulei +Y+AS

In figurile 1.7 – 1.12 sunt prezentate variatiile curentilor de absorbtie Ia si de resorbtie

Ir pentru diferite probe de ulei NYNAS.

21

200 400 600

-200

-100

0

100

200

I a,r

[pA

]

Timp [s]

Fig. 1.7. Variatia curentilor de absorbtie/resorbtie Ia,r in timp pentru ulei NYNAS (U = 300 V, τ = 10 min ).

3600 72000

50

100

150

200

250

I a,r [

pA]

t [s]

Fig. 1.8. Variatia curentilor de absorbtie/resorbtie Ia,r cu timpul t pentru ulei NYNAS (M1, U = 300 V, τ = 120 min ).

22

3600 72000

50

100

150

200

I a,r [

pA]

t [s]


3600 72000

30

60

90

120

150

I a,r [

pA]

t [s]


23

3600 72000

20

40

60

80

100

120

140

I a,r [

pA]

t [s]


3600 72000

20

40

60

80

100

I a,r [

pA]

t [s]


24

In figurile 1.13 – 1.17 sunt prezentate variatiile in timp ale rezistivitatii electrice a unor probe de ulei NYNAS, obtinute din prelucrarea valorilor curentilor de absorbtie.

0 600 1200 1800 2400 3000 36000

2

4

6

8

10

12

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]

Fig. 1.13. Variatia rezistivitatii de volum ρv cu timpul t pentru ulei NYNAS (M1, U = 300 V, τ = 120 min ).

0 600 1200 1800 2400 3000 36000

3

6

9

12

15

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


25

0 600 1200 1800 2400 3000 36000

3

6

9

12

15

18

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


0 600 1200 1800 2400 3000 36000

4

8

12

16

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s] Fig. 1.16. Variatia rezistivitatii de volum ρv cu timpul t

pentru ulei NYNAS (M4, U = 300 V, τ = 120 min ).

26

0 600 1200 1800 2400 3000 36000

10

20

30

40

50

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


In figurile 1.18 – 1.27 sunt prezentate curbele de variatie a curentiolr de absorbtie si de resorbtie in coordonate logaritmice.

100

101

102

103

10-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s] Fig. 1.18. Variatia curentului de absorbtie Iabs cu timpul t pentru ulei NYNAS (M1, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica ).

27

100

101

102

103

10-12

10-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s]

Fig. 1.19. Variatia curentului de absorbtie Iabs cu timpul t pentru ulei NYNAS (M2, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica ).

100 101 102 10310-12

10-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s] Fig. 1.20. Variatia curentului de absorbtie Iabs cu timpul t pentru ulei NYNAS (M3, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica ).

28

100

101

102

103

10-12

10-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s]


100 101 102 10310

-12

10-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s]


29

100 101 102 10310

-16

10-15

1x10-14

1x10-13

1x10-12

I rbs [

A]

t [s]

Fig. 1.23. Variatia curentului de resorbtie Ires cu timpul t pentru ulei NYNAS (M1, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica ).

100 101 102 10310-16

10-15

1x10-14

1x10-13

1x10-12

1x10-11

I rbs [

A]

t [s]


30

100 101 102 10310-15

1x10-14

1x10-13

1x10-12

I rbs [

A]

t [s]


100 101 102 10310-15

1x10-14

1x10-13

1x10-12

1x10-11

t [s]

I rbs [

A]


31

100

101

102

103

10-16

10-15

1x10-14

1x10-13

1x10-12

1x10-11

I rbs [

A]

t [s] Fig. 1.27. Variatia curentului de resorbtie Ires cu timpul t pentru ulei NYNAS (M5, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica ).

In figurile 1.28 – 1.36 sunt prezentate variatiile componentelor permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi cu frecventa tensiunii de incercare.

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

1

2

3

4

5

ε r'

f [Hz] Fig. 1.28. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r

cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1).

32

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

1

2

3

4

5

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.29. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M2).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

1

2

3

4

5

ε r'



33

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

20

40

60

80

100

120

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.31. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

20

40

60

80

100

120

ε r"

f [Hz] Fig. 1.32. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r


34

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

20

40

60

80

100

120

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.33. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M3).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

5

10

15

20

25

30

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.34. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1).

35

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

5

10

15

20

25

30

tgδ

f [Hz]


10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

5

10

15

20

25

30

tgδ

f [Hz]


36

In figurile 1.37 – 1.48 sunt prezentate variatiile componentelo permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi cu frecventa , lascara logaritmica.

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

0

101

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.37. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1, scara logaritmica).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

100

101

ε r'

f [Hz]


37

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104100

101

ε r'

f [Hz]


10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.40. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1, scara logaritmica)..

38

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

ε r"


cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M2, scara logaritmica).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.42. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M3, scara logaritmica).

39

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.43. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1, scara logaritmica).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

tgδ

f [Hz]


40

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

tgδ

f [Hz]


10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

100

101

31

2

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.46. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1,2,3, scara logaritmica).

41

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

123

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.47. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1,2,3, scara logaritmica).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

123

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.48. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f pentru ulei NYNAS (M1,2,3, scara logaritmica).

42

In figurile 1.49 – 1.54 sunt prezentate variatiile componentelor permitivitatii relative complexe cu frecventa pentru diferite valori ale temperaturii, pentru valori crescatoare si descrescatoare ale acesteia.

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

10

20

30

40

50

60

30

50

70

90

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.49. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei NYNAS.

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

10

20

30

40

50

60

30

50

70

90

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.50. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei NYNAS

43

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

1400

2800

4200

5600

7000

30

50

70

90

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.51. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei NYNAS

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

1400

2800

4200

5600

7000

30

50

70

90

ε r"

f [Hz] Fig. 1.52. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu

frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei NYNAS

44

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

50

100

150

200

250

30

50

70

90

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.53. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei NYNAS.

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

50

100

150

200

250

30

50

70

90

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.54. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei NYNAS.

45

In figurile 1.55 – 1.66 sunt prezentate variatiile componentelor permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi cu temperatura (atat pentru valori crescatoare, cat si descrescatoare ale temperaturii) pentru frecventele de 10 kHz si 1 mHz, pentru probe de ulei NYNAS, la scara normala si logaritmica.

30 40 50 60 70 80 90

2.20

2.24

2.28

2.32

2.36

T - descreste

T - cresteε r'

T [oC]

Fig. 1.55. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu temperatura T

pentru ulei NYNAS (f = 10 kHz).

30 40 50 60 70 80 900

9

18

27

36

45

T - descreste

T - creste

ε r'

T [oC]

Fig. 1.56. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r

cu temperatura T pentru ulei NYNAS (f = 1 mHz).

46

30 40 50 60 70 80 900.0000

0.0004

0.0008

0.0012

0.0016

0.0020

T - descreste

T - creste

ε r"

T [oC]

Fig. 1.57. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu temperatura T pentru ulei NYNAS (f = 10 kHz).

30 40 50 60 70 80 900

1000

2000

3000

4000

5000

6000

T - descreste

T - creste

ε r"

T [oC]

Fig. 1.58. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu temperatura T pentru ulei NYNAS (f = 1 mHz).

47

30 40 50 60 70 80 900.0000

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

T - descreste

T - creste

tgδ

T [oC]

Fig. 1.59. Variatia factorului de pierderi tgδ cu temperatura T

pentru ulei NYNAS (f = 10 kHz).

30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

T - descreste

T - creste

tgδ

T [oC]

Fig. 1.60. Variatia factorului de pierderi tgδ cu temperatura T pentru ulei NYNAS (f = 1 mHz).

48

30 40 50 60 70 80 90100

101

T - descreste

T - creste

ε r'

T [oC]


pentru ulei NYNAS (f = 10 kHz, scara logaritmica).

30 40 50 60 70 80 90100

101

102

T - descreste

T - creste

ε r'

T [oC]


pentru ulei NYNAS (f = 1 mHz, scara logaritmica).

49

30 40 50 60 70 80 9010

-4

10-3

10-2

T - descreste

T - creste

ε r"

T [oC]

Fig. 1.63. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu temperatura T pentru ulei NYNAS (f = 10 kHz, scara logaritmica).

30 40 50 60 70 80 9010

0

101

102

103

104

T - descreste

T - creste

ε r"

T [oC]

Fig. 1.63. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu temperatura T pentru ulei NYNAS (f = 1 mHz, scara logaritmica).

50

30 40 50 60 70 80 9010

-4

10-3

T - descreste

T - creste

tgδ

T [oC]


pentru ulei NYNAS (f = 10 kHz, scara logaritmica).

30 40 50 60 70 80 9010

0

101

102

103

T - descreste

T - creste

tgδ

T [oC] Fig. 1.66. Variatia factorului de pierderi tgδ cu temperatura T

pentru ulei NYNAS (f = 1 mHz, scara logaritmica).

In figurile 1.67 – 1.72 sunt prezentate variatiile componentelor permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi cu frecventa (la scara logaritmica) pentru diferite valori (crescatoare si descrescatoare) ale temperaturii.

51

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

100

101

102

30 50 70 90

30

50

70

90

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.67. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei NYNAS (scara logaritmica).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

0

101

102

90705030

30

50

70

90

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.68. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei NYNAS (scara logaritmica).

52

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

30507090ε r"

f [Hz]

Fig. 1.69. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei NYNAS (scara logaritmica).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

30507090

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.70. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei NYNAS (scara logaritmica).

53

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

30507090tgδ

f [Hz] Fig. 1.71. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand

temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei NYNAS (scara logaritmica).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

30507090

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.72. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei NYNAS (scara logaritmica).

54

1.4.2.2.2. Ulei MOL

In figurile 1.73 – 1.81 sunt prezentate variatiile in timp ale curentilor de absorbtie si resorbtie Ia,r pentru esantioane de ulei MOL.

200 400 600

-400

-200

0

200

400

600

I a,r [

pA]

Timp [s]

Fig. 1.73. Variatia curentilor de absorbtie/resorbtie Ia,r in timp

pentru ulei MOL (U = 250 V, τ = 10 min ).

3600 7200

0

110

220

330

440

550

I a,r [

pA]

t [s] Fig. 1.74. Variatia curentilor de absorbtie/resorbtie Ia,r cu timpul t

pentru ulei MOL (M1, U = 300 V, τ = 120 min ).

55

3600 72000

110

220

330

440

550

I a,r [

pA]

t [s]

Fig. 1.75. Variatia curentilor de absorbtie/resorbtie Ia,r cu timpul t pentru ulei MOL (M2, U = 300 V, τ = 120 min ).

3600 72000

100

200

300

400

500

I a,r [

pA]

t [s]


56

3600 72000

100

200

300

400

500

I a,r [

pA]

t [s]


3600 72000

110

220

330

440

550

I a,r [

pA]

t [s]


57

3600 7200

0

100

200

300

400

500

I a,r [

pA]

t [s]

Fig. 1.79. Variatia curentilor de absorbtie/resorbtie Ia,r cu timpul t pentru ulei MOL mentinut dupa 50 h in celula de masura

(M6, U = 300 V, τ = 120 min ).

3600 72000

100

200

300

400

500

I a,r [

pA]

t [s]


(M7, U = 300 V, τ = 120 min ).

58

3600 72000

100

200

300

400

500

I a,r [

pA]

t [s]


(M7, U = 300 V, τ = 120 min ).

In figurile 1.82 – 1.89 sunt prezentate variatiile in timp ale rezistivitatii de volum ρv a esantioanelor MOL (determinate din curentii deabsorbtie).

0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]

Fig. 1.82. Variatia rezistivitatii de volum ρv cu timpul t pentru ulei MOL (M1, U = 300 V, τ = 120 min ).

59

0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


60

0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


61

0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]

Fig. 1.87. Variatia rezistivitatii de volum ρv cu timpul t pentru ulei MOL mentinut dupa 50 h in celula de masura

(M6, U = 300 V, τ = 120 min ).

0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


(M7, U = 300 V, τ = 120 min ).

62

0 600 1200 1800 2400 3000 36000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s]


(M8, U = 300 V, τ = 120 min ). In figurile 1.90 – 1.105 sun prezentate variatiile curentilor de absorbtie si de resorbtie in esantioane MOL, la scara logaritmica.

100 101 102 10310-11

1x10-10

1x10-9

I pol [

A]

t [s]

Fig. 1.90. Variatia curentului de absorbtie Ipol cu timpul t pentru ulei MOL (M1, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica).

63

100 101 102 10310

-11

1x10-10

1x10-9

I pol [

A]

t [s]


100 101 102 10310-11

1x10-10

1x10-9

I pol [

A]

t [s]


64

100

101

102

103

10-11

1x10-10

1x10-9

I pol [

A]

t [s]


100

101

102

103

10-11

1x10-10

1x10-9

I depo

l [A

]

t [s]


65

100

101

102

103

10-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s]


100 101 102 10310-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s]


66

100

101

102

103

10-11

1x10-10

1x10-9

I abs [

A]

t [s]


100

101

102

103

10-13

10-12

10-11

1x10-10

I depo

l [A

]

t [s]

Fig. 1.98. Variatia curentului de resorbtie Idepol cu timpul t pentru ulei MOL (M1, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica).

67

100

101

102

103

10-13

10-12

10-11

1x10-10

I depo

l [A

]

t [s]


100

101

102

103

10-13

10-12

10-11

1x10-10

I depo

l [A

]

t [s]


68

100

101

102

103

10-13

10-12

10-11

1x10-10

I depo

l [A

]

t [s]


100 101 102 10310-13

10-12

10-11

1x10-10

I depo

l [A

]

t [s] Fig. 1.102. Variatia curentului de resorbtie Idepol cu timpul t

pentru ulei MOL (M5, U = 300 V, τ = 120 min, scara logaritmica).

69

100 101 102 10310

-14

10-13

10-12

10-11

1x10-10

I rbs [

A]

t [s]


100 101 102 103

10-13

10-12

10-11

1x10-10

I rbs [

A]

t [s]


70

100 101 102 10310-14

10-13

10-12

10-11

1x10-10

I rbs [

A]

t [s]


In figurile 1.106 – 1.114 sunt prezentate variatiile componentelor permitivitatii complexe si ale factorului de pierderi cu frecventa tensiunii de incercare pentru esantioane MOL.

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

1

2

3

4

5

ε r'


cu frecventa f pentru ulei MOL (M1).

71

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

1

2

3

4

5

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.107. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M2).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

1

2

3

4

5

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.108. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M3).

72

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

50

100

150

200

250

ε r"


cu frecventa f pentru ulei MOL (M1).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

50

100

150

200

250

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.110. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M2).

73

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

50

100

150

200

250

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.111. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M3).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

10

20

30

40

50

60

tgδ

f [Hz] Fig. 1.112 Variatia factorului de pierderi tgδ cu

frecventa f pentru ulei MOL (M1).

74

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

10

20

30

40

50

60

tgδ

f [Hz] Fig. 1.113. Variatia factorului de pierderi tgδ cu

frecventa f pentru ulei MOL (M2).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

10

20

30

40

50

60

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.114. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f pentru ulei MOL (M3).

75

In figurile 1.115 – 1.126 sunt prezentate variatiile cu frecventa ale componentelor permitivitatii relative complexe pentru esantioane MOL, la scara logaritmica.

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

1

10

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.115. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M1, scara logaritmica).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

0

101

ε r'

f [Hz]


76

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

0

101

ε r'

f [Hz]


10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104100

101

3 2 1ε r'


cu frecventa f pentru ulei MOL (M1,2,3, scara logaritmica).

77

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410-4

10-2

100

102

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.119. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M1, scara logaritmica).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

-4

10-2

100

102

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.120. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M2, scara logaritmica).

78

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

ε r"


cu frecventa f pentru ulei MOL (M3, scara logaritmica).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

3 2 1

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.122. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f pentru ulei MOL (M1,2,3, scara logaritmica).

79

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-2

100

102

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.123. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f pentru ulei MOL (M1, scara logaritmica).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-2

100

102

tgδ

f [Hz]


80

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

tgδ

f [Hz]


10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 10410

-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

3 2 1

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.126. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f pentru ulei MOL (M1,2,3, scara logaritmica).

81

In figurile 1.127 – 1.132 sunt prezentate variatiile componentelor permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi cu temperatura pentru esantioane MOL, pentru valori crescatoare si descrescatoare ale temperaturii.

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

4

8

12

16

20

24

28

32

70503090

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.127. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei MOL.

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

4

8

12

16

20

24

28

32

70

30

50

90

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.128. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei MOL.

82

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

2000

4000

6000

8000

90

7050

30

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.129. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei MOL.

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

2000

4000

6000

8000

50

30

70

90

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.130. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei MOL.

83

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

0

200

400

600

800

1000

1200

90705030

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.131. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru uleiMOL.

