Измерение тока холостого хода силового трансформатора – 2.4 Измерение тока и потерь ХХ

2.4 Измерение тока и потерь ХХ

2.4 Измерение тока и потерь холостого хода

2.4.1. Традиционное устройство для измерения тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении

Для условий эксплуатации опыт холостого хода (XX) при малом однофазном возбуждении обмоток является основным способом измерения тока и потерь холостого хода. Эти испытания производятся для трансформаторов мощностью 10000 кВ·A и более [30]. Измерение тока и потерь ХХ трансформаторов при вводе их в эксплуатацию и в процессе эксплуатации производится с целью выявления возможных витковых замыканий в обмотках, замыканий в элементах магнитопровода и замыканий магнитопровода на бак трансформатора.

На практике в полевых условиях на объектах энергетики персонал высоковольтной лаборатории для измерения тока и потерь холостого хода силового трансформатора при малом однофазном возбуждении использует устройство, содержащее источник регулируемого переменного напряжения, с помощью которого поочередно возбуждаются фазы низковольтной обмотки силового трансформатора ab, bс, ас при подключенных к ней с помощью соединительных проводов амперметра, ваттметра, вольтметра и частотомера, в то время как обмотки высокого и среднего напряжения трансформатора остаются свободными [22, 250, 252].

Снятие показаний приборов следует проводить одновременно. Опыты холостого хода рекомендуется проводить при малом напряжении 380/220 В.

Испытательное напряжение подаётся на обмотку ВН, а другие обмотки остаются свободными. Предпочтительно обмотки возбуждать линейным напряжением 380 В, так как фазное напряжение сети может иметь значительное отклонение от синусо­идальной формы кривой, что приведет к искажению результатов измерений.

Перед проведением опыта XX трансформатора, находящегося в эксплуатации, необходимо размагнитить его магнитопровод от остаточного

намагничивания, возникающего вследствие внезапного сброса питающего напряжения (отключение трансформатора от сети) и обрыва тока при его переходе не через нуль.

Снятие остаточного намагничивания производится пропусканием постоянного тока противоположных полярностей по одной из обмоток каждого стержня магнитопровода трансформатора.

Схема размагничивания обмоток силового трансформатора представлена на Рис. 2.29.

Процесс размагничивания осуществляется в несколько циклов. В первом цикле ток размагничивания должен быть не менее удвоенного тока XX трансформатора при номинальном напряжении. В каждом последующем цикле ток размагничивания должен быть примерно на 30% меньше тока предыдущего цикла. В последнем цикле ток размагничивания не должен быть больше тока XX трансформатора при напряжении 380 В.

Рис. 2.29. Схема размагничивания обмоток трансформатора.

К₁, К₂ — ключи, R₁, R₂^— реостаты

Согласно [30] измерение тока и потерь холостого хода в процессе эксплуатации производится по решению технического руководителя предприятия, исходя из результатов хроматографического анализа растворённых в масле газов. Отличие измеренных значений от исходных данных не должно превышать 30%.

Испытание трёхфазных трансформаторов производится путём пофазного измерения тока и потерь XX [22, 262]. Это позволяет измеренные значения потерь каждой фазы сопоставлять не только с заводскими данными, но и между собой, что даёт возможность выявить фазу обмотки, в которой имеется дефект (Рис. 2.30).

При пофазном возбуждении трёхфазных трансформаторов производятся три опыта.

В измеренные значения потерь XX вносятся поправки, учитывающие потери в схеме P_cx. Для определения мощности, потребляемой схемой, производится измерение потерь Р_сх при отсоединённом от измерительной схемы трансформаторе.

Потери,,,трансформатора рассчитываются по формуле

(2.10)

При отсутствии дефекта в трёхфазном трансформаторе потери и при допустимом отклонении ±5% практически равны. Потери на 25…50% (в зависимости от конструкции и числа стержней магнитопровода трансформатора) больше потерь и [250,252].

Недостатки устройства:

• наличие регулируемого автотрансформатора, вольтметра, амперметра, ваттметра, частотомера, множества соединительных проводов;

• процесс измерения не автоматизирован; необходимость сборки отдельной схемы для измерения тока и потерь холостого хода каждой фазы.

