Qu'est-ce que la Tangente Delta (δ) du Transformateur et Comment est-elle Testée ?

Le test Tan Delta est une méthode cruciale pour évaluer l'état du système d'isolation d'un transformateur. Tan Delta, également connu sous le nom de tangente d'angle de perte, est le rapport de la composante courant actif à la composante courant réactif dans les matériaux isolants, reflétant la perte diélectrique de l'isolation. En termes simples, plus la valeur tan δ est petite, plus la perte diélectrique du matériau isolant est faible et plus ses performances d'isolation sont meilleures. En mesurant la valeur tan δ, le degré de vieillissement et l'état d'humidité des matériaux d'isolation du transformateur peuvent être évalués, permettant la détection précoce de défaillances d'isolation potentielles. Ci-dessous, nous allons analyser en détail les classifications du delta tan et ses principes de mesure.

Perte diélectrique: sous l'action d'un champ électrique, la perte d'énergie à l'intérieur du matériau isolant due à l'effet hystérésis de la conductance diélectrique et de la polarisation diélectrique. Aussi appelé perte diélectrique, appelé perte diélectrique. Sous l'action du champ électrique alternatif, l'angle complémentaire δ de l'angle inclus (angle de facteur de puissance Φ) entre le phaseur de courant et le phaseur de tension écoulant dans le diélectrique est appelé angle de perte diélectrique.Sous l'action du champ électrique alternatif, la charge accumulée dans le diélectrique a deux composantes:

(1) puissance active. L'une est l'énergie consommée pour le chauffage, également connue sous le nom de composant en phase;

(2) Puissance réactive, également appelée composante hors phase. Le rapport de la composante hors phase à la composante en phase est appelé la tangente de perte diélectrique tanδ. tanδ = 1/WCR (où W est la fréquence angulaire du champ électrique alternatif; C est la capacité diélectrique; R est la résistance à la perte). La tangente de perte diélectrique est une quantité physique sans dimension.

1. La perte diélectrique du transformateur se réfère généralement à la perte diélectrique magnétique. Il comprend principalement deux parties: une partie est la perte d'hystérésis, et l'autre partie est la perte de courant tourbillonneux.

Perte d'hystérésis

La perte d'hystérésis est due à l'existence d'une "boucle d'hystérésis" dans le noyau de fer, de sorte que la différence de phase entre la force électromotive induite et le courant d'aimantation n'est pas égale à 90 degrés. Nous savons que si c'est 90 degrés, le courant est "réactif". Maintenant, il n'est pas égal à 90 degrés, ce qui équivaut à connecter un composant de courant actif en parallèle.

Par la formule de Steinmetz perte d'hystérésis,

K_h – hystérésis constante

W_h – Hperte d'ystérèse par unité de volume.

K_h – Coefficient d'hystérésis (en fonction du matériau de base)

f – Fréquence du champ magnétique.

B_m –Densité de flux magnétique maximale.

Perte de courant Eddy
C'est le résultat du courant induit dans le noyau en raison de l'induction électromagnétique dans le matériau ferromagnétique, qui circule sous forme de boucles de courant électrique à l'intérieur du conducteur.

Perte de courant Eddy,

W_e = K_e f)₂ B. Les_m² .t ² (W/m)³）

K_e – coefficient de courant de tourbillon

W_e –Perte de courant turbulent par unité de volume.

K_e –Coefficient de courant turbulent (dépendant de la résistivité du matériau)

f –Fréquence du champ magnétique alternatif.

B_m –Densité de flux magnétique maximale.

t –Épaisseur des stratifications en acier (feuilles).

La perte de courant tourbillonnant peut être réduite en utilisant un noyau de fer en feuilles stratifiées minces et un matériau à haute résistivité électrique. Il réduit le CEM induit et la quantité de flux de courant.

2. Explication spécifique :

Lorsque le transformateur fonctionne normalement, le champ magnétique généré par le courant secondaire latéral et la partie principale du courant primaire sont décalés. Le champ magnétique laissé après l'annulation devrait être approximativement égal au champ magnétique sans charge (lorsque le courant secondaire est zéro) (en supposant que la résistance et le flux de fuite sont ignorés). Par conséquent, le "courant d'aimantation" mentionné ci-dessus devrait être égal au courant sans charge du transformateur.
Idéalement, le courant sans charge devrait être à 90 degrés derrière la tension, qui est "réactive". Mais avec les pertes ci-dessus, ce retard n'est pas assez de 90 degrés. L'angle complémentaire δ de cet angle de retard peut également représenter la taille de la perte. La relation mathématique est très similaire à la perte diélectrique.

Lorsque le transformateur est sans charge, s'il n'y a pas de perte, les caractéristiques d'entrée du côté primaire devraient être équivalentes à une inductance pure. Avec perte, le courant d'entrée est équivalent à ajouter une résistance en parallèle à l'inducteur. tanδ doit être égal au rapport du courant sur cette résistance équivalente au courant sur l'inducteur.