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

0

100

200

300

400

500

600

700

90705030

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.132. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei MOL.

84

In figurile 1.133 – 1.138 sunt prezentate variatiile cu temperatura ale componentelor permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi pentru esantioane MOL, la frecventa de 10 kHz si 1 mHz.

30 40 50 60 70 80 902.2

2.3

2.4

2.5

T - descreste

T - creste

ε r'

T [oC] Fig. 1.133. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r

cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 10 kHz).

30 40 50 60 70 80 900

5

10

15

20

25

T - creste

T - descreste

ε r'

T [oC]


pentru ulei MOL (f = 1 mHz).

85

30 40 50 60 70 80 900.0000

0.0003

0.0006

0.0009

0.0012

0.0015

0.0018

T - descreste

T - creste

ε r"

T [oC]

Fig. 1.135. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r

cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 10 kHz).

30 40 50 60 70 80 900

1400

2800

4200

5600

7000

T - creste

T - descresteε r"

T [oC]

Fig. 1.136. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 1 mHz).

86

30 40 50 60 70 80 900.0000

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

T - descreste

T - creste

tgδ

T [oC]

Fig. 1.137. Variatia factorului de pierderi tgδ cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 10 kHz).

30 40 50 60 70 80 900

200

400

600

800

T - descreste

T - crestetgδ

T [oC]


pentru ulei MOL (f = 1 mHz).

87

In figurile 1.139 – 1.144 sunt prezentate variatiile cu temperatura ale componentelor permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi pentru esantioane MOL, la frecventa de 10 kHz si 1 mHz, la scara logaritmica.

30 40 50 60 70 80 901

10

T - descreste

T - creste

ε r'

T [oC]


pentru ulei MOL (f = 10 kHz, scara logaritmica).

30 40 50 60 70 80 9010

0

101

102

ε r'

T [oC]

T - creste

T - descreste


pentru ulei MOL (f = 1 mHz, scara logaritmica).

88

30 40 50 60 70 80 9010

-4

10-3

10-2

T - descreste

T - cresteε r"

T [oC]

Fig. 1.141. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r

cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 10 kHz, coordonate logaritmice).

30 40 50 60 70 80 9010

1

102

103

104

T - creste

T - descreste

ε r"

T [oC] Fig. 1.142. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r

cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 1 mHz, coordonate logaritmice).

89

30 40 50 60 70 80 9010

-4

10-3

T - descreste

T - creste

tgδ

T [oC]

Fig. 1.143. Variatia factorului de pierderi tgδ cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 10 kHz, scara logaritmica).

30 40 50 60 70 80 90101

102

103

T - descreste

T - creste

tgδ

T [oC]

Fig. 1.144. Variatia factorului de pierderi tgδ cu temperatura T pentru ulei MOL (f = 1 mHz, scara logaritmica).

90

In figurile 1.145 – 1.150 sunt prezentate variatiile cu frecventa ale componentelor permitivitatii relative complexe si ale factorului de pierderi pentru esantioane MOL, la diferite temperaturi, crescatoare si descrescatoare, la scara logaritmica.

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

1

10

100

70

50

30

90

ε r'

f [Hz] Fig. 1.145. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu

frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei MOL (scara logaritmica).

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104100

101

102

70

30

50

90

ε r'

f [Hz]

Fig. 1.146. Variatia componentei reale a permitivitatii relative 'ε r cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei MOL

(scara logaritmica).

91

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

90

70

50

30ε r"

f [Hz] Fig. 1.147. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu

frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru ulei MOL (scara logaritmica).

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

5030

7090

ε r"

f [Hz]

Fig. 1.148. Variatia componentei imaginare a permitivitatii relative "ε r cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru ulei MOL


92

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

10-4

10-2

100

102

104

90705030

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.149. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand temperatura creste de la 30 la 90 0C, pentru uleiMOL


10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

1E-4

1E-3

0.01

0.1

1

10

100

1000

90705030

tgδ

f [Hz]

Fig. 1.150. Variatia factorului de pierderi tgδ cu frecventa f cand temperatura scade de la 90 la 30 0C, pentru uleiMOL


93

1.4.2.3. Analiza rezultatelor Asa cum s-a aratat in [1], la aplicarea unei tensiuni treapta U0 armaturilor de arie A ale

unui condensator real (cu dielectricul de grosime g, conductivitate σ nenula si permitivitate ε), acesta absoarbe un curent variabil in timp, a carui intensitate i1(t) prezinta patru componente (fig. 1.151): )()()()()(1 tititititi csspi +++= , (1)

unde ii(t) reprezinta intensitatea curentului de incarcare a condensatorului avand ca dielectric vidul, ip(t) – intensitatea curentului de polarizare, iss(t) – intensitatea curentului aferent sarcinii spatiale si ic(t) – intensitatea curentului de conductie [2].

Fig. 1.151. Variatia in timp a curentului prin dielectricul unui condensator real

la aplicarea unei tensiuni treapta (i1(t)) si la anularea acesteia (i2(t)).

Componenta ii(t) = ε0A∂E/∂t corespunde incarcarii condensatorului in absenta

dielectricului (respectiv pentru ε = ε0) si se anuleaza foarte repede. Drept urmare, portiunea crescatoare a curbei i1(t) (fig.1.151) nu se inregistreaza in masuratorile uzuale. Componenta ip(t) corespunde fenomenului de polarizare a dielectricului, respectiv unor deplasari spatiale foarte reduse a unui numar foarte mare de sarcini legate (particule sau grupuri de particule constituente ale moleculelor dielectricului) si care isi recapata pozitiile initiale la anularea tensiunii.

94

Componenta iss(t) corespunde sarcinii spatiale aflate in volumul dielectricului, generate in timpul proceselor tehnologice de fabricatie a acestuia (prin fracturarea moleculelor etc.), al proceselor de degradare in exploatare (termica, electrica, mecanica, radiativa etc.), prin injectia de purtatori datorata muchiilor nerotunjite si protuberantelor electrozilor etc. Purtatorii de sarcina sunt fixati in capcane mai mult sau mai putin adanci si, la stabilirea campului electric, se deplaseaza in interiorul dielectricului (o parte dintre ei putand ajunge la armaturile condensatorului). Cum acestia fie se refixeaza in alte capcane (situate, indeosebi, la interfetele dintre zonele omogene ale dielectricului), fie ajung la electrozi (concentratia acestora scazand in timp), curentul iss(t) se anuleaza dupa un anumit interval de timp. Curentul de conductie ic(t) = Ic = A σ U0/g (fig. 1.151) se datoreaza convectiei electronilor, golurilor, ionilor si molionilor. Concentratiile fiecarei specii de purtatori de sarcina depinde, printre altele, de natura chimica si de structura fizica a dielectricului condensatorului, existand o conductie preponderenta electronica sau ionica [8]. Aceasta componenta a curentului nu se modifica in timp (de la aplicarea si pana la anularea tensiunii) si permite determinarea experimentala a conductivitatii (rezistivitatii) electrice a dielectricului [7].

Printre sursele de purtatori de sarcina se remarca injectiile de la electrozi, tunelarile banda-banda, ionizarea impuritatilor, salturile activate termic etc. Concentratia acestor purtatori este influentata de intensitatea campului electric, de temperatura, radiatii, umiditate etc. si este, prin urmare, strans corelata cu imbatranirea dielectricilor (sistemelor de izolatie).

Prin insumarea componentelor corespunzatoare polarizatiei si sarcinii spatiale se obtine componenta de absorbtie descrescatoare caracteristica dielectricului iaps(t):

)()()( tititi sspaps += , (2)

a carei valoare depinde direct de starea de imbatranire a sistemului de izolatie, in procesul de degradare rezultand atat radicali polari, cat si purtatori de sarcina fixati in capcane. Se poate scrie, deci:

)()()()(1 titititi capsi ++= . (3)

Daca se decupleaza sursa de tensiune continua (U0 = 0) si se scurtcircuiteaza armaturile condensatorului, condensatorul se descarca, prin dielectricul sau trecand un curent tranzitoriu i2(t):

)()()()( '2 titititi ssdpd ++= , (4)

unde id(t) reprezinta intensitatea curentului de descarcare a condensatorului avand ca dielectric vidul, idp(t) - intensitatea curentului de depolarizare si )(' tiss - intensitatea curentului

corespunzator sarcinii spatiale. Suma dintre curentul de depolarizare idp(t) si cel corespunzator sarcinii spatiale )(' tiss

constituie componenta de resorbtie descrescatoare caracteristica dielectricului irps(t):

)()()( ' tititi ssdprps += . (5)

95

Daca tensiunea U0 are valori reduse (sub 1 kV), iar durata de aplicare a acesteia este de ordinul minutelor sau orelor, in cazul sistemelor de izolatie uzuale nu se produc transformari importante (degradari chimice notabile) care sa modifice concentratia de dipoli electrici sau marimea sarcinii spatiale. Drept urmare rezulta: ip(t) = idp(t), iss(t) = tiss (' ),

respectiv, ).()( titi rpsaps =

Intensitatea curentului de polarizare prezinta valori importante in sistemele de izolatie polare si, indeosebi, a celor pe baza de celuloza aflate in medii cu umiditate ridicata. In aceste cazuri iss(t) << ip(t) si se poate scrie ip(t) ≅ iaps(t). Cum si curentul de conductie este relativ redus (ic(t) << ip(t)), se considera, pentru t > t0 (fig. 1), i1(t) = ip(t) si se defineste indicele de polarizare kp (pentru o tensiune data U0) [3, 4]:

600

60p

I

Ik = , (6)

unde I60 reprezinta valoarea intensitatii curentului )(1 ti masurat la 60 secunde de la aplicarea

tensiunii continue U0, iar I600 - valoarea lui )(1 ti masurat la 600 secunde dupa aplicarea lui U0. Coeficientul de conductivitate kc se defineşte cu ajutorul următoarei relaţii [4]:

( ) ( )( ) ( )6060

3030

resabs

resabs

cii

iik

−

−= , (7)

unde iabs(30, 60) şi ires(30, 60) reprezintă valorile curenţilor de absorbţie, respectiv de resorbţie măsurate la 30 s respectiv la 60 s.

Din analiza valorilor si formelor curbelor de variatie ale curentilor rezulta: a) Formele curentilor de absorbtie si de resorbtie sunt similare celor obtinute de alti

cercetatori, atat pe uleiuri, cat si pe izolatii solide [3, 5, 9). b) Valorile maxime ale curentulor de absorbtie sunt cu mult mai mari decat acelea ale

curentilor de resorbtie. Aceasta se datoreaza, probabil, continutului ridicat de apa din esantioanele masurate si valorilor importante ale curentului de conductie (30-50 pA) si ale curentului de sarcina spatiala (care, in cea mai mare parte se anuleaza in perioada aplicarii tensiunii). Din acest motiv reprezentarea pe aceeasi diagrama a celor doi curenti pentru durate mari ale tensiunii de masurare nu este recomandabila.

c) Valorile curentilor de absorbtie (fig. 1.152) si de resorbtie (fig. 1.153) sunt mai mari in cazul esantioanelor din ulei MOL decat in cazul acelora din ulei NYNAS.

d) Deoarece componenta de incarcare a curentului de absorbtie ii(t) si componenta de descarcare a curentului de resorbtie id(t) se anuleaza foarte rapid (in interrvale de ordinul microsecundelor), iar inregistrarea curentilor cu electrometrul Keythley incep la 0,7 s de la aplicarea tensiunii de masurare, curbele curentilor de absorbtie si de resorbtie nu prezinta si portiunile crescatoare corespunzatoare acestor componente.

e) Scaderea in timp a curentilor de absorbtie se datoreaza reducerii si anularii in timp a componentelor de polarizare si de sarcina spatiala ale acestora.

96

f) Coeficientul de conductivitate kc are valori relativ mari in cazul uleiului MOL (Tabelul 1.4), ceea ce arata ca in acest sort de ulei componetele de polarizare si/sau de sarcina spatiala sunt relativ importante, respectiv ca, fie are un continut mare de apa, fie este degradat [10].

0 600 1200 1800 2400 3000 36000

110

220

330

440

550

nynas

molI abs [

pA]

t [s]

Fig. 1.152. Variatia in timp a curentilor de absorbtie pentru ulei MOL si NYNAS (U = 300 V).

0 600 1200 1800 2400 3000 36000

2

4

6

8

10

12

14

nynasmolnynas

mol

I rbs [

pA]

t [s]

Fig. 1.153. Variatia in timp a curentilor de resorbtie pentru ulei MOL si NYNAS (U = 300 V).

97

Tabelul 1.4. Valori ale coeficientului de conductivitate kc si ale indicelui de polarizare kp

kc kc,med kp kp,med

MOL 1.107 1.221 1.184 1.238 1.222 1.194 1.678 1.611 1.605 1.56 1.57 1.605 NYNAS 1.113 1.081 1.093 1.158 1.104 1.11 2.634 2.665 2.558 1.705 3.511 2.615

g) Valorile relativ reduse ale indicelui de polarizare (kp) confirma faptul ca esantioanele de

ulei analizate au un continut ridicat de apa (Tabelul 1.4). In cazul esantioanelor MOL valorile lui kp sunt foarte apropiate de valoarea 1,5, valoare care indica un continut mare de umiditate. Pe de alta parte, cum in procesul de degradare a uleiului, apa este un element important, rezulta ca indicele polarizare ar putea fi utilizat si in cazul uleiului la estimarea starii acestuia, in vederea regenerarii sale [3].

h) Prezentarea variatiilor curentilor in coordonate logaritmice permit o evidentiere mai clara a diferentelor intre cele doua tipuri de uleiuri.

i) Rezistivitatea de volum a tuturor esantioanelor incercate creste in timp, ca urma a reducerii curentilor de polarizare si de sarcina spatiala. Se constata insa ca aceasta crestere este relativ lenta (comparativ, de exemplu, cu uleiul ultrapur), datorita, in special, continutului ridicat de apa.

j) Valorile rezistivitatii esantioanelor NYNAX sunt superioare acelora obtinute pe esantioane MOL. Aceasta se datoreaza, printre altele, si continutului de apa mai ridicat al uleiului MOL (fig. 1.154).

k) Componentele permitivitatii relative complexe, cat si factorul de pierderi cresc cand frecventa tensiunii de masura scade. Aceasta se datoreaza, in cea mai mare parte, fenomenului de dispersie la frecvente joase si polarizarii interfaciale caracteristice emulsiilor de apa in ulei [11, 12].

0 600 1200 1800 2400 3000 36000

4

8

12

16

20

mol

nynas

10-1

2 *ρv [Ω

m]

t [s] Fig. 1.154. Variatia in timp a rezistivitatii pentru

ulei MOL si NYNAS (U = 300 V).

98

l) Atat componentele permitivitatii relative complexe, cat si factorul de pierderi iau valori

mai mari in cazul esantioanelor MOLL decat NYNAS. Acest lucru este evidentiat mai ales la frecvente joase (la 1 mHz componenta imaginara si factorul de pierderi iau valor de doua ori mai mari in cazul esantioanelor MOL decat in cazul esantioanelor NYNAS ) si se datoreaza si valorilor diferite ale concentratiei de apa [11 -14].

m) Cu cresterea temperaturii se produc variatii importante ale permitivitatii relative si ale pierderilor dielectrice. Trebuie insa subliniat ca, atat pentru esantioanele NYNAS, cat si pentru esantioanele MOL, variatiile sunt mai importante in cazul valorilor crescatoare ale temperaturii, fata de cele descrescatoare.

n) Din curbele de variatie ale curentilor de resorbtie se pot determina expresiile functiilor de raspuns dielectric ale esantioanelor de ulei NYNAS si MOL si, cu ajutorul acestora, se pot obtine variatiile cu frecventa ale componentelor permitivitatii relative complexe

'ε r si "ε r .

99

Capitolul 2. Proiectarea echipamentului de masurare si achizitie a

curentilor de absorbtie - resorbtie

2.1. Introducere

Prin definitie, un sistem de izolatie reprezinta materialul electroizolant sau ansamblul

de materiale electroizolante aflate in contact direct cu partile conductoare ale unui echipament

electric (masina electrica, transformator, interuptor, contactor, cablu de energie, isolator, etc.).

Constructia si structura sistemelor de izolatie sunt legate, atat de formele geometrice ale cailor

conductoare, cat si de natura si starea fizica a materialelor electroizolante. Materialele

electroizolante sunt substante cu conductivitatea electrica suficient de mica pentru a putea fi

utilizate la separarea a doua piese conductoare cu potentiale electrice diferite.

In constructia aparatelor electrice se utilizeaza marmura, ardezia, ebonite, bachelita,

hexaflorura de sulf, etc.