Для этой цели каждый раз оператор должен подниматься на силовой трансформатор для отсоединения и присоединения соединительных проводов устройства с аппаратными зажимами

б)

в)

Рис. 2.30. Схемы измерений тока и потерь холостого хода трёхфазного трёхобмоточного трансформатора при напряжении 380 В:

а)измерение I: закорочена фаза а, возбуждены фазы b и с;

б)измерение II: закорочена фаза b, возбуждены фазы a и c;

в)измерение III: закорочена фаза с, возбуждены фазы a и b.

РА — регулировочный автотрансформатор; А — амперметр, V— вольтметр;

W— ваттметр; H— частотомер

• выводов обмотки НН с применением защитных средств и приспособлений, т. е. затрачивается значительное время для подготовки измерений и снижается безопасность выполнения работ;

• устройство не вычисляет процентное отклонение потерь холостого хода по фазам обмотки силового трансформатора. При этом на погрешность измерения влияют составляющие кратных частот основной гармоники;

• учёт ошибки измерения потери холостого хода в измерительных приборах и проводах возможен лишь с помощью оператора, который вычисляет их вручную;

• для одновременной фиксации значений напряжений на всех приборах необходимо иметь несколько операторов;

• невозможность передачи данных измерений в персональный компьютер, чтобы использовать многофункциональность последнего, например протоколировать результаты измерения в электронном виде и на бумажном носителе.

2.4.2. Автоматизированное устройство для определения тока и потери холостого хода при малом однофазном возбуждении

На рис. 2.31 приведена структурная электрическая схема автоматизированного устройства для определения тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении, совмещённая со схемой электрических соединений [244].

Устройство содержит источник регулируемого переменного напряжения ИРПН с управляющим входом, цифровой регистратор ЦР, имеющий по одному каналу напряжения и тока, и управляющий выход, коммутирующий орган КО, имеющий два входа (1 и 2) и три выхода (3,4,5), а также управляющий вход (F), соединительный трёхпроводной кабель (ТК), исследуемый трансформатор (С7).

На рис. 2.32 приведены элементы блоков первой части упрощённой структурной схемы (рис. 2.3) цифрового регистратора.

Устройство работает следующим образом.

Оператор собирает электрическую схему, приведённую на Рис. 2.31, включает в сеть источник регулируемого переменного напряжения ИРПН и ЦР.

После этого ЦР через свой управляющий выход D подаёт сигнал на управляющий вход F коммутирующего органа КО. Коммутирующий орган подключает свои входы 1 и 2 соответственно к выходам 3 и 4 с помощью переключателей П₁ и П₂. Выходы 3 и 4 коммутирующего органа в свою очередь соединены соответственно с зажимами фазы а и b обмотки НН силового трансформатора посред­ством трёхпроводного соединительного кабеля СТК. Одновременно включается контакт К₁ коммутирующего органа.

Таким образом, подготавливается схема для измерения напряжения U_ab, тока I_ab, разности между током и напряжением, частоты сети и потерь холостого хода P_ab цифровым регистратором фазы ab трансформатора (Рис. 2.31).

После этого напряжение ИРПН автоматически плавно нарастает до определённого значения. Сигналы

studfile.net

Измерение холостого хода трансформаторов: параметры, периодичность, схемы

Мощность потерь силового трансформатора состоит из так называемых потерь в меди и потерь в стали. Первые связаны с протеканием тока нагрузки через проводники обмоток, имеющие определенное электрическое сопротивление. Потери же в стали обусловлены вихревыми токами, токами намагничивания, возникающими в магнитопроводе.

При проведении опыта холостого хода на одну обмотку подключается напряжение, другая остается разомкнутой. Мощность, потребляемая при этом трансформатором из сети, тратится в большей степени на намагничивание стали магнитопровода, в меньшей – на нагрев проводников обмотки, чем можно пренебречь. Поэтому этот опыт позволяет измерить мощность потерь в стали, называемыми потерями холостого хода.

Дополнительно, подключив вольтметр к оставшейся разомкнутой обмотке, можно измерить на ней напряжение, и по показаниям двух вольтметров рассчитать коэффициент трансформации. Но это измерение к самому опыту холостого хода не относится.

Опыту ХХ при вводе в эксплуатацию подвергаются:

-Все сухие трансформаторы, а также имеющие в качестве изолирующей и охлаждающей среды жидкий негорючий диэлектрик.

-Маслонаполненные трансформаторы, мощность которых более 1600 кВА.

-Трансформаторы собственных нужд электростанций, вне зависимости от их мощности.