Autres types de pertes de transformateurs:

1. Perte de fer ou perte de noyau
La perte de fer se produit dans le noyau du transformateur en raison du flux magnétique alternatif. Il se compose de la perte de courant de tourbillon et de la perte d'hystérésis.

Perte de fer = perte d'hystérésis + perte de courant d'Eddy

Se référant aux équations suivantes de l'hystérésis et de la perte de courant de tourbillon,

La perte de courant Eddy et la perte d'hystérésis dépendent des propriétés magnétiques du matériau de noyau, de la fréquence f de l'alimentation AC et de la densité de flux maximale Bm-.

2. Perte de cuivre
La perte de cuivre se produit en raison de la résistance ohmique dans l'enroulement primaire et secondaire.
Calculer la perte de cuivre dans l'enroulement primaire et secondaire,

Perte totale de cuivre, P_cu = I₁²R₁ + I₂²R_2;

Les valeurs de la résistance R 1 de l'enroulement primaire et R 2 de l'enroulement secondaire sont constantes.

I₁courant primaire, I₂ – courant secondaire

Ensuite, il est clair de l'équation ci-dessus que la perte de cuivre varie avec la quantité de courant (carré du courant) à travers les enroulements.
3. Perte diélectrique

Il se produit dans le matériau isolant et l'huile du transformateur. Les huiles de transformateur sont sujettes à changer leurs paramètres tels que la résistance diélectrique, le delta du bronzage, l’humidité, les paramètres chimiques (impuretés dissoutes – dissolution du cuivre), les paramètres physiques, etc…

Points supplémentaires
La perte de fer (perte d'hystérésis, perte de courant de tourbillon) et la perte diélectrique sont des pertes sans charge qui sont indépendantes de la charge du transformateur.
2.Alors que la perte de cuivre et la perte errante varient avec le courant de charge.
La perte de fer est une perte constante et la perte de cuivre est une perte variable.
La perte de cuivre est déterminée par le test de court-circuit et la perte de fer est déterminée par le test de circuit ouvert.

La mesure du tan Delta est importante pour les transformateurs. Tout d'abord, il aide à identifier le vieillissement et la détérioration de l'isolation interne. Au fil du temps, les matériaux d'isolation d'un transformateur se dégradent en raison des contraintes électriques, thermiques et influences environnementales, ce qui entraîne une diminution des performances diélectriques. et des valeurs tan δ augmentées. La mesure régulière de la valeur tan δ permet la maintenance et la réparation avant que les problèmes ne se transforment en défaillances graves, empêchant ainsi les coupures d'électricité soudaines et les dommages à l'équipement. Deuxièmement, la mesure de tan Delta peut détecter les conditions d'humidité dans les enroulements du transformateur. L'humidité dans les matériaux d'isolation augmente considérablement la valeur de tan δ, ce qui peut entraîner des pannes d'isolation et des défaillances de court-circuit. Grâce à des mesures régulières, les problèmes d'humidité peuvent être identifiés et résolus rapidement, assurant le fonctionnement sûr du transformateur. De plus, les tests tan Delta peuvent être utilisés pour le contrôle de qualité et l'acceptation de nouveaux équipements, assurant la conformité aux spécifications techniques et aux normes de performance.

En résumé, la mesure de tan Delta est une étape critique dans l'entretien du transformateur. La surveillance régulière de l'état d'isolation peut efficacement prolonger la durée de vie du transformateur, réduire le risque de pannes et améliorer la fiabilité et la sécurité du système électrique.

Voici la traduction anglaise, en conservant le ton professionnel et l'exactitude technique de votre description:

Les schémas suivants illustrent trois configurations de câblage typiques pour l'essai du facteur de puissance (Tan Delta) des transformateurs et des douilles:

GST-G (Essai d'échantillon mis à la terre avec garde) : Ce mode est utilisé pour tester l'isolation globale à la masse d'un transformateur mis à la masse. Les enroulements à haute tension sont raccourcis et alimentés, tandis que les enroulements non-essais sont mis à la terre. Le testeur utilise un circuit de protection pour contourner les courants de sol errants, permettant une mesure précise de l'isolation principale - une méthode de base pour le diagnostic de l'isolation du corps du transformateur.

UST (Test d'échantillon non fondu) - Mode transformateur: Cette configuration est spécialement conçue pour évaluer l'isolation entre les enroulements. L'enroulement haute tension est alimenté et l'enroulement basse tension est connecté comme entrée de signal. Comme l'échantillon n'est pas mis à la terre des deux côtés, ce mode mesure directement la perte d'isolation entre enroulements, éliminant complètement l'influence des courants de fuite sur la masse pour des résultats de haute précision.

UST - Mode d'essai de boîtier: Ce mode est dédié à tester l'isolation principale (C₁) des douilles capacitives. Le fil haute tension est relié au haut de la douille et le robinet d'essai est utilisé comme sortie de signal à l'instrument. Ce câblage évalue directement le niveau de dégradation de l'isolation à l'intérieur de la douille, fournissant des données critiques pour déterminer si le remplacement de la douille haute tension est nécessaire.