In cazul masinilor electrice de puteri mari, in realizarea sistemelor de izolatie, un

progress important l-a constituit aparitia hartiei de mica. Din hartie de mica si tesaturi de

sticla s-au realizat (cu rasini epoxi sau siliconice modificate) micabenzile, utilizate azi

(datorita rezistentei lor ridicate la actiunea descarcarilor partiale) in toate sistemele de izolatie

ale masinilor electrice de medie si inalta tensiune.

Hartiile, cartoanele si firele emailate impregnate cu uleiuri minerale raman inca

elementele de baza in fabricarea transformatoarelor de inalta si medie tensiune. Pentru

obtinerea hartiilor si cartoanelor se utilizeaza paste de lemn si de canepa, fibre celulozice

amestecate cu aramide, fibre de bumbac etc. Pentru fabricarea condensatoarelor si a cablurilor

de energie, in ultimii ani, hartia se inlocuieste cu filme de polipropilena (PP) sau cu

polietilena reticulate.

In evaluarea transformatoarelor electrice de putere, cat si a altor echipamente de inalta

tensiune, un rol deosebit de important il are diagnosticarea izolatiei. In ultimii ani,

masuratorile dielectrice axate pe evolutia curentilor de absorbtie - resorbtie sunt din ce in ce

mai utilizate pentru determinarea starilor sistemelor de izolatie ulei – hartie. Pentru o mai

100

buna determinare a starii izolatiei unui transformator de putere, in cele ce urmeaza, proiectm

un aparat pentru masurarea a curentilor de absorbtie-resorbtie. Cu rezultatele obtinute putem

determina starea izolatiei si gradul de imbatranire a izolatiei, reusind o evaluare completa a

starii acesteia.

2.2. Sistemul de izolatie ulei – hartie

2.2.1. Izolatia solida

Materialele pe baza de celuloza au doua functii :

a) cresterea stabilitatii dielectrice a izolatiei in raport cu un strat de ulei de grosime

egala ;

b) mentinerea unei anumite distante intre suprafetele cu potentiale electrice diferite .

Izolatia solida (hartie, prespan, transformerboard) folosita in transformatoare este pe baza de

celuloza.

Celuloza este o substanta macromoleculara naturala cu molecula liniara, un hidrat de

carbon polimer- (C6H10O5)n .Lanturile moleculare se grupeaza in micele (tuburi subtiri) care

se aranjeaza in acelasi mod, formand fibrile si apoi fibre celulozice. Aceasta structura explica

porozitatea (40÷50%) si absorbtia de apa foarte mare a produselor pe baza de celuloza.

Hartia celulozica este un amestec de trei componente: polimer de celuloza cu o

ridicata greutate moleculara; semi-celuloza, co-polimeri de mica greutate moleculara; lignina,

care este un polimer aromatic. Degradarea hartiei este dependenta de mediul ambiant si poate

antrena degradarea hidrolitica, oxidativa si termica .

Oxidarea este procesul principal in degradarea hartiei . Sub actiunea oxigenului,

macromoleculele celulozei depolimerizeaza, lungimea lor scade si proprietatile mecanice se

inrautatesc . De asemenea, oxigenul favorizeaza reactiile chimice ale celulozei cu apa, in

urma carora creste numarul de grupari polare si se reduc "proprietatile dielectrice".

Izolatia unui transformator incarcat in mod corespunzator, in exploatare, cand

temperatura lui este ridicata se mentine in bune conditii, fara masuri speciale . Dimpotriva,

izolatia unui transformator aflat in rezerva sau in stare de depozitare absoarbe umiditatea din

mediul ambiant . La temperaturi ale mediului ambiant in jur de 10 oC, continutul de umiditate

din izolatia de hartie devine periculos pentru calitatile izolante ale hartiei, cu toate ca uleiul

101

are un continut redus de apa . De aceea se impune controlul periodic al Riz a

transformatoarelor din rezerva si alternarea lor in functionare, astfel incat fiecare

transformator sa stea in rezerva un timp cat mai scurt .

Rigiditatea dielectrica (Es) si rezistivitatea se reduc ca urmare a intensificarii procesului

de conductie electrica . Intr-adevar, in cazul umezirii corpurilor,purtatorilor de sarcina uzuali

(ioni, electroni, etc.) li se adauga purtatori aditionali : ioni rezultati din disocierea

impuritatilor continute in apa sau a impuritatilor solubile din materialul propriuzis, ioni de

hidrogen si oxigen rezultati din disocierea apei, molecule ale dielectricului, grupe de molecule

de apa incarcate cu sarcina electrica (a caror miscare sub actiunea campului electric este, in

esenta, o electroforeza lenta a fazei solide ) etc.

Umiditatea contribuie, de asemenea, la inrautatirea caracteristicilor mecanice,

indeosebi a rezistentei la tractiune, a alungirii la rupere, etc . Si in acest caz,efectul umiditatii

este mai important pentru corpurile impure sau in cazul in care apa contine impuritati solubile

Umiditatea modifica tensiunea de aparitie a descarcarilor electrice prin eliberarea

hidrogenului si oxigenului (ca urmare a electrolizei apei), formandu-se bule de gaz care se

dezvolta continuu pana ajung suficient de mari pentru ca in ele sa se produca PD la tensiuni

mai reduse decat in cazul materialului uscat.

2.2.2. Izolatia lichida

Uleiul are functia de izolant si, de asemenea, functia de a transfera caldura catre

bateria de racire. In timpul exploatarii uleiul de transformator imbatraneste, pierzandu-si, in

raport de conditiile de lucru, calitatile dielectrice si unele proprietati fizico- chimice.

Un factor care reduce calitatile uleiului in decursul exploatarii il formeaza contactul

dintre ulei si aerul din atmosfera (care contine oxigen si umiditate). Dupa cum se stie,

rezultatul oxidarii uleiului electroizolant este formarea de acizi si de noroiuri (sludge).

Noroiul produs se vor depune pe cuva transformatorului incetinind procesul de racire. Noroiul

actioneaza ca o bariera intre ulei si sistemul de racier, precum si intre miez si infasurari si

sistemul de racire. Uneori, noroiul poate bloca circulatia uleiului prin radiatoare. Ca rezultat,

izolatia transformatorului si infasurarile devin prea calde si pot apare defectiuni.

102

Caracteristicile electrice ale uleiului sunt influentate de continutul de apa care se poate

gasi sub doua forme in ulei : forma de apa libera ( emulsie sau suspensie) si forma de solutie (

apa de compozitie) sau absorbita chimic, existand intre cele doua elemente legaturi

electrostatice . S-a constatat ca apa continuta sub forma de solutie nu are o influenta sensibila

asupra rigiditatii dielectrice, in schimb, apa libera continuta in ulei provoaca o scadere

simtitoare a proprietatilor dielectrice. Sub actiunea campului electric, moleculele uleiului

disociaza, rezultand apoi produse insolubile in ulei . Produsele care sunt insolubile in ulei

(gudroanele) nu modifica proprietatile esentiale ale acestuia ; ele se depun pe suprafetele

infasurarilor acestora si ale cuvelor, ingreunand procesul de racire a transformatoarelor.

Cantitatea de umiditate care poate fi dizolvata in ulei creste rapid odata cu cresterea

temperaturii uleiului. Uleiul absoarbe mai multa umiditate la temperatura ridicata. Oricum,

daca uleiul electroizolant este racit, creste continutul de apa libera ceea ce provoaca, asa cum

s-a amintit mai sus, o scadere simtitoare a proprietatilor dielectrice.

2.2.3. Metode de monitorizare si diagnosticare a izolatiei transformatoarele

electrice de putere

Starea izolatiei tranformatoarelor si continutul de umiditate din izolatia acestora pot

afecta proprietatile electrice, mecanice si chimice ale izolatiei. Asa incat, metodele electrice,

mecanice si chimice de diagnosticare pot fi folosite pentru analizarea conditiei izolatiei

transformatorelor.

Tehnici chimice de diagnosticare

Analiza cromatografica a gazelor dizolvate in ulei (DGA) – una dintre cele mai

utilizate metode pentru monitorizarea conditiei transformatoarelor, pentru ca este

nedistructiva si nu presupune retragerea din exploatare a echipamentului monitorizat.

Gradul de polimerizare (DP) – defineste conditia izolatiei solide, fiind masura medie a

lungimii lanturilor moleculare din celuloza. O valoarea de 150 reprezinta o izolatie degradata,

iar o valoare de 1200 reprezinta o izolatie foarte buna. Un mare dezavantaj il reprezinta

necesitatea folosirii esantioanelor de hartie din transformator.

Analiza cromatografica a patrunderii gelului (GPC) - ne confera detalii despre

distributia greutatii moleculare a polimerului. GPC este o tehnica cromatografica care

103

foloseste un foarte poros, neionic, gel granulat pentru separarea polimerilor polidispersati . Cu

GPC se separa moleculele polimerilor pe baza volumului lor hidrodinamic . Celuloza necesita

anumiti solventi . Datorita acestui lucru, pentru masuratorile GPC, materiale pe baza de

celuloza trebuie derivate, pentru a spori solubilitatea lor in acesti solventi . In acest scop a fost

preparata celuloza tricarbanilate derivata, prin metoda lui Evans. Si aceasta metoda necesita

prelevarea de probe de hartie din transformator. Distributia greutatii moleculare a celulozei

tricarbanilate a fost determinata folosind cromatograful Waters, echipat cu un detector de

absorbanta, cu lungime de unda variabila. Patru coloane cromatografice au fost utilizate, in

serie, in cromatograf, cu tetrahydrofuran (THT) ca eluent . Masuratorile au fost efectuate

utilizand absorbanta la 236 nm, iar profilul elutiei a fost achizitionat cu un calculator.

Profilele elutiei au fost transformate in distributii ale greutatii moleculare folosind etalonarea

bazata pe limita standardelor distributiei greutatii moleculare a polistirenei .

Analiza cromatografica a componentelor furanice din ulei (HPLC) – se utilizeaza

pentru a masura concentratia componentelor furanice (5-hidroximetil 2-furfural, alcool 2-

furfurilic, 2-furfural şi 5-metil 2-furfural) din ulei. P.J Burton, et. al. [2], a gasit, experimental,

ca atunci cand concentratia de furfural este aproximativ 1.5 mg/l pot apare defecte. O

concentratie peste 1 mg/l, de exemplu, indica defect in izolatia solida si supraincalzirea

uleiului. HPLC este o metoda esentiala care trebuie inclusa in orice laborator de analize

chimice ce deserveste sectorul energetic.

2.2.3.1. Metode mecanice

Masurarea rezistentei de rupere la tractiune a hartiei – este o unealta pentru

determinarea rezistentei izolatiei de hartie folosite. Pe masura ce imbatraneste izolatia,

proprietatile mecanice se reduc, iar rezistenta la rupere este un parametru extrem de util in

determinarea starii izolatiei. Dar, si aici, este nevoie de un esantion din izolatia de hartie

2.2.3.2. Metode electrice

1. Determinarea tangentei unghiului de pierderi dielectrice ;

2. Determinarea rigiditatii dielectrice la frecventa industriala si la impuls ;

3. Detectarea si masurarea descarcarilor partiale (PD) – este o metoda extrem de utila pentru

identificarea defectelor eminente din transformatoarele de putere. Descarcarile electrice

104

partiale (PD) sunt descarcarile electrice locale si nedisruptive care apar in cavitatile (

vacuolele ) cu gaz din izolatiile solide, in zonele de contact ale izolatiilor cu partile

conductoare si in bulele de gaz din lichidele electroizolante. Aceste descarcari se

caracterizeaza prin :

a) durata foarte mica a impulsurilor de descarcare ( 10-8 s) ;

b) in cazul campurilor neuniforme, dar al celor uniforme, traseul PD nu este

identic cu acela al liniilor de camp electric care le produce ;

c) descarcarea nu se produce in intreg volumul cavitatii, ceea ce explica

denumirea de descarcari partiale ;

d) sarcina transportata este foarte redusa (de ordinul pC-lor) .

Cea mai generala clasificare a descarcarilor electrice, acceptata in prezent evidentiaza :

descarcari interne (incluzand si descarcarile in arborescentele interne ale dielectricilor),

descarcari superficiale si descarcari corona Actiunea descarcarilor poate fi caracterizata prin

urmatoarele efecte :

a) ridicarea temperaturii gazului (prin ciocnirile purtatorilor de sarcina cu

moleculele gazului) ;

b) erodarea peretilor cavitatilor ;

c) aparitia unor radiatii ultraviolete si radiatii X ( ca urmare a excitarii

atomilor si recombinarii purtatorilor);

d) initierea si/sau activarea unor reactii chimice de descompunere a

macromoleculelor izolatiilor, etc..

Degradarea unui izolant sub actiunea PD cuprinde trei faze . In faza initiala se constata

o eroziune lenta, apar smulgeri de particule din peretii vacuolelor si produse de descompunere

a izolantului care determina o autostingere a descarcarilor . Faza a doua incepe odata cu

propagarea descarcarilor in interiorul izolantului si formarea unor cai conductoare, in zona de

solicitare maxima . In sfarsit, in cazul in care campul electric la extremitatea unei cai

depaseste rigiditatea dielectrica a izolantului se produce o strapungere locala care, in anumite

conditii, poate conduce la o strapungere completa .

105

2.2.3.3. Metoda raspunsului dielectric

In cadrul masurarii raspunsului dielectric este masurat curentul de relaxare al izolatiei

dupa aplicarea unui puls de joasa frecventa sau in current continuu. Metodele din aceasta

familie sunt orientate spre determinarea continutului de umiditate din izolatie. Si nu numai

atat, mergand si spre determinarea starii izolatiei sau mai correct, spre determinarea stadiului

imbatranirii izolatiei. Masuratorile pot fi facute atat in domeniul timp cat si in domeniul

frecventa.

Masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie (CABS) – prin care se aplica o tensiunea

continua pe partea de inalta tensiune, masurandu-se curentul pe partea de joasa tensiune. In

continuare vom prezenta bazele acestei metode de diagnosticare a sistemelor de izolatie,

estimandu-se si gradul de imbatranire al acestora.

Spectroscopia in domeniul frecventa (FDS) – in cadrul careia este aplicat un semnal

sinusoidal pe partea de inalta tensiune si se masora un current pe partea de joasa tensiune,

cuva legandu-se la masa. Este folosita o frecventa de la 0.0001 Hz pana la 1 Hz (sau chiar mai

multa, pana la 1000Hz), iar tensiunea pana la 220 V.

Masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie este o metoda, in domeniul timp, pentru

investigarea procesului lent de polarizare, definit mai sus, in materialele dielectrice.

Presupunem ca obiectul supus incercarii este descarcat de sarcina si se aplica un puls de

tensiune definit astfel :

>

≤≤

<

=

c

c

t

tttU

t0

tU

t t0

)( oc

o

(2.1)

Pentru ctt ≤≤ot apare asa numitul curent de absorbtie care are patru componente.

Una reprezinta curentul de incarcare, a doua este datorata conductiei obiectului supus testarii,

a treia parte reprezinta curentul de sarcina spatiala, iar a patra parte apare datorita declansarii

diferitelor procese de polarizare. Curentul de absorbtie se poate exprima astfel :

ccabs ttUCtftti ≤≤

++= ∞ o 00

tpentru )()()( δεεσ

(2.2)

unde Co este capacitatea geometrica a obiectului supus testului, iar )(tδ este functia impuls ce

are originea la t = t0. Imediat dupa polarizare , se poate masura curentul de resorbtie

106

(descarcare), deconectand sursa si scurtcircuitand obiectul supus incercarii (fig.2.1). In acord

cu principiul suprapunerii, vom avea pentru )( 0 cTtt +≥ :

[ ])()(0 ccres TtftfUCi +−−= (2.3)

Acest curent este de polaritate opusa curentului de absorbtie. Al doilea termen din

ecuatia (2.3) poate fi neglijat daca Tc este mare. Asfel curentul de resorbtie devine direct

proportional cu functia de raspuns f(t).

Fig.2.1. Variatia in timp a curentilor de absorbtie-resorbtie

Considerand modelul Curie-von Schweidler pentru functia de raspuns (3.13) si luand

in consideratie ecuatiile (2.9) si (2.10) vom obtine curbe ale curentilor de absorbtie/resorbtie

ca in fig.2.1. Din ecuatia (3.17) se observa ca, pentru intervale mari de timp in care se aplica o

tensiune continua, curentul de resorbtie devine :

c

res

cresUC

itftfUCi

0

0 )( )( =⇒= (2.11)

In decursul masuratorilor, geometria izolatiei, proprietatile acesteia, precum si

produsii de imbatranire au un rol important . Continutul de umiditate si conductivitatea

izolatiei solide au un rol determinant asupra formei si amplitudinii curentilor dupa un interval

de timp mai mare. Pentru curentul de absorbtie, o valoare initiala cat mai mica implica o

calitate mai buna a izolatiei.