В эксплуатации такие измерения проводятся только для трансформаторов с мощностью 1000 кВА и более, и только после капитального ремонта, связанного со сменой обмоток или ремонтом магнитопровода. По сетевым правилам возможно проведение измерений по распоряжению технического руководителя предприятия после того, как хроматографический анализ газов, растворенных в масле, дал настораживающие результаты. Но это касается только силовых трансформаторов с обмотками на напряжение 110 кВ и выше.

Порядок и схема измерения

Перед проведением опыта проводят процесс размагничивания магнитопровода испытуемого трансформатора. Для этого используется постоянный ток, пропускаемый через одну из обмоток стороны низкого напряжения. Подключение тока производится многократно, каждое последующее подключение происходит с изменением полярности и уменьшением величины. Начальное значение не должно быть меньше двойного значения ожидаемого тока холостого хода. При каждом последующем включении величина уменьшается на 30-40 %. Процесс заканчивается при токе, меньшим значения тока холостого хода.

Для проведения непосредственно опыта холостого хода на вторичную обмотку трансформатора подается номинальное напряжение, с отклонением от нормы ±5%. Вывод нейтрали, если он есть, при этом не используется. Напряжение при этом – строго синусоидальное, с номинальной частотой сети.

Для проведения измерений потребуется три лабораторных прибора, с классом точности не менее 0,5. Это амперметры, вольтметры и ваттметры. амперметры подключаются в каждую фазу последовательно. вольтметры включаются на линейное напряжение всех трех фаз. Токовые обмотки ваттметров подключаются последовательно с амперметрами. Обмотки напряжения ваттметров подключаются согласно приведенным схемам. Подается напряжение, с приборов снимаются показания.

Строго говоря, измерение производится по тем же схемам, которые использовались на заводе изготовителе для проведения опыта. Ведь полученные данные нужно будет сравнить с заводскими. Но, если источник трехфазного напряжения недоступен, можно выполнить три измерения, подавая напряжение на две фазы обмотки трансформатора, закорачивая третью, остающуюся свободной.

При этом используется только линейное напряжение, так как искажение формы кривой из-за нелинейных нагрузок в сети на него имеет минимальное влияние. По этим же схемам проводится опыт холостого хода при пониженном (малом) напряжении.

Анализ результатов измерения

При приемосдаточных испытаниях и капитальном ремонте полученные данные сравниваются с протоколом о соответствующих испытаниях, проведенных на заводе после изготовления трансформатора. Расхождение более 5 % не допускается.

Для однофазных трансформаторов в этих же случаях мощность потерь не должна отличаться от исходной величины более, чем на 10%.

В эксплуатации измеряется только ток холостого хода на основании опыта с номинальным напряжением или мощность потерь при пониженном. ПТЭЭП при этом не нормирует отклонения от нормы.

Однако, при подозрении на повреждение в трансформаторе метод измерения потерь с использованием трех последовательно проведенных опытов дает очень ценный результат. Поскольку обмотки фаз трансформатора находятся в неравных условиях, то можно не только вычислить, есть ли там дефект, но и определить дефектную фазу.

Путь магнитного потока при возбуждении выводов АВ и ВС одинаков. Поэтому и мощности потерь для опытов на этих фазах не будут отличаться. При возбуждении фаз АС путь, пройденный магнитным потоком, длиннее, поэтому мощность потерь будет на 25-50% превышать предыдущие. Сравнивая эти показатели, можно выявить, на какой фазе есть дефект.

pue8.ru

Измерение тока и потерь холостого хода / Справка / Energoboard

В соответствии с требованиями ПУЭ производится одно из измерений:
а) при номинальном напряжении. Измеряется ток холостого хода. Значение тока не нормируется;

 

б) при малом напряжении. Измерение производится с приведением потерь к номинальному напряжению или без приведения (метод сравнения).
Опытом холостого хода трансформатора называется включение одной из его обмоток (обычно низкого напряжения) под номинальное напряжение. Потребляемый при этом ток называют током холостого хода Iхх (обычно выражают в % от Iном).

Таблица 2.10. Векторные диаграммы и расчетные формулы для определения группы соединения силовых трансформаторов

Группа соединения	Угловое смещение ЭДС, 0	Возможное соединение обмоток и векторная диаграмма линейных ЭДС	Ub-B(Ux-X)	Ub-C	Uc-B
			Номер формулы
0	0	ΥΥ; ΔΔ; ΔΖ	1	2	2
1	30	ΥΔ; ΥΔ; ΔΖ	3	3	4
11	330	ΥΔ; ΔΥ; ΥΖ	3	4	3

Примечание: Формулы табл. 2.10

где U2 > и Кл соответственно линейное напряжение на зажимах обмотки низшего напряжения и линейный коэффициент трансформации.