Ensemble, ces trois modes se complètent, offrant des tests complets de performances d'isolation couvrant à la fois le corps du transformateur et ses composants clés.

Transformeur Tan Delta Tester (JYC)

Processus d'essai du delta du bronze:

I. Préparation préalable à l ' essai

Pour garantir la validité des données et la sécurité du personnel, les conditions suivantes doivent être remplies avant d'entrer sur le site d'essai:

1. Isolation et décharge : Toutes les connexions haute tension et basse tension doivent être déconnectées. Le transformateur doit être complètement désénergétique et tous les enroulements doivent être mis à la terre de manière fiable pour décharger les charges résiduelles.

2. Enregistrement environnemental : Enregistrez la température et l'humidité ambiantes. Puisque les valeurs de Tan Delta sont très sensibles à la température, les valeurs doivent généralement être corrigées à un Référence standard 20°C.

3. Nettoyage de surface: Nettoyez la porcelaine/les puits et les bornes pour enlever la poussière, l'huile ou l'humidité. Cela empêche les courants de fuite de surface de déformer la précision de mesure.

4. Vérification automatique de l'équipement: Vérifiez la mise à la terre du testeur, assurez-vous que les câbles blindés sont intacts et effectuez un auto-test en circuit ouvert/court-circuit.

II. Modes de test et exécution

Sélectionnez la configuration de câblage appropriée en fonction de l'objet de test. Voici les trois principaux modes opérationnels :

1. Mode GST-G (test d'échantillon mis à la terre avec garde)

• Application : Mesurer l'isolation d'un composant de transformateur mis à la masse (par exemple, enroulements HV à la masse).

• Logique opérationnelle :

  • Sortie haute tension (HV): Se connecter à la borne de l'enroulement en cours d'essai.

  • Entrée d'essai (Cx): Non connecté (la mesure est effectuée en interne via le retour au sol).

  • Garde : Connectez les enroulements non testés (par exemple, les enroulements LV) au terminal Guard.

  • Objectif : Le circuit Guard contourne les courants errants provenant de composants non testés, assurant que seule l'isolation principale cible est mesurée.

2. Mode UST (test d'échantillon non fondu)

• Application : Mesure de l'isolation entre enroulements (par exemple, enroulement HV à enroulement LV).

• Logique opérationnelle :

  • Sortie haute tension (HV): Connecté à l'enroulement HV.

  • Entrée d'essai (Cx): Connecté à l'enroulement LV.

  • Logique : Les deux côtés du spécimen sont "flottants" (isolés du sol). Le courant traverse le matériau diélectrique directement dans le circuit de mesure.

  • Avantage : Cela élimine l'influence de la capacité au sol errante, offrant la plus haute précision pour analyser l'isolation interne complexe.

3. Mode d'essai de la douille (C₁ / C₂ )

• Application : Détection spécialisée des couches d'isolation pour les douilles capacitives.

• C₁ Test d'isolation principal (primaire):

  • HV plomb: Clipé sur le haut de la douille (HV Terminal).

  • Cx plomb: Clippé à la douille Robinet d'essai (End Shield).

  • Étape critique : Assurez-vous que la vis de mise à la terre du robinet d'essai est enlevée et que le robinet flotte. C'est la méthode la plus directe pour évaluer la dégradation de la douille interne.

• C₂ Test d'isolation (facultatif):

  • Pour mesurer l'isolation entre le robinet d'essai et la bride de mise à la terre, le robinet est utilisé comme entrée HV pendant que la bride reste mise à la terre.

III. Acquisition et analyse des données

1. Ramping de tension: Augmentez progressivement la tension d'essai. Observer la stabilité des données; Les sauts soudains dans le delta du Tan pendant la rampe indiquent souvent des décharges partielles internes ou des défauts d'isolation.

2. Correction de la température: Le delta du bronze augmente exponentiellement avec la température. Après le test, utilisez des facteurs de correction standard pour convertir la valeur mesurée en 20°C pour une comparaison significative avec les données d'usine.

3. Évaluation complète :

   • Analyse des tendances : Comparez avec les documents historiques (longitudinaux).

   • Référence : Comparez avec des unités similaires (latérales) et des normes de plaque de marque du fabricant.

   • Anomalies : Des valeurs élevées peuvent indiquer l'entrée d'humidité, le vieillissement de l'huile, le suivi du carbone ou une fuite d'eau dans la douille.

IV. Considérations des experts

• Décharge de sécurité: Après l'essai, l'équipement d'essai et l'échantillon doivent être entièrement déchargés avant de retirer les fils.

• Suppression des interférences: Dans les environnements à forte interférence (par exemple, les sous-stations alimentées), assurez-vous de l'utilisation de la technologie de décalage de fréquence (Fréquence variable) pour filtrer les EMI.

• Documentation : Chaque rapport d'essai doit inclure: le mode d'essai, les paramètres ambiants, la fréquence, le niveau de tension, la valeur de Tan Delta et la capacité (pF).

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Kingrun Transformer Instrument Co., Ltd.

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