107

In practica, curentii de absorbtie si resorbtie sunt masurati prin tehnica schitata in

fig.2.2 .

Fig.2.2. Schema de principiu a instalatiei de masurare a curentilor de absorbtie si/sau resorbtie

Fig.2.3.Model pentru comportamentul unui dielectric

Conform teoriei dielectricilor liniari, modelul din fig.2.3. (Co si R reprezinta capacitatea

geometrica si R rezistenta dielectricului, iar C1, R1 componentele corespunzatoare procesului

1 de polarizare) poate fi descris, din punct de vedere electric, prin raspunsul f(t) in domeniul

timp, sau de susceptivitatea )(ωχ si conductivitatea σ in domeniul frecventa. Utilizand

modelul R-C al unui dielectric (fig.2.3), se poate obtine un model de studiu al comportarii

izolatiei dintre infasurari. Se folosesc valorile calculate ale parametrilor ce descriu elementele

UC

Electrometru

i abs

Obiect de

108

componente ale izolatiei transformatoarelor analizate. Tinand cont si de valorile obtinute in

laborator ale curentilor obtinuti pentru anumite stari de imbatranire bine definite, se poate

estima starea sistemului de izolatie si a gradului de imbatranire.

La transformatoarele din exploatare, imbatranirea conduce la cresterea conductivitatii.

Oricum, forma fara curbura a curbei curentului conduce la concluzia inrautatirii calitatii

izolatiei, pe langa continutul ridicat de umiditate din izolatia solida.

Diferenta dintre curentul de absorbtie si resorbtie o reprezinta curentul de conductie,

care in mod normal se raporteaza la contaminarea izolatiei. Daca valorile initiale ale

curentilor de absorbtie si resorbtie sunt foarte apropiate sau chiar egale, inseamna ca izolatia

este mai putin contaminata decat in cazul transformatoarelor la care curentii de absorbtie si

resorbtie nu sunt egali sau foarte apropiati.

Din curba curentului de resorbtie se determina functia de raspuns pentru fiecare sistem

de izolatie. S-a dezvoltat un pachet software pentru determinarea functiei de raspuns in

functie de curentul de resorbtie, apoi si pentru determinarea conductivitatii, pentru ca este

cunoscut si curentul de absorbtie. Stiind ca functia de raspuns este proprie fiecarui dielectric,

pe baza exprerimentelor de imbatranire accelerata realizate in laborator s-a realizat legatura

intre gradul de imbatranire si functia de raspuns.

Luand in considerare si anumite caracteristici geometrice ale izolatiei

transformatoarelor se determina conductivitatea izolatiei, gradul de imbatranire, rezistenta de

izolatie, indicele de polarizare, variatia capacitatii si a tangentei de delta in functie de

frecventa . Efectuand masuratori intre o secunda si mii de secunde, se poate determina

evoluatia componentei reale a capacitatii si a tangentei in functie de frecventa. Contaminantii

(apa, impuritatile etc.) din izolatie influenteaza tangenta de delta la frecvente joase si foarte

joase, mult mai puternic decat la frecvente industriale.

Marele avantaj al controlului asupra evolutiei starii echipamentelor este fructificat din

plin cu ajutorul acestei tehnici. Si nu in ultimul rand trebuie specificat marele avantaj al

acestei tehnici si anume faptul ca se pot efectua masuratori in conditii meteo nefavorabile

(umiditate ridicata, ploaie), fara sa fie influientate rezultatele obtinute.

109

2.3. Proiectare aparat - CABSIT

2.3.1.Principiul de funcţionare

Fig.2.4. Schema de principiu.

Aparatul CABSIT are ca scop măsurarea şi înregistrarea curenţilor de absorbţie şi de

resorbţie ai sistemelor de izolaţie.

Fazele procesului sunt următoarele:

1. Descărcarea tensiunilor reziduale pe sistemul de izolaţie, prin scurcircuitare, pentru

aducerea sistemului de izolaţie la o stare neutră, de referinţă.

2. Aplicarea tensiunii continue de polarizare, simultan cu măsurarea şi înregistrarea

curentului. Curentul înregistrat va avea o variaţie foarte mare (de ordine de mărime) şi foarte

rapidă în primul moment după aplicarea tensiunii, apoi va avea o valoare foarte mică şi o

variaţie foarte lentă. Curba înregistrată este relevantă pentru mai multe caracteristici ale

sistemului de izolaţie, care pot fi separate prin analiza ulterioară a înregistrării.

3. Comutarea sistemului de izolaţie, de la sursa de tensiune, la o rezistenţă de descărcare,

simultan cu înregistrarea curentului, care îşi schimbă, în acest moment, sensul. Curentul

înregistrat la această fază va avea de asemenea o primă scădere rapidă, de mai multe ordine de

mărime, apoi viteza de variaţie se va reduce. Şi această înregistrare participă alături de prima,

la determinarea prin analiză ulterioară a mai multor caracteristici ale sistemului de izolaţie.

Se observă din schema de principiu cum se realizează aceste funcţiuni:

110

- în faza 2, se anclanşează K0. Tensiunea sursei (1kV) este aplicată sistemului de izolaţie, iar

curentul trece prin nA-metru. Valoarea de vîrf a curentului, care apare în primul moment după

comutare, determinată în principal de capacitatea C0 a sistemului de izolaţie, este limitată de

rezistorul de limitare RL1 de 1M Ohm. Aceasta este necesar pentru a împiedica ieşirea din

domeniul de măsură a nA-metrului. Acest curent se înregistrează. Valoarea rezistenţei de

limitare fiind mult mai mică decît rezistenţa de izolaţie, influenţa rezistenţei de limitare asupra

măsurătorii poate fi luată în calcul cu succes, fără a avea efect asupra preciziei de determinare

a parametrilor sistemului de izolaţie.

- în faza 3, se eliberează K0. Sistemul de izolaţie devine izolat şi faţă de sursa de tensiune.

Avînd o capacitate proprie C0, el rămîne în continuare sub tensiune. Imediat după realizarea

comutării lui K0 şi deci întreruperea alimentării din sursa de tensiune, se comandă

anclanşarea lui K2. Acesta conectează rezistorul de descărcare RL0 la nA-metru. După

aceasta, se comandă în sfîrşit anclanşarea lui K1. Acesta stabileşte circuitul de descărcare,

prin nA-metrul conectat în sensul opus şi prin rezistorul RL0. Şi acest curent se înregistrează.

Se observă că succesiunea acţionării celor trei comutatoare împiedică stabilirea de alte

circuite în momentele comutărilor şi asigură înregistrarea integrală a curenţilor de descărcare.

Se mai observă că această schemă permite şi utilizarea sursei de tensiune, cu polaritate

inversă. Asfel, dacă după faza de la punctul 2, se eliberează K1 şi apoi se anclanşează K0,

rezultatul este aplicarea tensiunii de pe sursă, sistemului de izolaţie, în sens invers, precum şi,

simultan, conectarea nA-metrului în sensul opus. Această particularitate permite eventual

dezvoltarea ulterioară a unor alte proceduri de măsură, fără modificări de hardware.

Se mai observă şi că RL0 şi RL1 au aceeaşi valoare. În principiu, s-ar putea folosi

unul şi acelaşi rezistor la ambele faze. Totuşi s-a luat măsura utilizării de rezistoare separate,

pentru ca rezistorul RL1 să poată face parte integrantă din sursa de înaltă tensiune, deoarece el

îndeplineşte şi funcţia de a limita curentul sursei la o valoare nepericuloasă. El este de aceea

nedemontabil şi ne-comutabil. Terminalul adevărat al sursei nu este accesibil nici după

îndepărtarea capacului carcasei (care oricum nu este recomandată). După oprirea alimentării

sursei de ÎT, ea are asigurată descărcarea, prin rezistenţa RM şi prin rezistenţa kV-metrului,

care sunt permanent conectate la sursă.

111

Referitor la kV-metru, rolul acestuia este de a înregistra, corelat cu curentul de

încărcare, şi a tensiunii sursei, ceea ce permite o mai bună interpretare a înregistrărilor şi

identificarea unor situaţii în care ar apare rezistenţe parazite în circuitul de măsură.

2.3.2. Proiectare aparat

Fig.2.5.Schema bloc a aparatului

Din fig.2.5, schema bloc a aparatului, determinam mai multe blocuri, dupa cum

urmeaza :

1. Bloc surse de alimentare. Este compus din mai multe surse individuale, care dau

tensiunile necesare funcţionării diferitelor module. Unele dintre aceste surse asigură şi

izolarea galvanică.

Surse de alimentare:

Consum reţea 230Vc.a. max. 40VA Tensiuni interne:

+5V 1A stabilizată în tensiune, nul DAQ (acelaşi cu modulul de achiziţie); izolat faţă

de carcasă; alimentează modulele de izolare şi lămpile de semnalizare;

+12V 2A stabilizată în tensiune; nul DAQ; alimentează termorezistenţa de măsură a

parametrilor mediului, senzorul de umiditate, sursa de ÎT, ventilatorul intern; Obs.: Sonda

combinată de măsură a parametrilor mediului, are ecranul izolat şi conectat la nulul modulului

de achiziţie;

112

+/-12V 100mA; flotantă; cu capacitate redusă faţă de nulul reţelei de alimentare;

alimentează amplificatoarele de măsură pentru I şi U, care au nulul comun; Obs. acesta va fi

şi nulul conectabil la borna Lo (Rev.0.2);

+24V 25mA stabilizare de tensiune cu limitare de curent; alimentează alternativ

transmiţătorul extern (direct) sau termorezistenţa de măsură a temperaturii uleiului (printr-un

circuit de excitaţie cu limitare rezistivă de precizie a curentului la 1mA/100);

Tensiuni de test: sursă de ÎT cu trepte 500V/1000/1500/2000 V, limitare rezistivă la

0.5mA/1mA; putere totală pe partea de ÎT inclusiv rezistorul de limitare, 1W.

2. Nano-Ampermetru - amplificator de măsură logaritmic (anexa 1). Datorită variaţiilor

foarte mari ale valorilor curenţilor care trebuie măsuraţi, precum şi vitezei de variaţie a

valorilor, precum şi specificului operaţiilor de analiză a înregistrărilor, care solicită

înregistrări continue, comutarea de domeniu de măsură, chiar automată, nu este

recomandabilă.

Aceasta componenta (LOG 112) calculeaza logaritmul raportului curentului de intrare

si al unui curent de referinta.

3. Voltmetru. Acesta măsoară tensiunea sursei de test, inclusiv căderea de tensiune pe

rezistorul de limitare RL1, pe un domeniu liniar. Domeniu de tensiune Voltmetru:

1000V.

Fig.2.6. Schema sursei de inalta tensiune si a voltmetrului liniar (OP07CP)

113

Aceasta componenta are un offset scazut si o stabilitate pe termen lung prin

intermediul unui circuit amplificator cu intrare pe un tranzistor bipolar cu zgomot mic. Pentru

cele mai multe aplicatii, componentele externe nu sunt folosite pentru offset mic si

compenasare in frecventa. Adevarata intrare diferentiala cu o banda de tensiune si rejectie de

mod comun importanta, implica flexibilitate maxima, zgomot redus. Componenta OP07

(anexa 1) este pentru zgomote reduse, pentru amplificare de calitate a semnalelor de nivel

foarte mic. Aceste componente functioneaza la temperaturi cuprinse intre 0 oC si 70 0 oC.

Fig.2.7. Simbolul OP07CP

Fig.2.8. Schema voltmetrului liniar

114

6. Amplificatoare de izolare – de tipul 5B40. Aceste sunt destinate să asigure izolarea

galvanică a circuitului de măsură faţă de pămînt, pentru a tăia bucla de masă, şi să

asigure izolarea galvanică faţă de modulul de achiziţie (în care se găseşte convertorul

A/D) pentru a-l proteja faţă de tensiunile de comutare, închise la pămînt prin capacităţi

parazite ale circuitelor de semnal. De asemenea, implicit asigură şi izolarea faţă de

comunicaţia serială USB cu calculatorul, care ar putea fi vulnerabilă prin închiderea

unui circuit pentru tensiuni tranzitorii, prin capacităţi parazite (filtre EMI) ale

alimentării acestuia. Deşi efectul acestor capacităţi este prevăzut de producătorul

calculatorului pentru tensiuni tranzitorii uzuale, tensiunile şi capacităţile implicate în

măsurătoare pot depăşi aceste prevederi, şi de aceea izolarea galvanică este o asigurare

utilă şi pentru comunicaţia serială.

Modul 5B40/41

Caracteristici

Tensiuni de intrare analogice izolate.

Amplifica, protejează şi filtrează intrările analogice.

Lăţime de bandă de 10kHz care le face ideale pentru semnale rapid variabile în timp.

Generează un semnal de ieşire între -5V şi +5V.

Circuitele modulelor pot suporta 240Vrms la terminalele de intrare.

Toate modulele 5B40 şi 5B41 pot fi combinate aleator unele cu altele şi pot fi

schimbate sub tensiune.

Seria 5B reprezintă o generaţie inovatoare de condiţionere modulare de semnal de preţ

redus şi înaltă performanţă. Proiectate pentru aplicaţii industriale, aceste module încorporează

o izolaţie de înaltă fiabilitate bazată pe transformator şi tehnologie automatizată de montare pe

suprafaţă. Ele sunt componente compacte, economice ale căror performanţe le depăşesc pe

cele disponibile la dispozitive mai scumpe. Combinînd izolaţie permanentă de 1500Vrms,

calibrare de +/-0.05% precizie, dimensiune redusă şi preţ scăzut, seria 5B este o alternativă

atractivă pentru condiţionere de semnal scumpe şi proiectare locală.

Toate modulele sunt capsulate şi identice în dispunerea terminalelor şi dimensiuni

(2.27"x2.32"x0.595"). Ele pot fi combinate aleator unul cu altul, permiţînd utilizatorilor să-şi

115

rezolve problemele exacte, şi pot fi schimbate sub tensiune fără să perturbe cablajul din cîmp

sau sursa de alimentare. Modulele izolate de intrare oferă tensiuni de ieşire de 0..5V sau -

5V..+5V şi acceptă termocuple J, K, T, E, R, S, N sau B.

Aceste module prezintă funcţii complete de condiţionare de semnal incluzînd protecţie

de intrare de 240Vrms, filtrare, amplificare cu derivă scăzută, stabilizată prin chopper de +/-

1V/ºC, izolare de 1500Vrms, şi excitaţie pentru senzor atunci cînd este necesară.

Toate modulele prezintă o excelentă rejecţie a modului comun şi îndeplinesc

specificaţiile industriale de rezistenţă la suprasolicitări tranzitorii.

SCHEMA BLOC FUCŢIOALĂ

Schema bloc functionala este prezentata in figura 2.9.

Figura 2.9. B40 şi 5B41- schema bloc funcţională

Sunt disponibile de asemenea un număr de plăci şi de conectoare care asigură o soluţie

completă de condiţionare de semnal pentru utilizatori. Fiecare placă include terminale cu

şurub pentru cablarea la locul de utilizare a intrărilor şi ieşirilor şi senzori de joncţiune rece

pentru aplicaţii cu termocuple. Aceste condiţionere de semnal sunt proiectate pentru a asigura

o soluţie uşoară şi convenabilă pentru problemele de condiţionare de semnal atît ale

proiectanţilor cît şi utilizatorilor în aplicaţii de măsură şi control. Utilizări tipice includ

116

sisteme de măsură bazate pe microcontrollere, sisteme standard de achiziţie de date,

controllere programabile, înregistratoare analogice şi sisteme de control dedicate. Modulele

din seria 5B sunt ideal potrivite pentru aplicaţii unde sunt cerute monitorizarea şi controlul

temperaturii, presiunii, debitului, rotaţiei şi a altor semnale analogice. Modulele şi plăcile din

seria 5B sunt aprobate de Factory Mutual (FM) iar modulele 5B sunt aprobate de Canadian

Standards Association (CSA) pentru utilizare în amplasamente din Clasa 1, Divizia 2, Grupele

A, B, C şi D. Aceste aprobări certifică seria 5B ca potrivită pentru utilizare în locuri unde

există concentraţii periculoase de gaze inflamabile numai în situaţii de defecţiune.

Echipamentul din această categorie este denumit « ne-incendiar » şi nu necesită incinte

speciale sau alte asigurări fizice. Modulele şi plăcile din seria 5B au fost testate şi au trecut

cerinţele stringente de industrie grea ale directivei UE de compatibilitate electromagnetică

(ENC) EN50082-1 şi EN50081-2. Atunci cînd sunt folosite în conformitate cu instrucţiunile

de instalare (vezi Manualul de utilizare al seriei 5B), orice erori cauzate de interferenţa

EMI/RFI vor fi mai mici de 0.1% din întregul domeniu de măsură al lor pentru intensităţi de

cîmp de pînă la 10V/m şi frecvenţe de pînă la 1GHz.

