УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

Полезная модель относится к технике измерения спектрального распределения интенсивности электромагнитного излучения в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного и может быть использовано для контроля и определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла, как в стационарных, так и в полевых условиях.
За последнее время в российских сетях опасным фактором стали значительные и длительные повышения напряжения. Из-за резкого подъема промышленного производства повысились нагрузки, а дефекты от тепловых перегрузок стали частыми, соответственно частыми и повреждения трансформаторов из-за старения изоляции. Разнообразие дефектов, возникающих в трансформаторе, требует большого числа методов контроля их состояния. Контроль во время работы без отключения от сети делает возможным выявления ряда быстро развивающихся дефектов, особенно если он ведется непрерывно. Такой контроль позволяет повысить надежность эксплуатации и избежать аварийных выходов с тяжелыми последствиями.
Поэтому в настоящее время стоит проблема создания устройства, позволяющего определить дефекты в трансформаторе во время его работы без отключения от сети, как в стационарных, так и в полевых условиях.
Существующие устройства не позволяют проводить испытания в полевых условиях электроизоляционных показателей трансформаторного масла.
Известен спектрометр, содержащий источник света, кювету с образцом и установленную за ней дифракционную решетку со сложным профилем и фотоэлементом (см. патент RU 2109255, МПК G01N 3/18, за 1998 г.)
Недостатком устройства является невозможность определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла.
Задачей полезной модели является создание переносного устройства, позволяющего определять тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторного масла, как в условиях стационара, так и в полевых условиях.
Для достижения этой задачи устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла, содержащие источник света, кювету с образцом и установленную за ней, диспергирующую оптическую систему, состоящую из дифракционной решетки и фотоэлемента, дополнительно снабжено электродвигателем с модулятором, оптопарой, второй дифракционной решеткой оптически связанной с фотоэлементом и с введенными - синхронным усилителем и регистрирующим прибором, заградительными металлическими пластинами с отверстиями, расположенными между кюветой с образцом и дифракционными решетками, а отверстия на пластинах расположены таким образом, чтобы луч света полностью заполнял рабочую поверхность каждой дифракционной решетки, при этом оптопара соединена с синхронным усилителем.
Отличительными признаками предлагаемого устройства являются наличие электродвигателя с модулятором, оптопары, второй дифракционной решетки, которые оптически связаны с фотоэлементом, наличие синхронного усилителя и регистрирующего прибора, оптически связанных с дифракционными решетками, наличие заградительных металлических пластин с отверстиями, расположение пластин между кюветой с образцом и дифракционными решетками, расположение отверстий на пластинах таким образом, чтобы луч света полностью заполнял рабочую поверхность каждой дифракционной решетки, соединение оптопары с синхронным усилителем.
Благодаря наличию этих признаков получено устройство, позволяющее с высокой точностью в полевых условиях определить тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторного масла, сократить время его определения, что так необходимо для российских сетей с значительными и
длительными повышениями напряжения, с повышенными тепловыми перегрузками, и как следствие - повреждениями трансформаторов.
На фиг.1 изображена оптическая блок-схема прелагаемого устройства для определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла.
На фиг.2 - показаны спектры люминесценции трансформаторных масел с различными значениями тангенса угла диэлектрических потерь - tgδ и пробивного напряжения - Uпр.
На фиг.3 - показана зависимость интенсивности люминесценции трансформаторного масла и тангенса угла диэлектрических потерь - tgδ.
Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла содержит источник света 1 (лампа накаливания КГМ-12-20), кювету с образцом 2 и установленную за ней дифракционную решету 3, фотоэлемент 4, электродвигатель 5 с модулятором 6, выполненным в виде вращающегося металлического диска с отверстиями по периферии, оптопарой 7, соединенной с синхронным усилителем 8, второй дифракционной решеткой 9 оптически связанной с фотоэлементом 4, с синхронным усилителем Вис регистрирующим прибором 10. Между кюветой с образцом 2 и дифракционными решетками 3 и 10 расположены заградительные металлические пластины 11 с отверстиями 12, расположенными таким образом, чтобы луч света полностью заполнял рабочую поверхность дифракционных решеток 3 и 10. Оптический луч на протяжении всего оптического пути имеет вид конуса, а диаметры отверстий 12 заградительных пластин 11 выбраны соответственно прохождению оптического луча.
Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла работает следующим образом.
Источник света 1 (лампа накаливания) и электродвигатель 5 питаются от источника постоянного тока (на блок-схеме не показан). Свет от лампы накаливания 1, проходит через модулятор 6 вращающийся от
электродвигателя 5, попадает на оптопару 7, которая включает синхронный усилитель 8, далее попадает на дифракционную решетку 3, которая отделяет необходимый для возбуждения люминесценции диапазон спектра, попадающий на кювету 2 с исследуемым образцом. Свечение (люминесценция) от исследуемого образца попадает на дифракционную решетку 10, далее диапазон спектра попадает на фотоэлемент 4, преобразующий его в электрический сигнал, который поступает в синхронный усилитель 8 и далее - в регистрирующий прибор 10, фиксирующий изменение выходного напряжения синхронного усилителя 8. Величина выходного напряжения синхронного усилителя 8 зависит от интенсивности люминесценции. Заградительные пластины 11 уменьшают рассеивающий свет и повышают чувствительность устройства, а, следовательно, и точность измерения.
Было отобрано несколько образцов из трансформаторов, у которых в лабораторных условиях определены такие параметры как пробивное напряжение - Uпр и тангенс угла диэлектрических потерь - tgδ.
Результаты испытаний приведены в таблице
№ образца
Марка масла
Uпр, кВ
tgδ, при 90°C
1
ГК (0 К)
40,4
0,27
2
ГК (3 К)
44
0,15
3
ГК (7 К)
37,2
0,12
4
ГК (7 БК)
43,5
0,08
5
ГК (12 Б)
37,1
0,17
6
ТКп (0 К)
28,4
0,33
7
ТКп (9 БК)
31,6
0,47
8
ТКп (9 БК)
37,5
0,32
9
ТКп (28 К)
32
0,3
Были также измерены спектры люминесценции этих образцов, которые представлены на фиг.2
Как показали исследования интенсивность люминесценции масла изменяется, а сама структура спектра сохраняется, что говорит об изменении количественного состава люминесцирующих молекул. На длине волны λ=400 нм наблюдается пик наибольшей интенсивности люминесценции масла. Для каждого из образцов масел (таблица 1) с помощью предполагаемого устройства, сопряженного с персональным компьютером были получены значения интенсивностей люминесценции и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ (фиг.3).
Как видно из фиг.3 с уменьшением тангенса диэлектрических потерь, т.е. с накоплением в масле продуктов окисления, коэффициент люминесценции увеличивается.
На основании исследований образцов трансформаторных масел получено уравнение, выражающее зависимость значения угла диэлектрических потерь трансформаторных масел от значений коэффициентов люминесценции в районе длины волны λ=400 нм, где коэффициент корреляции максимален (Г=0,9604) имеет вид:
У=-02663+0.3758*Х,
где У - значение тангенса угла диэлектрических потерь;
Х - величина выходного напряжения синхронного усилителя 8.
Таким образом, предложено устройство позволяет определить тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторного масла с высокой точностью и быстротой определения в течение 1,5-2 мин., тогда как раньше на это определение уходило около одного часа на один трансформатор.