DESCRIERE GEERALĂ

Modulele 5B40 şi 5B41 sunt module de condiţionare de semnal cu un singur canal de

bandă largă care amplifică, protejează, filtrează şi izolează tensiunile analogice de intrare.

Ambele tipuri de module oferă o bandă de intrare de 10kHz care le face ideale pentru

măsurarea semnalelor care variază rapid în timp. Exemplele includ presiunea într-o maşină de

injectat mase plastice, tensionarea pe un şasiu de automobil în timpul unui test de ciocnire şi

vibraţiile pe un lagăr al unei maşini cu scurt timp înainte de defectare. 5B40 şi 5B41

protejează partea dinspre calculator de defectări datorate supratensiunilor de defect în partea

surselor de semnal. Toate modelele suportă 240Vef. la terminalele de intrare fără defectare

astfel ecranînd circuitele din partea calculatorului faţă de situaţiile de supratensiune din partea

dinspre sursele de semnal. Suplimentar, modulele din seriile 5B40 şi 5B41 pot fi utilizate

combinate şi pot fi schimbate fără deconectarea alimentării, aşa încît pot fi introduse sau

scoase din orice conector din aceeaşi placă de bază fără a opri funcţionarea sistemului.

117

Un amplificator de intrare stabilizat prin chopper asigură deriva scăzută şi cîştigul

stabil. La intrarea amplificatorului, un offset de aducere la zero, stabil, calibrat cu LASER,

este scăzut din semnalul de intrare pentru a stabili valoarea de zero a scalei. Pentru simplitate

pentru utilizator, acest zero poate fi opţional setat din fabrică pentru a îndeplini cerinţele

utilizatorului. Aceasta permite eliminarea din semnal a unei valori continue de intrare de

multe ori mai mare decît domeniul care trebuie amplificat şi măsurat. Un filtru anti-aliasing cu

un singur pol este localizat la intrarea fiecărui modul. Un filtru cu trei poli, trece-jos, în etajul

de ieşire setează lăţimea de bandă şi produce o performanţă de zgomot optimă pentru

măsurători precise de semnale mici în zgomot electric ridicat. Izolarea de semnal prin cuplaj

cu transformator foloseşte o tehnică de concepţie proprie pentru o performanţă liniară, stabilă

şi fiabilă. Circuitul diferenţial de intrare de pe partea de intrare este complet flotant, eliminînd

orice necesitate pentru împămîntarea intrării. Un demodulator în partea dinspre calculator a

transformatorului de semnal recuperează semnalul original, care este apoi filtrat şi trecut

printr-un repetor pentru a asigura un semnal de ieşire de zgomot redus şi impedanţă joasă.

Nulul de referinţă al ieşirii trebuie ţinut în limita a 3V faţă de nulul alimentării. Un

întrerupător serie de ieşire elimină necesitatea unui multiplexor în multe aplicaţii.

Întrerupătorul este închis de o intrare de validare activă-jos. Dacă întrerupătorul trebuie să

rămînă închis tot timpul, intrarea de validare trebuie sa fie pusă la masă (la nulul alimentării),

aşa cum este pe plăcile de bază 5B01 şi 5B02.

Fig. 2.10.Modele 5B40 şi 5B41 disponibile

Tabel 2.1. Modele amplificatoare de izolare

118

Model Domeniul de intrare Domeniu de ieşire

5B40-01 -10mV..+10mV -5V..+5V

5B40-02 -50mV..+50mV -5V..+5V

5B40-03 -100mV..+100mV -5V..+5V

5B40-04 -10mV..+10mV 0V..+5V

5B40-05 -50mV..+50mV 0V..+5V

5B40-06 -100mV..+100mV 0V..+5V

5B40 la cerere * *

5B41-01 -1V..+1V -5V..+5V

5B41-02 -5V..+5V -5V..+5V

5B41-03 -10V..+10V -5V..+5V

5B41-04 -1V..+1V 0V..+5V

5B41-05 -5V..+5V 0V..+5V

5B41-06 -10V..+10V 0V..+5V

5B41-07 -20V..+20V -5..+5V

5B41 la cerere * *

*Sunt disponibile domenii de intrare / ieşire la cerere. Vezi ghidul de configurare.

Tabel 2.2. Specificaţii 5B40 şi 5B41

Descriere Model 5B40 Model5B41

Domenii de intrare

Domenii standard ±10 mV .. ±100 mV ±1 V .. ±20 V

Domenii speciale ±5 mV .. ±500 mV ±0.5 V .. ±20 V

Output Ranges (RL > 50 k)4 4 -5 V .. +5 V sau 0 V .. +5 V *

Precizie2

Iniţială la +25ºC +/-0.05% din domeniu +/-10mV

ref. la intrare +/-0.05% (Vz1)

+/-0.05% +/-0.05% (Vz1)

Neliniaritate +/-0.02% din domeniu *

Deriva offsetului la intrare cu +/-1mV/ºC +/-20mV/ºC

119

temperatura

Deriva offsetului la ieşire cu

temperatura

+/-40mV/ºC *

Deriva factorului de amplificare

cu temperatura

+/-25ppm din valoarea citită /ºC +/-50ppm din valoarea citită /ºC

Curent de polarizare la intrare +/-3nA +/-0.2nA

Rezistenţa de intrare

Cu alimentare 200MΩ 650kΩ

Fără alimentare 40kΩ 650kΩ

Suprasolicitare 40kΩ 650kΩ

Zgomot

Intrare, 0.1Hz ..10Hz bandă 0.4mVrms Vrms

Ieşire, 100kHz bandă 10mVv-v *

Lăţime de bandă, -3dB 10kHz *

Timp de creştere la ieşire, de la

10% la 90% din domeniu

35s *

Tensiune de mod comun (CMV)3

Intrare-la-ieşire, continuu 1500Vrms max. *

Ieşire-la-alimentare, continuu +/-3V max. *

Tranzienţi ANSI/IEEE C37.90.1-1989 *

Rejecţia modului comun (CMR)

Dezechilibru al sursei de 1k,

50/60Hz

100dB 90dB

Rejecţia modului normal -3dB la 10kHz *

Protecţia de intrare

Continuu 240Vrms, max. *

Tranzienţi ANSI/IEEE C37.90.1-1989 *

Rezistenţa de ieşire 50Ω *

Protecţia ieşirii de tensiune Scurtcircuit continuu la masă *

120

Timp de selecţie a ieşirii 6s la Csarcină=0...2nF *

Comanda de validare a ieşirii

Maxim 0 logic +1V *

Minim 1 logic +2.5V *

Maxim 1 logic +36V *

Curent de intrare stare 0 logic 0.4mA *

Tensiunea sursei de alimentare +5V +/-5% *

Curentul sursei de alimentare 30mA *

Sensibilitatea la perturbaţiile

sursei de alimentare, ref. la

intrare

+/-2mV/Vs% +/-0.4mV/Vs%

Dimensiuni mecanice 2.275"x2.375"x0.595"

(57.8mmx59.1mmx15.1mm)

*

Parametri de mediu

Domeniu de temperaturi

Performanţă nominală -25ºC..85ºC *

Funcţionare -40ºC..85ºC *

Depozitare -40ºC..85ºC *

Umiditate relativă 0..93% la 40ºC fără condensare *

Susceptibilitate la interferenţă

radio (RFI)

+/-0.5% din domeniu la

400MHz, 5W, 3ft

*

* Specificaţii identice cu modelul 5B40.

1Vz este tensiunea nominală de intrare care produce o ieşire de 0V. 2Include efectele combinate ale repetabilităţii, histerezisului şi neliniartăţii şi presupune

RL>50kΩ. Sarcini mai mici de 50kΩ vor degrada neliniaritatea şi coeficientul de temperatură

al amplificării. 3nulul de referinţă al ieşirii trebuie ţinut în limitele +/-3V faţă de nulul alimentării.

121

COFIGURAŢIA TERMIALELOR ŞI DESCRIEREA LOR FUCŢIOALĂ

Fig. 2.11.B40 şi 5B41 Conexiuni de intrare pentru instalare.

Tabelul 2.3. Descrierea funcţiilor terminalelor

Pin nr. Descriere

2 Lo

3 Hi

Fig. 2.12. Modulul de tip 5B, cu alocarea pinilor.

122

PRECAUŢII ESD

Dispozitiv sensibil la ESD (descărcări electrostatice). Sarcini electrostatice de pînă la 4000V

se acumulează uşor pe corpul uman şi pe echipamentul de test şi se pot descărca fără a fi

detectate. Deşi acest produs prezintă circuite de concepţie proprie de protecţie ESD,

deteriorarea permanentă poate să apară pe dispozitivele supuse la descărcări electostatice de

mare energie. De aceea, sunt recomandate precauţiuni ESD potrivite pentru a evita degradarea

performanţelor sau pierderea funcţionalităţii.

Fig. 2.13. Dimensiuni de ansamblu.

123

7. Redresor ÎT. Redresează şi filtrează tensiunea sursei. După oprirea alimentării aparatului, sursa de tensiune este deconectata.

8. Sursa ÎT. Generează tensiunea de test, folosind un circuit de comutaţie şi un transformator ridicător (Fig.2.6).

Trepte: 500V, 1000, 1500, 2000 V obţinute din circuitul de alimentare al sursei de ÎT. Diodele D1, D2 sunt de tipul GP02-30.

9. Modul DAQ USB. Efectuează digitizarea semnalelor analogice şi transmiterea lor prin comunicaţia serială USB la calculator în vederea înregistrării. De asemenea mai efectuează şi preluarea de la calculator a comenzilor şi generarea semnalelor digitale de comandă pentru placa de acţionări K.

1. Convertorul USB – RS485 NI-USB-6009 Descriere generală - Dispozitiv de dimensiuni reduse, portabil, multifuncţional, pentru achiziţie de date. - Rezoluţie de intrare de 14 biţi, la pînă la 48000 eşantioane/secundă. - Conectoare integrate, demontabile pentru acces rapid si costuri reduse de interconectare. - Două convertoare digital analogic dedicate, pentru acurateţe ridicată a ieşirilor analogice. - 12 linii digitale I/O (TTL/LVTTL/CMOS) - Numărător de evenimente pe 32 de biţi.

- Sisteme de operare suportate: Windows 2000/XP, Mac OS X, Linux

- Software recomandat: LabVIEW, LabWindows/CVI

Descriere Hardware

Modulul multifuncţional NI USB-6009 este o soluţie de încredere pentru achiziţia de

date la un preţ scăzut. Având conectivitate USB Plug&Play, aceste dispozitive se pot folosi

atât la măsurători mai simple cât şi în sisteme complexe de achiziţie.

Descriere Software

NI USB-6009 include o aplicaţie de înregistrare a datelor achiziţionate cu posibilitate

de extindere de până la 8 canale de date analogice. Pentru o funcţionalitate sporită, driverul

software multiplatformă NI-DAQmx Base oferă un set de interfeţe pentru diverse medii de

programare. Se poate folosi pentru a dezvolta aplicaţii DAQ particularizate cu NI LabVIEW

sau medii de dezvoltare C.

Accesorii Recomandate

USB-6009 are conectoare integrate astfel încât nu mai sunt necesare alte accesorii.

Aplicaţii

124

USB-6009 este ideală pentru un număr mare de aplicaţii unde preţul, economia de

spaţiu şi simplitatea modulul de utilizare sunt esenţiale, cum ar fi:

- Înregistrarea datelor – Se pot înregistra tensiunile de intrare simplu şi repede.

- Uz Academic.

- Aplicaţii integrate OEM

Specificaţii

Intrarările Analogice

Tabel 2.4.Acurateţea absolută în modul Single-Ended.

Gama Tipic la 25° C (mV) Maxim (0 la 55° C) (mV)

± 10 14.7 138

Tabel 2.5. Acurateţea absolută la scală maximă în modul diferenţial.

Gama Tipic la 25° C (mV) Maxim (0 la 55° C) (mV)

± 20 14.7 138

± 10 7.73 84.8

± 5 4.28 58.4

± 4 3.59 53.1

± 2.5 2.56 45.1

± 2 2.21 42.5

± 1.25 1.70 38.9

± 1 1.53 3.5

Număr de canale ..................................................... 8 single-ended / 4 diferenţiale

Tipul convertorului analogic-digital .......................... aproximări succesive

125

Tabel 2.6. Rezoluţia convertorului analogic-digital (biţi).

Mod Diferenţial Mod Single-Ended

USB-6009 14 13

Tabel 2.7. Rata maximă de eşantionare (depinde de sistemul de calcul).

Rata de eşantionare maximă (kS/s)

USB-6009 48

Gama de intrare, single-ended ................. ±10 V

Gama de intrare, diferenţial ...................... ±20, ±10, ±5, ±4, ±2.5, ±2, ±1.25, ±1 V

Tensiunea maximă faţă de nul ................. ±10 V

Protecţie la supratensiuni ......................... ± 35 V

Mărimea memoriei FIFO .......................... 512 B

Rezoluţia în timp ...................................... 41,67 ns (baza de timp 24 MHz)

Acurateţea în timp ................................... 100 ppm din rate de eşantionare

Impedanţa de intrare ............................... 144 kΩ

Sursa declanşatoare ................................ din aplicaţie sau declanşator extern digital

Zgomot sistemului .................................... 0.3 LSB rms (gama ±10 V)

Ieşirile Analogice

Precizia absolută (fără sarcină) .............. tipic 7mV, maxim 36.4mV la scala maximă

Număr de canale .................................... 2

Tipul convertorului DAC ......................... aproximări succesive

Rezoluţia DAC ....................................... 12 biţi

Rata maximă de actualizare .................. 150 Hz, contorizată software

Gama de ieşire ...................................... 0 la +5 V

Impedanţa de ieşire ............................... 50 Ω

Curentul la ieşire ................................... 5 mA

Valoarea la pornire ............................... 0 V

126

Viteza de variaţie a ieşirii ...................... 1 V/µs

Curentul de scurt circuit .................. 50 mA

I/O Digitale

Numar de canale ............................. total 12

8 (P0.<0..7>)

4 (P1.<0..3>)

Controlul direcţiei ............................. Fiecare canale poate fi programat independent ca

intrare sau ieşire

Tipul de ieşire ................................... Fiecare canal poate fi programat individual push-

pull sau open-drain.

Compatibilitate ................................. CMOS, TTL, LVTTL

Rezistor intern pull-up ..................... 4.7 kΩ la +5 V

Starea la pornire ............................. Intrare (Impedanţă înaltă)

Gama maximă absolută ................. – 0.5 la + 5.8 V

Tabel 2.8. Nivelele logice digitale

Nivel Minim Maxim Unităţi

Intrarea de tensiune scăzută - 0.3 0.8 V

Intrarea de tensiune înaltă 2.0 5.8 V

Intrarea de curent de scurgere - 50 µA

Ieşirea de tensiune joasă (I=8.5 mA) - 0.8 V

Ieşirea de tensiune înaltă (Push-pull, I= -8.5mA) 2.0 3.5 V

Ieşirea de tensiune înaltă (Open-drain, I= -0.6mA, nominal) 2.0 5.0 V

Ieşirea de tensiune înaltă (Open-drain, I= -8.5mA, cu rezistor

extern tip Pull-Up) 2.0 - V

umărător

Numar de contoare .......................... 1

Rezoluţie ......................................... 32 biţi

127

Tip contorizare ................................ Numărare fronturi (fronturi descrescătoare)

Rezistor pull-up ............................... 4.7 kΩ la +5 V

Frecvenţa maximă de intrare .......... 5 MHz

Durata minimă a impulsului înalt .... 100 ns

Durata minimă a impulsului jos ...... 100 ns

Valoarea maximă de intrare ........... 2.0 V

Valoarea minimă de intrare ............ 0.8 V

Alimentarea suplimentară de la conectorul I/O

Ieşirea +5 V (maxim 200 mA) .......... + 5V tipic

+ 4.85V minim

Ieşirea +2.5 V (maxim 1 mA) .......... + 5V tipic

Acurateţea ieşirii +2.5 V .................. 0.25 % maxim

Referinţa tensiunii cu driftul temp .... 50 ppm / °C maxim

Caracteristici fizice

Dimensiuni (fără conectori) ............... 6.35 X 8.25 X 2.31

Dimensiuni (cu conectori) ................. 8.18 X 8.25 X 2.31

Greutate (fără conectori) .................. 59 g

Greutate (cu conectori) .................... 84 g

Conectori I/O .................................... Port USB tip B retractabil

2 x 16 poziţii blocuri terminale (fixare cu şurub)

Cabluri pentru conectare .................. între 16 şi 28 AWG

Interfaţa USB

Specificaţii USB ............................... USB 2.0 full-speed

Viteza magistralei USB .................... 12 Mb/s

Greutate (fără conectori) .................. 59 g

Alimentare

USB (4.10 la 5.25 VDC) ................... 80 mA tipic

128

500 mA maxim

USB în Suspend .............................. 300 µA tipic

500 µA tipic

Mediu

Mediul de operare.

Gama de temperatura a mediului ambiant .......... 0 la 55° C (testat in acord cu IEC-60068-

2-1 şi IEC-60068-2-2)

Gama de umiditate relativă .................................. 10% la 90%, fără condens (testat în acord

cu IEC-60068-2-56)

Mediul de operare.

Gama de temperatura a mediului ambiant .......... -40 la 85° C (testat in acord cu IEC-

60068-2-1 şi IEC-60068-2-2)

Gama de umiditate relativă .................................. 5% la 90%, fără condens (testat în acord

cu IEC-60068-2-56)

Altitudinea maximă ............................................... 2.000 m (la 25° C temperatură

ambiantă)

Nivelul de poluare ................................................. 2

Certificate de Conformitate

USB-6009 este proiectată să respecte următoarele standarde se siguranţă pentru

echipamentele de măsură, control şi laborator:

- IEC 61010-1, EN 61010-1;

- UL 61010-1;

- CAN/CSA C22.2 No. 61010-1.

Pentru UL şi alte certificate de siguranţă, vă rugăm sa vizitaţi ni.com/certification.

129

Tensiuni

Conectaţi numai tensiunile care sunt în limitele maxime specifice fiecărui port de

conexiune. Verificaţi secţiunea specifică pentru a afla limitele impuse.

Locuri periculoase

USB-6009 nu este certificat pentru a fi utilizat în locurile periculoase.

Compatibilitate Electromagnetică

Emisie ....................................... EN 55011 Clasa A la 10 m

FCC Part 15A sub 1 Ghz

Imunitate ................................... Nivele industriale per EN 61326:1997 + A2:2001,

Tabelul 1

EMC/EMI ................................... Conform CE, C-Tick, şi FCC Part 15 (Clasa A)

Notă: USB-6009 poate avea variaţii temporare în citirea intrărilor analogice când

este expus la radiaţii şi zgomod condus RF. Modulul se va întoarce la modul de

operare normal după ce terminarea expunerii la RF.

+orme CE

Acest produse îndeplineşte cerinţele esenţiale aplicabite de Directivele Europene, ca

amendament pentru notarea CE, după cum urmează:

Directiva de tensiune joasă (siguranţă) .................... 73/23/EEC

Directiva de compatibilitate electromagnetică .......... 89/336/EEC

Notă: Verificaţi Declaraţia de Conformitate (DoC) a acestui produs, pentru orice alte

informaţii cu privire la regulamentele de conformitate. Pentru a obţine DoC pentru

acest produs, verificaţi ni.com/certification.

10. Condiţionare senzori. Generează tensiunile de alimentare pentru senzorii de

temperatură a mediului, de temperatură a uleiului şi pentru senzorul de umiditate

relativă în aer. Transmite semnalele senzorilor la modulul de achiziţie. De asemenea

transmite tensiunea de alimentare de 24 Vc.c. pentru intrarea alternativă de măsură a

130

temperaturii uleiului, destinată cazului în care se foloseşte un senzor de temperatură

dotat cu transmiţător 0..20mA sau 4..20mA, şi converteşte semnalul de 0..20mA sau

4..20mA într-un semnal de tensiune pe care îl transmite modulului de achiziţie.

11. Elemente constructive

In figurile urmatoare sunt prezentate detaliile mecanice de constructie a carcasei,

proiectata din motive de securitate si grad de protectie (IP 54) .

Fig.2.13.Carcasa – vedere de sus

Fig.2.14.Carcasa – vedere din lateral.

131

Fig.2.15.Carcasa – vedere din spate

2.5. Functiuni de masura. Scheme echivalente interne

Fig.2.16. Schema bloc a CABSIT

132

Structura bloc a CABSIT este prezentată în figura 2.16, in care:

Convertorul USB – RS485: Permite comunicaţia cu aparatul prin interfaţa USB a

calculatorului. Interfaţa oferă izolare prin optocuploare de pînă la 2500V RMS, este

compatibilă cu standardele USB 1.1 si 2.0 şi face posibilă comunicaţia cu magistrala

internă a aparatului. În figura de mai jos este prezentată schema de funcţionare a

convertorului RS485-USB.

Fig.2.17. Convertorul USB

Fig.2.18. Schema de functionare a convertorului USB

133

- Blocul digital: Asigură comanda din software a aparatului CABSM, prin ieşirile

digitale de tipul Open Collector. Diagrama de mai jos prezintă schema în detaliu a

blocurilor digitale.

- Blocul de achiziţie analogică: Permite realizarea măsurătorilor prin interfaţarea cu

magistrala RS-485. Datele achiziţionate analogic sunt eşantionate şi trimise aplicaţiei

pentru prelucrări ulterioare. Blocul analogic permite izolarea semnalelor

Fig.2.19.Blocul de achizitie analogical

de intrare cu ajutorul optocuploarelor. În figura următoare este prezentată schema de

funcţionare a blocului analogic.

- Interfaţa de comandă: Permite prin comutatorul extern, schimbarea configuratiei

interne a CABSM in funcţie de tipul măsurătorii.

- Interţata de condiţionare analogică: Acest bloc este controlat de interfaţa de comandă

şi facilitează condiţionarea semnalelor măsurate, pentru a putea fi înregistrate în blocul

de achiziţie analogică. Sondele de măsură conectate pe partea frontală a carcasei, sunt

legate direct cu această interfaţă analogică.

- Sursa de înaltă tensiune: Asigură tensiunea de test necesară pentru polarizarea

dielectricului. Sursa de înaltă tensiune are precizie ridicată, asigură independenţa faţă

de variaţiile sursei de alimentare şi faţă de variaţiile mediului, are protecţie la scurt

circuit şi limitează curentul la o valoare ce nu pune în pericol viaţa operatorului.

- Sursa de alimentare aparat: Permite alimentarea modulelor din interiorul CABSM de

la tensiunea exterioară 230VAC.

134

2.4. Moduri de lucru. Scheme echivalente

Fig.2.20. Modul de lucru

Obiectul supus testului este descărcat şi împămîntat. În funcţie de reglementările

aplicabile, pot fi necesare şi alte măsuri pentru a elimina orice pericol de electrocutare.

Rezistenţa de descărcare poate descărca doar sarcini capacitive încărcate la maxim 1000V.

Deconectarea surselor de tensiune şi descărcarea tensiunilor mai mari trebuie asigurate prin

măsuri specifice. În acest mod de lucru se poate efectua şi depolarizarea înaintea măsurătorii.

Legarea la pămînt a tresei cablurilor de măsurare este necesară atît pentru calitatea

măsurării cît şi pentru protecţia operatorilor. Este recomandat ca această legătură să se

realizeze într-un singur punct solidar cu cuva transformatorului pentru a nu se crea bucle de

împămantare. Odată finalizate măsurările este recomandat ca toate punctele ieşirile să fie

scurtcircuitate pană la demontarea conexiunilor. Acest lucru nu afectează sursa de înaltă

tensiune chiar dacă aceasta este în funcţiune (fiind protejată la scurt circuit). Este recomandat

ca scurtcircuitarea să se realizeze cu sursa oprită.

Dupa ce se monteaza sondele de mediu si de temperature, se conecteaza cablurile

conform fig.2.20 si se incepe masuratoare.

135

2.5. Mod de utilizare Înainte de începerea măsurătorilor, obiectul de test se scoate de sub tensiune şi se

descarcă de tensiunile reziduale, în conformitate cu procedurile aplicabile. Aparatul se conectează la priza de împămîntare de protecţie, folosind borna de pe panoul din faţă, iar apoi se alimentează la reţeaua de 230Vc.a. Conexiunea cu calculatorul se realizează prin intermediul cablului USB, la conectorul de pe panoul din spate al aparatului. Se pornesc calculatorul şi aparatul ID SITP, acesta din urmă cu butonul "Alimentare" de pe panoul frontal. Dupa descărcarea obiectului de test conform normelor de siguranţă, se fac conexiunile la obiectul de test, prin intermediul cablurilor de test prevăzute cu banane speciale (cu izolaţie de protecţie).

Se lansează aplicaţia software "ID SITP" (se va auzi un uşor sunet la punerea sub tensiune a releelor din interiorul aparatului). Se porneşte înregistrarea. Schemele de măsură sunt la latitudinea utilizatorului, în sensul că se pot face măsurători în schemele de conexiuni dorite (de regulă cele solicitate de prescripţiile în vigoare). Este recomandat să se efectueze măsuratori pentru schemele de conexiuni în care se măsoară curenţii de absorbţie/resorbţie între înfăşurări (primar – secundar, secundar – terţiar, depinzînd de modul de dispunere a înfăşurărilor). Nivelul tensiunii aplicate se recomandă a fi de 1000 V, pentru transformatoarele aflate în exterior, şi de 500 V pentru transformatoarele aflate în interior.

Măsurătoarea curentului de absorbţie se consideră finalizată cînd se stabilizează valoarea curentului măsurat la o anumită valoare (curentul de conducţie). Din acel moment se începe măsurarea curentului de resorbţie o perioadă egală cu cea aferentă curentului de absorbţie. La sfîrşitul măsurătorilor curenţilor se poate vizualiza spectrul de polarizare (tensiunea de resorbţie în funcţie de timp). Datele obţinute cu ajutorul softului de achiziţie sunt prelucrate apoi cu alt soft dedicat. Analiza rezultatelor este realizată de specialist.

2.6. Specificatie tehnica

Sursa de tensiune

valori setate 0/500/1000/1500/2000 Vcc curentul maxim la conectare <+5mA impedanţa la conectare <140 kΩ impedanţa la deconectare <200 kΩ Electrometru

gama ± 1 mA precizia - 0.5 % din datele măsurate impedanţa maximă 200 kΩ rezoluţia (date înregistrate) 1nA protecţie 1kV pentru 10s pe toate gamele

Sonda de măsurare a parametrilor de mediu

Domeniul de măsură a temperaturii ..... +5 ~ +45 °C , +/- 1°C Senzor umiditate relativă ............................. 5 ~ 85%, +/- 5%

3.7

136

Caracteristici generale parametri sursei de alimentare 110…240 Vca, 50 Hz, max. 30 VA dimensiuni 271,8 x 247,4 x 122,5 mm greutate 1,5 kg temperatura de utilizare 0 ... 50 °C temperatura de stocare -10 … 55 °C umiditatea 5 … 80 % lungimea cablurilor pentru măsurare 15 m

2.7. Concluzii

Instrumentul este o sursă de tensiune continuă şi totodată un aparat (de măsurat)

înregistrator al curentului absorbit de obiectul de încercat şi al curentului de descărcare. Principiul de măsurare (a se vedea figura 2.2) are la bază fenomenul de polarizare a

izolaţiei şi constă în aplicarea, în primă fază, unei tensiuni continue (Uc) pe obiectul de încercat şi măsurarea/înregistrarea curentului absorbit (iabs) pe durata unei perioade (Tc), iar în faza a doua, în scurtcircuitarea bornelor şi măsurarea/ înregistrarea curentului de resorbtie (ires) pe o perioadă egală cu Tc.

Echipamentul este cuplat prin interfaţă USB cu un calculator personal, pe care rulează un software de aplicaţie. Se evaluează calitatea sistemului de izolaţie, estimandu-se gradul de imbatranire. Echipamentul este portabil asigurând măsurarea on-site, care în plus are avantajul de a nu fi distructivă. Prin utilizarea acestui echipament se extinde aria metodelor de diagnosticarea a stării izolaţiei, ca de exemplu analiza rezistenţei de izolatie, a factorului de disipare tg δ şi măsurarea descărcărilor parţiale.

137

Capitolul 3. Procedura de determinare a duratei de viaţă a hârtiei: metodologie pentru încercări termice accelerate

3.1 ecesitatea determinării gradului de îmbătrânire a hârtiei impregnate

cu ulei din transformatoarele de putere Populaţia transformatoarelor de putere cu mulţi ani de funcţionare este în continuă

creştere. Acest lucru atrage după sine mărirea cazurilor de scoatere intempestivă din funcţiune şi de explozii. Pentru minimizarea costurilor de investiţii şi mentenanţă, precum şi pentru o planificare raţională a viitorului este esenţial să se înţeleagă şi să se cuantifice dinamica îmbătrânirii şi să se cunoască cum poate fi ea controlată.

În acest context, înfăşurările sunt partea cea mai vulnerabilă a transformatorului. Sistemul de izolaţie al înfăşurărilor este supus unei îmbătrâniri ireversibile şi importante. Deşi în Sistemul Energetic Naţional ratele de defectare sunt încă mici, se poate prevedea că în viitor sistemul de izolaţie va avea o capacitate redusă de a rezista la solicitările electrice şi mecanice. Problema este agravată de creşterea acidităţii, umidităţii şi a sarcinii de funcţionare.

Câteva studii experimentale au stabilit că temperatura, umiditatea şi oxigenul sunt factori importanţi care influenţează îmbătrânirea celulozei din izolaţia transformatoarelor [39...44].

3.2 Chimia celulozei Hârtia are în componenţă celuloză, semiceluloză şi cantităţi mici de tiolignin rezidual.

Celuloza constă din lanţuri polimerice liniare de unităţi β-D glucopiranosil ciclice. Numărul de astfel de unităţi per lanţ se numeşte grad de polimerizare (GP). Lanţurile celulozice se asociază în regiuni cristaline şi regiuni amorfe pentru a forma microfibrele, care la rândul lor formează fibrile şi în final, fibre. Rezistenţa mecanică a hârtiei este dată de conţinutul de fibrile şi fibre, în vreme ce semiceluloza şi ligninul rezidual sunt substanţe amorfe, gumate, care servesc la cimentarea lor. Procesul de îmbătrânire este în esenţă unul de depolimerizare, cauzat de hidroliza acizilor, piroliză şi oxidare. Se ştie că o aciditate ridicată a uleiului va accelera îmbătrânirea. Când legăturile între unităţile din lanţurile celulozice clivează, valoare lui GP se reduce, iar rezistenţa mecanică scade. Adesea, pentru descrierea îmbătrânirii se foloseşte numărul de sciziuni de lanţ (η):

η = GPnou/GPvechi – 1. (3.1)

Regiunile amorfe ale fibrelor de celuloză clivează mai repede decât cele cristaline, iar

semiceluloza este mai sensibilă la atacuri chimice. Când este nouă, hârtia va avea un GP de aproximativ 1200. După trecerea prin procesul de uscare, hârtia dintr-un transformator va avea un GP de aproximativ 1000 şi un conţinut de apă în jur de 0,5 %. Se cunoaşte faptul că atunci când GP scade la aproximativ 200, rezistenţa la tracţiune a hârtiei scade cu 20 % din valoarea sa iniţială [46] iar forţele dintre fibre se micşorează [47]. Pentru a întârzia îmbătrânirea, se poate upgrada termic hârtia prin legarea părţilor componente pufoase cum sunt grupele eter-ciano-etil cu grupurile HO din celuloză şi semiceluloză, sau se adaugă baze organice slabe cum sunt diciandiamida, ureea sau melamina, astfel încât să neutralizeze acizii

138

produşi prin oxidarea uleiului şi a hârtiei. De remarcat că aceste baze sunt ele însele supuse hidrolizei acizilor (produsele finale fiind bioxidul de carbon şi amoniacul) ceea ce înseamnă consum de apă, deci ele pot fi considerate atât agenţi de uscare organo-chimici cât şi baze.

În lucrarea [48] se explicitează relaţia care defineşte îmbătrânirea termică:

tAe1GP

1

GP

1 )273T(R

E

nouvechi

⋅=−− +−

, (3.2)

unde T este temperatura, E este energia de activare, A este un parametru de material, R este constanta moleculară a gazelor si t este timpul de îmbătrânire parcurs. În lucrarea [48] sunt date valorile pentru parametrii marimilor E şi A. Pentru a interpreta corect timpul de îmbătrânire parcurs este esenţial să se înţeleagă mecanismul hidrolizei acide. În urma experimentărilor efectuate s-a dovedit că hidroliza este unimoleculară şi catalizată acid [49]. Aceasta înseamnă că celuloza este catalizată exclusiv de către ionii de hidrogen din acizii disociaţi şi în consecinţă contează gradul de aciditate şi nu numărul total de acizi pentru că acizii carboxilici nedisociaţi nu depolimerizează celuloza. O altă concluzie importantă este că apa nu aduce informaţii despre rata de îmbătrânire dar apa afectează aciditatea făcând ca acizii carboxilici să se disocieze şi astfel exercită o influenţă profundă asupra procesului de îmbătrânire. Când legăturile între unităţile de celuloză sunt hidrolizate de către acid, o moleculă de apă se consumă pentru fiecare legătură distrusă. Când temperatura sistemului depăşeşte 100oC hidroliza acidă este urmată de o serie de recţii de deshidratare catalizată de acizi care conduc la eliberarea a trei molecule de apă din fiecare unitate monozaharidică. De aceea există o producere netă de două molecule de apă per unitate. Scheletul de carbon al unităţii monozaharidică este convertit într-un derivat al furanului. Xilanul produce furfurol care este foarte stabil la acizi astfel încât măsurarea sa poate fi folosită pentru a furniza o indicaţie despre cantitatea de apă eliberată. Trebuie reţinut că acizii se produc într-un mod neoxidat din zaharuri neutre contribuind la creşterea acidităţii sistemului accelerând astfel procesul de îmbătrânire cauzat de hidroliza catalizată de acizi şi de reacţiile de deshidratare. La temperaturi înalte acidul formic se disociază în monoxid de carbon şi apă iar acidul levulinic se polimerizează într-un polimer brun închis formând împreună cu alte reziduuri un nămol specific uleiurilor din transformatoarele îmbătrânite. O altă cauză majoră a îmbătrânirii hârtiei este oxigenul. În esenţă este un fenomen de „combustie lentă” din care rezultă apă şi bioxid de carbon. Depolimerizarea este catalizată prin hidroxi-radicali care se produc prin descompunerea peroxidului hidrogen H2O2. Peroxidul hidrogen se formează din apă şi oxigen prin reacţii catalizate prin cationi ai metalelor de tranziţie (de exemplu urme de Fe3+ împreună cu cantităţi mici de fenoli sau tioli). Trebuie subliniat ca grupurile fenolice se formează prin oxidarea compuşilor aromatici din ulei şi sunt prezente şi la adăugarea de antioxidanţi iar tiolii se introduc în lignin în timpul procesului tehnologic de realizare a hârtiei.

139

3.3. Tendinţele standardelor referitoare la metodele de evaluare a sistemelor de izolaţie ale transformatoarelor. Cu mulţi ani în urmă au fost dezvoltate metode de încercare a materialelor izolante pentru transformatoarele umplute cu ulei. Aceste metode s-au dovedit a fi benefice atât pentru producători cât şi pentru utilizatorii transformatoarelor de putere şi distribuţie. Rezultatele au fost utilizate pentru obţinerea curbelor de îmbătrânire în scopul evaluării duratei de viaţă a transformatoarelor şi pentru a furniza un îndreptar pentru alegerea şi validarea materialelor. Metodele descrise în versiunea curentă a IEEE C57.100-1999 [50] includ un model de încercare a transformatoarelor mici, de distribuţie şi metoda tubului etanş. Pentru transformatoarele de distribuţie se descrie o metodă de încercare care foloseşte transformatoare complete tipice pentru o familie proiectată, cu respectarea tehnologiei de realizare a izolaţiei, a conţinutului de lichid şi a metodei de etanşare. Aceste transformatoare sunt îmbătrânite prin menţinerea la diverse temperaturi concomitent cu păstrarea tensiunii nominale. Procedura este cunoscută în industrie ca încercarea Lockie şi a fost descrisă în detaliu în lucrarea [51]. Ea s-a dovedit eficientă pentru evaluarea sistemelor „clasice” de izolaţie aplicate la transformatoarele de distribuţie. Standardul IEEE C57.100 arată că metoda Lockie este inadecvată pentru încercarea termică a transformatoarelor de mare putere. Documentul adaugă că este permis să se utilizeze metode care simulează structura izolaţiei şi gradienţii de temperatură uzuali la transformatoarele de putere. În standard sunt descrise tehnicile de elaborare a mostrelor luând în considerare atât a solicitărilor electrice specifice testelor dielectrice cât şi punctele calde pentru conductoare. Pentru evaluarea calităţii combinaţiei de materiale folosite la transformatoarele de putere au fost folosite încercări cu tuburi etanşe. Această metodă a fost folosită pe scară largă şi au rezultat curbe de siguranţă pentru diverse tipuri de transformatoare. Grupul de lucru al IEC a simţit faptul că niciuna din metodele descrise în documentul IEEE C57.100 nu este adecvată pentru simularea caracteristicilor termice a sistemelor de izolaţie care au în componenţă materiale cu proprietăţi termice diferite. A fost cerută o metodă standardizată care să poată modela sistemele de izolaţie a transformatoarelor prin simularea profilului termic dintr-un transformator umplut cu lichid şi anume o metodă „dual-temperatură” pentru simularea unui hot spot în înfăşurarea transformatorului independent de temperatura uleiului din sistemul de răcire. Dezvoltată pentru prima oară în IEC TS/62332 [52] această procedură de încercare este în faza de evaluare ca un nou model de metodă de încercare, fiind propusă în revizia documentului IEEE C57.100 care în prezent este în desfăşurare. Un rol important în dezvoltarea metodelor de încercare a izolaţiei hârtie-ulei au avut ghidurile de aplicare IEEE 1276[53] şi IEC 60076-14[54] care au oferit informaţii referitoare la utilizarea combinaţiilor de materiale diferite în sistemele de izolaţie clasice.

140

3.4. Modelul de îmbătrânire DUAL-TEMPERATURĂ

În lucrarea [55] a fost descrisă pentru prima dată procedura de îmbătrânire pentru sistemele de izolaţie care includ hârtie şi preşpan aramid, ulei mineral şi preşpan celulozic. Această încercare a fost dezvoltată pentru simularea sistemelor de izolaţie ale unui transformator de putere în scopul determinării curbelor de siguranţă pentru materialul aramid care are o capabilitate termică mult mai bună decât uleiul mineral şi celuloza. Folosirea tehnicii tubului etanş nu a fost adecvată din cauza unor considerente de securitate referitoare la îmbătrânirea uleiului mineral la temperaturi ridicate. Rezultate bune au fost obţinute cu temperaturi de 240oC în izolaţia solidă şi temperaturi de 130oC ale uleiului, durata îmbătrânirii fiind de 5000 oare. Celulele de încercare folosite au avut dimensiuni mici iar atunci când au fost practicate temperaturi mai mari au existat dificultăţi în menţinerea controlată a temperaturii uleiului deoarece aceasta a fost influenţată de temperatura conductorului cu izolaţie solidă. În prezent se lucrează la perfecţionarea procedurii de încercare [56]. 3.5.Proiect experimental şi procedee Standardele industriale sunt importante pentru aplicarea lor la echipamentele electrice din reţelele electrice. La fel de importante sunt standardele industriale folosite pentru evaluarea sistemelor de izolaţie pentru aceste sisteme. Proiectul de faţă îşi propune validarea metodei de evaluare ale sistemelor de izolaţie ale transformatoarelor de putere. Se propune compararea directă a metodei dual-temperatură cu metoda tubului etanş utilizând acelaşi tipuri de eşantioane de izolaţie şi aceeaşi procedură pentru ambele metode. De asemenea sunt propuse metode noi de evaluare a rezultatelor măsurărilor. Pentru ambele tipuri de celule, izolaţia supusă îmbătrânirii va consta din:

a) hârtie în eşantioane de 121 x 12mm b) distanţor cald din prespan cu densitate mare.

Eşantioanele de hârtie şi preşpan vor fi uscate în vid, mai întâi la 23oC timp de 2 zile şi apoi la 100oC timp de 2 zile.

Experimentele de îmbătrânire vor fi executate asupra următoarelor tipuri de eşantioane:

-hârtie uscată cu ulei filtrat şi degazeificat; -hârtie uscată cu ulei filtrat şi degazeificat cu 1% (din greutate) apă adăugată în hârtie; -hârtie uscată cu ulei filtrat şi degazeificat cu 3% apă (din greutate) adăugată în hârtie; -hârtie cu ulei uzat având aciditatea de cca 0,16mgKOH/gr.

Umiditatea din ulei se va măsura pe eşantioane de aproximativ 3ml prin metoda titrării Karl Fischer folosind coulometrul model CA21 al firmei Mitsubishi Chemical Corporation – Japonia. Aciditatea uleiului se va măsura pe eşantioane (20gr) conform cerinţelor standardului IEC 60296 prin titrare cu KOH şi indicator Alkali Blue cu biureta tip Solarus a firmei HIRSCHMANN LABORGERAETE Germania.

2-Furaldehide (2FAL) din ulei se va măsura cu cromatograf HPLC detector UV-VIS cu arie de diode al firmei Shimadzu Corporation – Japonia.

141

Umiditatea în hârtie se va măsura pe eşantioane din hârtie luate din celulele încălzite. Transferul acestora în coulometru se va face cât mai repede posibil. În literatura de specialitate [57, 58] se precizează că la o umiditate de 3% în hârtie s-a înregistrat o pierdere a umidităţii eşantioanelor de 9% şi 20% când au fost luate din celule încălzite la 70oC şi respectiv 130oC ca urmare a evaporării în timpul transportului. Gradul de polimerizare se va măsura pe 6 benzi de hârtie conform cu cerinţele standardului IEC450 cu vâscozimetru produs de firma Ubbeclohde Schott – Germania. Procesul de îmbătrânire prin tratament termic se va realiza prin plasarea celulelor într-o cameră climatică cu temperatura reglată la 70oC. Alte patru celule cu acelaşi tip de eşantioane vor fi plasate în altă cameră climatică la temperatura de 110oC. Hârtia şi uleiul menţinute la temperatura de 70oC se vor preleva în vederea măsurării la 2500, 5000 şi 8000 ore. Hârtia şi uleiul menţinute la temperatura de 110oC se vor preleva în vederea măsurării la 50, 150, 300, 600, 1250, 3700, 5000, 6300 ore. De fiecare dată când se va preleva o mostră de ulei, un volum egal de ulei uscat şi degazeificat va fi injectat în celula de încercare. Mostrele de hârtie vor fi supuse măsurării gradului de polimerizare şi concentraţiei de 2FAL. Mostrele de ulei vor fi supuse măsurării: acidităţii şi conţinutului de apă. În etapa a 2-a de experimentări vor fi aplicate acelaşi program şi procedură dar folosind celule DUAL-TEMPERATURE. 3.6. Concluzii Pentru tipul de izolaţie „clasică” a transformatoarelor de putere care include hârtie, distanţori din preşpan şi ulei procedura de îmbătrânire este cea definită în standardul IEEE C57.100. Pentru tipuri de izolaţie care includ şi materiale izolante care au capabilitate termică de durată mult mai mare decât uleiul şi celuloza procedura de îmbătrânire va fi de tipul DUAL-TEMPERATURE. Luând în considerare că transformatoarele din Reţeaua Electrică Naţională sunt cu izolaţie „clasică” procedura de îmbătrânire care va avea prioritate în a fi utilizată în cadrul proiectului va fi cea definită în standardul IEEE 57.100. Evaluarea rezultatelor urmează o procedură proprie proiectului prin evaluarea umidităţii uleiului şi acidităţii acestuia în funcţie de temperatură şi timp. De asemenea se va evalua sistemul de izolaţie supus procedeului de regenerare (des utilizat pentru a mări durata de viaţă a transformatorului) prin schimbarea calităţii uleiului după intervale prestabilite de timp. Izolaţia solidă va fi evaluată nu numai după criteriile prevăzute de standardul IEEE C57.100 ci şi cu metode noi dezvoltate în cadrul proiectului.

142

4. Conducere Proiect Desfasurarea activitatilor de cercetare privind testarea, diagnosticarea si monitorizarea sistemelor de izolatie ale ale transformatoarelor de putere a continuat in Etapa a 2-a a Proiectului MIDMIT prin efectuarea măsuratori cu celula standard ale curenţilor de absorbţie-resorbţie pentru uleiuri neimbatranite, proiectarea echipamentului de măsurare şi achiziţie a curenţilor de absorbţie-resorbţie si elaborarea unei o metodologii pentru incercari termice accelerate a hartiei.

Comunicarea si schimbul de informatii intre parteneri s-a realizat ; a) prin telefon si fax; b) cu ajutorul paginii INTRANET; c) cu ajutorul paginii WEB: http://midmit.elmat.pub.ro.

d) organizarea a trei reuniuni de lucru cu partenerii P1, P2 si P3. Drept urmare, fiecare partener a putut fi informati rapid cu privire la stadiul lucrarilor

desfasurate de fiecare partener in cadrul Proiectului si la rezultatele cercetarilor realizate de ceilalti parteneri in cadrul Proiectului. In cadrul reuniunilor organizate (12.02.2009, 03.04.2009 si 11.09.2009) au fost discutate, pe de o parte, problemele noi legate de refacerea Planului de activitati si a devizelor aferente ca urmare a modificarilor programului de finantare si, pe de alta parte, rezultatele obtinute si lucrarile elaborate pentru conferinte nationale (Iasi, Sinaia) si internationale (Oradea, Dubai, Praga) sau pentru publicare in reviste de specialitate (RRST etc.). Toate lucrarile elaborate au fost postate pe SITE-ul MIDMIT.

1. P.V. Notingher, L.M. Dumitran, S. Busoi, G. Tanasescu, E.Balescu, Ageing Assessment of Insulation Systems by Absorption/Resorption Currents, Prezentata la CESSE 2009, Dubai, 28-31 ianuarie 2009, Publicata in: Proceedings of World Academy of Science,

Engineering and Technology, Vol. 37, January 2009, pp. 679 – 705, ISSN: 2070-3740. 2. G. Tanasescu, P.V. Notingher, L.M. Dumitran, I.Rusu, G.Batir, Assessment of the

Power Transformer Insulation System Condition by Absorption – Resorption Currents Method, Proceedings of 20th

International Conference on Electricity Distribution

(CIRED), Prague, 8-11 June, 2009, Session 1, Paper 0509, pp.1-4. 3. L.V. Badicu, P.V. Notingher, L.M. Dumitran, G. Tanasescu, D. Popa, Use of Dielectric

Spectroscopy to Estimate the Condition of Cellulose-Based Insulation, Prezentata la “10th International Conference on Engineering of Modern Electric Systems (EMES

09)”, Oradea, 27-29 May, 2009, Publicata in: Journal of Electrical and Electronics

Engineering, Vol. 2, Nr. 1, 2009, University of Oradea Publisher, pp. 7-12, ISSN 1884-6035.

4. L.V. Badicu, P.V. Notingher, L.M. Dumitran, G. Tanasescu, D. Popa, Dielectric Losses in Cellulose-Based Insulations, A 7-a Conferinţă Internaţională de Sisteme

Electromecanice şi Energetice (SIELME+ 2009), Iasi, 6-7 Octombrie 2009 (Lucrare acceptata)

5. P.V. Notingher, L.M. Dumitran, S.A. Busoi, Lifetime Estimation of Composite Insulations by Absorption/Resorption Currents Method, Revue Roum. Sci. Tech. - Electr.

Et Energ., Vol.54. Nr. 1 (In curs de publicare). 6. P.V. Notingher, L.V. Badicu, L.M. Dumitran, G. Tanasescu, Assessment and

Diagnosing of the Power Transformer Insulation System Condition by Absorption –

143

Resorption Currents Method, Lucrarile Conferintei +ationale si Expozitiei de

Energetica, Sinaia 21-23 octombrie, 2009 (Lucrare acceptata). 7. G.Tanasescu, P.V.Notingher, C.Rusoiu, G.Parvu, Mentenanta transformatoarelor de

putere pe baza utilizarii indicelui de sanatate, Lucrarile Conferintei Nationale si Expozitiei de Energetica, Sinaia 21-23 octombrie, 2009 (Lucrare acceptata).

Cercetarile efectuate se refera la elaborarea unei noi metode de estimare a starilor de imbatranire a sistemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere (SITP) si la realizarea unei instalatii de diagnosticare si monitorizare a starilor SITP. Rezultatele obtinute sunt prezentate in primele capitole ale Raportului de cercetare aferent Etapei a 2-a a Proiectului MIDMIT 22080/2008.

5. Concluzii Lucrarile efectuate in cea de-a doua etapa a Proiectului MIDMIT au raspuns intocmai

cerintelor Activitatilor de cercetare prevazute in Planul de activitati. S-au efectuat si unele cercetari in avans, respectiv cele referitoare la studiul proprietatilor dielectrice ale uleiului de transformator, respectiv determoinarea componenetelorpermitivitatii complexe si a factorului de pierderi la frecvente cuprinse intre 0,1 mHz si 1 Mhz.

1. Masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie pentru diferite esantiuane din ulei neimbatranit (NYNAS si MOL), cu continuturi diferite de apa si la diferite temperaturi, au permis:

a) Definitivarea procedurii de masura a acestori marimi; b) Alegerea tensiunii si a duratelor de masurare; c) Stabilirea unei corelatii intre valorile maxime ale curentilor, indicele de polarizare si

coefedientul de conductivitate si continutul de apa din esantioane; d) Stabilirea unei corelatii intre continutul de apa din esantioane si rezistivitatea

acestora; e) Stabilirea unei corelatii intre componentele permitivitatii complexe si factorul de

pierderi si continutul de apa dinesantioane; f) Stabilirea valorilor initiale ale curentilor de absorbtie/resorbtie si ale proprietatilor

electrice si continuturilor de apa ale uleiurilor MOL si NYNAS in vederea efectuarii incerc arilor de imbatranire accelerata;

g) Evidentierea calitatilor superioare ale uleiului NYNAS naimbatranit fata de uleiul MOL.

2. Activitatile de proiectare a echipamentului de masurare directa a curentilor de absorbtie/resorbtie (in laborator si pe transformator) (CABSIT) au condus la:

a) Realizarea unei scheme generale a echipamentului de masurare CABSIT; b) Realizarea unor scheme detaliate a unor blocuri componente ale echipamentului; c) Prezentarea caracteristicilor functionale ale modulelor componente si ale

ansamblului, in general; d) Prezenatrea caracteristicilor tehnice ale unor componente in vederea achizitionarii

acestora. 3. In cadrul activitatii de elaborare a procedurii de determinare a duratei de viata a

hartiei s-a realizat o metodologie pentru incercari termice accelerate a acesteia, stabilindu-se:

144

a) Tipurile si numerele de esantioane de incercat: b) Temperaturile de incercare; c) Echipamentele si conditiile de incercare accelerata; d) Modul de interpretare statistica a rezultatelor. Toate rezultatele obtinute constituie elemente de baza pentru continuarea cercetarilor

in Etapa a 3-a a Proiectului, respectiv determinarea duratei de viata a sistemului de izolatie hartie-ulei, realizarea unui echipament de masurarea curentilor de absorbtie/resorbtie si realizarea unui echipament de disgnosticare/monitorizare a sistemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere.

6. Bibliografie

1. P.V.Notingher, G. Tanasescu, D. Popa, Metoda si instalatie de testare, diagnosticare

si monitorizare a sistemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere (MIDMIT), Contract ECEE-UPB/CNMP nr. 22080/01.10.2008, Etapa 1: Metode de măsurare si analiza a caracteristicilor sistemelor de izolaţie ale transformatoarelor de putere (SITP), 20.01.2009.

2. P.V.Notingher, Cristina Stancu, L.M. Dumitran, P. Notingher jr., Aleksandra Rakowska, K. Siodla, Influence of the Ageing State of Insulation Systems on Absorption/Resorption Currents, Revue Roum. Sci. Tech - Electr. Et Energ., Vol. 53, 2, pp. 163-178, 2008.

3. Saha, T.K., Purkait,P., “Investigation of polarization and depolarization current measurements for the assessment of oil-paper insulation of aged transformers”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 11, No. 1, pp. 144 – 154, 2004.

4. S. Busoi, P.V. Notingher, L.M. Dumitran, Estimation of the Degradation State of Medium Power Machines Insulation by the Polarization Index, Proceedings of Joint

International Conference “Materials for Electrical Engineering”, Bucharest, pp. 420-425, 2008.

5. M. Abou Dakka, A. Bulinski, S. Bamji, Correlation between dc Polarisation and Failure Characteristics of XLPE and EPR Aged with ac Voltage in a Wet Environment, IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 12, 4, pp. 700-708, 2005.

6. P.V. Notingher, L.M. Dumitran, S. Busoi, E. Balescu and G. Tanasescu, The Use of

Conductivity Factors for Estimating the Degradation State of Insulation Systems of

Medium-Power Electrical Machines, Proceedings of 2008 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis CMD, Beijing, China, pp. 126–129, 2008.

7. Saha, T.K., Purkait, P, “Investigation of polarization and depolarization current measurements for the assessment of oil-paper insulation of aged transformers”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 11, No. 1, pp. 144 – 154, 2004.

8. P.V. Notingher, Materiale pentru electrotehnica, Vol. 1, Politehnica Press, Bucuresti, 2005.

9. Saha, T. K., Review of Time-Domain Polarisation Measurements for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers, IEEE Transactions on Power Delivery,

145

Vol. 18, No. 4, October 2003, pp. 1293-1301. 10. Yao, Z. T., Saha T.K., Separation Of Ageing And Moisture Impacts On

Transformer Insulation Degradation By Polarisation Measurements, Proceedings of the

CIGRE 2002 Paris Session, Paper No. 15-304, Paris, France, 26-30 August 2002. 11. T. Hanai, Dielectric Theory on the Interfacial Polarization for Two-Phase Mixture,

Bulletin of the Institute for Chemical research, Kuoto University, Vol. 39,Nr. 6, pp. 341-367, 1962.

12. T. Hanai, Dielectric Relaxation Profiles in a Theory of Interfacial polarization developed for Concentrated Disperse Systems of Spherical Particles, Bulletin of the Institute for Chemical research, Kuoto University, Vol. 58, Nr. 5-6, pp. 534-547, 1981.

13. A. M. Emsley, X. Xiao, R. J. Heywood, and M. Ali, Degradation of Cellulosic Insulation in Power Transformers. Part 3: Effects of Oxygen and Water on Ageing in Oil, IEE Proc. Sci., Measur. Techn., Vol. 147, pp. 115-119, 2000.

14. T. Hanai, N. Koizumi, Dielectric Relaxation in W/O Emulsions in Particular reference to Theories of Interfacial Polarization, Bulletin of the Institute for Chemical research, Kuoto University, Vol. 53, Nr. 2, pp. 153 -160, 1975.

15. Texas Instruments – products 16. National Instruments – products 17. Vasile N. Lazarescu : Prelucrarea digitala a semnalelor, Ed. Ameo Press, Bucuresti,

1994. 18. A. M. Emsley, X. Xiao, R. J. Heywood, and M. Ali, Degradation of Cellulosic

Insulation in Power Transformers. Part 3: Effects of Oxygen and Water on Ageing in Oil, IEE Proc. Sci., Measur. Techn., Vol. 147, pp. 115-119, 2000.

19. A. M. Emsley, Stevens, G. C., A Reassessment of the Low Temperature Thermal Degradation of Cellulose, 6th Intern. Conf. Dielect. Materials, Measur. Appl., UK, pp. 229-232, 1992.

20. R. J. Heywood, A. M. Emsley, and M. Ali, Degradation of Cellulosic Insulation in Power Transformers. I. Factors Affecting the Measurement of the Average Viscometric Degree of Polymerisation of New and Aged Electrical Papers, IEE Proc. Sci. Measur. Techn., Vol. 147, pp. 86-90, 2000.

21. H. P. Moser and V. Dahinden, Transformerboard II. Rapperswil, Switzerland: H Weidmann AG, 1987.

22. A. M. Emsley, R. J. Heywood, M. Ali, and X. Xiao, Degradation of Cellulosic Insulation in Power Transformers Part 4. Effects of Ageing on the Tensile Strength of Paper, IEE Proc. Sci. Measur. Techn., Vol. 147, pp. 285-290, 2000.

23. L.V. Badicu, P.V. Notingher, L.M. Dumitran, G. Tanasescu, D. Popa, Use of

Dielectric Spectroscopy to Estimate the Condition of Cellulose-Based Insulation, 10th International Conference on Engineering of Modern Electric Systems (EMES 09), Oradea, 27-29 May, 2009, Journal of Electrical and Electronics Engineering, Vol. 2, Nr. 1, 2009, University of Oradea Publisher, pp. 7-12, ISSN 1884-6035.

24. P.V. Notingher, L.V. Badicu, L.M. Dumitran, G. Tanasescu, D. Popa, Dielectric

Losses in Cellulose-Based Insulations, A 7-a Conferinţă Internaţională de Sisteme Electromecanice şi Energetice (SIELMEN 2009), Iasi, 6-7 Octombrie 2009 (Lucrare acceptata).

146

25. D. H. Shroff and A. W. Stannett, A Review of Paper Ageing in Power Transformers, IEE Proc., part C, Vol. Vol. 132, pp. 312-319, 1985.

26. M. Ali, C. Eley, A. M. Emsley, R. Heywood, and X. Xaio, Measuring and Understanding the Ageing of Kraft Insulating Paper in Power Transformers, IEEE

Electr. Insul. Mag., Vol. 12, No. 3, pp. 28-34, 1996. 27. IEC PUBLICATION 60216-1, Electrical Insulation Materials – Properties of

Thermal Endurance – Part 1: Ageing Procedures and Evaluation of Test Results, 2001.

28. Hill, D. J. T., Le, T. T, Darveniza, M., Saha, T.K., A Study of Degradation of Cellulosic Insulation Materials in a Power Transformer-Part 1: Molecular Weight Study of Cellulose Insulation Paper, Polymer Degradation and Stability, Vol. 48, No. 1, pp. 79-87, 1995.

29. Hill, D.J.T., Le, T. T, Darveniza, M., Saha, T.K., A Study of Degradation of Cellulosic Insulation Materials in a Power Transformer-Part 2: Tensile strength of Cellulose Insulation Paper, Polymer Degradation and Stability, Vol. 49, No. 3, pp. 429-435, 1995.

30. Hill, D. J. T., Le, T. T, Darveniza, M., Saha, T.K., A Study of Degradation in a Power Transformer-Part 3: Degradation Products of Cellulose Paper Insulation, Polymer Degradation and Stability, Vol. 51, pp. 211-218, 1996.

31. A. M. Emsley and G. C. Stevens, Review of Chemical Indicators of Degradation of Cellulosic Electrical Paper Insulation in Oil-filled Transformers, IEE Proc. Sci.

Measur. Techn., Vol. 141, pp. 324-334, 1994. 32. H. Moser and V. Dahinden, Application of Cellulosic and Non-cellulosic Materials

in Power Transformers, Intern. Conf. Large High Voltage Electr. System, CIGRE Proc. 31st Session,Paris, France, Paper No. 12-12, 1986.

33. T. V. Oomen and L. N. Arnold, Cellulose Insulation Materials Evaluated by Degree of Polymerization Measurements, IEEE Proc. 15th Electrical/Electronics Insul.

Conf.(EIC), Chicago, IL, USA, pp. 257-261, 1981. 34. R. M. Morais and E. Engelstein, Thermal Ageing of Oil-paper Insulation, IEEE

10th Intern. Conf. Conduction and Breakdown in Dielectric Liquids, ICDL, pp. 495-499, 1990.

35. B. Pahlavanpour, M. A. Martins, and A. DePablo, Experimental Investigation into the Thermal-ageing of Kraft Paper and Mineral Insulating Oil, IEEE Intern.

Sympos. Electr. Insul., Boston, MA, USA, pp. 341-345, 2002. 36. M. Ali, C. Eley, A. M. Emsley, R. Heywood, and X. Xaio, Measuring and

Understanding the Ageing of Kraft Insulating Paper in Power Transformers, IEEE

Electr. Insul. Mag., Vol. 12, No. 3, pp. 28-34, 1996. 37. R. J. Heywood, A. M. Emsley, and M. Ali, Degradation of Cellulosic Insulation in

Power Transformers. I. Factors Affecting the Measurement of the Average Viscometric Degree of Polymerisation of New and Aged Electrical Papers, IEE Proc. Sci. Measur. Techn., Vol. 147, pp. 86-90, 2000.

38. H. P. Moser and V. Dahinden, Transformerboard II. Rapperswil, Switzerland: H Weidmann AG, 1987.

39. Montsinger,V.,W., -Loading transformers by temperature. In: Trans. AIEE, April 1930, pp.176-192.

147

40. Fabre, J.,Pichon,A., -Deteriorating processes and products of paper in oil. Application to transformers. In: CIGRE paper 137, (Paris) 1960.

41. Fallou, B., -Synthèse des travaux effectués au L.V.I.E. sur complexe papier-huile. In: Revue Générale de l′Electricité, 79, 1970, pp.645-661.

42. Bouvier,B., -Noveaux critéres pour caractériser la degradation thermique d′une isolation a base de papier. In: Rev.Gen.Elec.1970, 79(6), pp.489-496.

43. Moser,H.,P., Dahinder,V., Brupbacher,P., Schneider,E., Hummel,H., Potocnik,O., Amann,R., Brechna,H., Zuger,F., -Application of cellulosic and non cellulosic materials in power transformers. In:CIGRE, Paris, 1986, Paper.12-12.

44. Schroff,H.,D.,Stannett,A.,W., -A review of paper ageing in power transformers. In: IEE Paroc. Vol.132, No.6, November 1985, pp.312-319.

45. Kolseth,P., -The Cell Wall Components of Wood Pulp Fibers. In: Paper Structure and Properties. Ed.Bristow, 1986, ISBN-0-8247-7560-0, pp.3-25.

46. Lungaard,L.,E., Hansen,E., Linhjell,D., Anker,M.,U., -Ageing and restoration of transformer windings. In: SINTEF Energy Research, Trondheim, Rep.No. TRA5540, ISBN 82-594-2189-5, 2001.

47. Emsley,A.,M., Xiao,X., Heywood,R.,J., Ali,M., - Degradation cellulosic insulation in power transformers. Part.4: Effects of ageing on tensile strength paper. In: IEE Proc.-Sci.Meas.Technolo.vol.147,No.6, Nov.2000, pp.285-290.

48. Emsley,A.,M., Stevens,G.,C., -Review of chemical indicators of degradation of cellulosic electrical paper insulation in oil-filled transformers. In: IEE Proc.Sci.Meas.Technolo.Vol.141, No.5, September 1994, pp.324-334.

49. Painter,T.,J., -Influence of Cosolutes upon the Conformation of Carbohydrates in Aqueons Solution. In: Acta Chemica Scandinavica 27, 1973, pp.2463-3484 (P.I.) and pp.3839-3860 (P.II).

50. IEEE C57.100-1999,IEEE Standard Test Procedure for Thermal Evaluation of Liquid-Immersed Distribution and Power Transformers.

51. Sumner,W.,A., Stein,G.,M., Lockie,A.,M., -Life Expectancy of Oil-Immersed Insulation Structures. In:AIEE Summer General Meeting, Paper 53-243, pp.924-930.

52. IEC TS 62332, IEC Technical Specification –Electrical Insulation Systems (EIS) – Thermal Evaluation of Combined Liquid and Solid Components. Part.1 – General Requirements (2005).

53. IEEE Standard 1276-1997 IEEE Guide for the Application of High-Temperature Insulation Materials in Liquid-Immersed Power Transformers.

54. IEC TS 60076-14, IEC Technical Specification – Power Transformers Part.14: Design and Application of Liquid – Immersed Power Transformers Using High – Temperature Insulation Materials (2004).

55. Mc Nutt,E.J., Provost,R.,L., Whearty,R.,J., -Thermal Life Evaluation of High Temperature Insulation Systems and Hybrid Insulation Systems in Mineral Oil. In: IEEE Transactions on Power Delivery. Paper 96WM221-2, PWRD, pp.1391-1399.

56. Provost,R.,L.,Whearty, R.,J.,Duart,J.C., -Testing of High Temperature Insulation Systems for Liquid-Immersed Transformers. In:Insucon 2008, The 18th International Electrical Insulation Conference, pp.433-443.

57. Linhjell,D., -Measuring moisture in oil-impregnared paper. In:AN 00.14.12 –

148

Internal Memo at SINTEF Energy Research, 2007. 58. Lundguard,L.E., Hansen,W., Linhjell,D., Painter,T.,J. –Ageing of oil-Impregnated

paper in power transformers. In: IEEE PWRD, Paper 20.12,2002.

7. Anexe

AEXA 1 – CARACTERISTICE TEHICE

Manual de utilizare USB 6009

NI USB-6009 asigură conectarea a până la 8 canale de intrare analogice (AI), 2 canale

de ieşire analogice (AO), 12 canale de intrare/ieşire digitale (DIO) şi a unui numărător de 32

biţi pe o interfaţă full-speed USB.

Conveţia de notare a tipului de ieşire digitală

Funcţionalitate Hardware Terminologia +I-DAQmx

Open-Drain Open Collector

Push-Pull Active Drive

Suport pentru prinderea dispozitivului USB – 6009

149

Vedere din spate a dispozitivului USB – 6009

Schema bloc de funcţionare a modulului de achiziţie a USB-6009

METODA SI ISTALATIE DE TESTARE, DIAGOSTICARE SI ...midmit.elmat.pub.ro/media/part/RAPORT Etapa...

Documents

Transcript of METODA SI ISTALATIE DE TESTARE, DIAGOSTICARE SI ...midmit.elmat.pub.ro/media/part/RAPORT Etapa...