Потребляемую при этом активную мощность называют потерями холостого хода Рхх (кВт). Эта мощность расходуется, в основном, на перемагничивание электротехнической стали (потери на гистерезисе) и на вихревые токи. Ток и потери холостого хода являются паспортными данными силовых трансформаторов.

Потери холостого хода трансформаторов Рхх, измеренные при нормальной частоте и весьма малом возбуждении (порядка нескольких процентов от номинального напряжения трансформатора), можно пересчитать к потерям холостого хода при номинальном напряжении по формуле

 

где Р’хх= Ризм – Рпр потери, измеренные при подводимом при измерении напряжении (возбуждении) U;
Рпр и Ризм — соответственно мощность, потребляемая приборами и суммарные потери в трансформаторе и приборах.
n — показатель степени, равный для горячекатаной стали 1,8; для холоднокатаной стали — 1,9.

Заводы-изготовители производят измерения потерь холостого хода при номинальном напряжении и при малом (обычно 380 В) напряжении.

Измерение потерь холостого хода может быть произведено также при напряжении, равном 5 — 10% номинального. Отличие полученных значений потерь от заводских данных должно быть не более 10% для однофазных и не более 5% для трехфазных.

Измерение потерь холостого хода производится при напряжении и по схемам, указанным в протоколе испытания завода-изготовителя.

Если завод-изготовитель производил измерения потерь холостого хода только при номинальном напряжении трансформатора, то следует измерение потерь холостого хода произвести при напряжении 380 В и выполнить пересчет их к номинальному напряжению по формуле, указанной выше.

В дальнейшем измерение потерь холостого хода следует производить при напряжениях 380 В. У исправных трехфазных трехстержневых трансформаторов соотношение потерь, как правило, не отличается от соотношений, полученных на заводе-изготовителе, более, чем на 5%.

Для трансформаторов, имеющих переключающее устройство с токоограничивающим реактором, дополнительно производится опыт холостого хода на промежуточном положении «Мост».

Измерение потерь холостого хода при напряжении 380 В следует производить до измерения сопротивления обмоток постоянному току и прогрева трансформатора постоянным током.

При измерении потерь и тока холостого хода следует применять измерительные приборы класса точности 0,5. Для измерений могут использоваться переносные измерительные комплекты типа К-50 (К-51).

При измерении потерь и тока холостого хода при номинальном напряжении обмоток выше 0,4 кВ рекомендуется применять измерительные трансформаторы класса точности 0,2.

Потери холостого хода трехфазных трехстержневых трансформаторов измеряют при трехфазном или однофазном возбуждении.

При трехфазном возбуждении измерения производят двумя однофазными ваттметрами или одним трехфазным ваттметром (см. рис. 2.9).

Измеренные потери определяются как алгебраическая сумма потерь, измеренных каждым ваттметром. Потери в трансформаторе определяют как разность измеренных суммарных потерь и потерь в приборах (см. рис. 2.10), поскольку потери в приборах могут быть соизмеримы с потерями холостого хода.

 

 

 

Ток холостого хода трансформатора определяют как среднеарифметическое значение токов трех фаз.

При измерении потерь холостого хода при однофазном возбуждении напряжением 380 В проводят три опыта с приведением трехфазного трансформатора к однофазному путем поочередного замыкания накоротко одной из его фаз и возбуждении двух других фаз.

Первый опыт — замыкают накоротко обмотку фазы А, возбуждают фазы В и С трансформатора и измеряют потери.
Второй опыт — замыкают накоротко обмотку фазы В, возбуждают фазы А и С трансформатора и измеряют потери.

 

Соединение первичной обмотки в треугольник

Соединение первичной обмотки в звезду с выведенной нулевой точкой

Третий опыт — замыкают накоротко обмотку фазы С, возбуждают фазы А и В трансформатора и измеряют потери.

 

 

Группа соединения Y/Δ

 

Обмотки любой фазы замыкают накоротко на соответствующих выводах одной из обмоток трансформатора. Схемы однофазного возбуждения трехфазного трансформатора для измерения потерь при малом напряжении для различных групп соединений приведены на рис. 2.11.

Потери в трансформаторе при напряжении U’

 

где U’ — приложенное напряжение при замерах потерь холостого хода;
P’0АВ, Р’0ВС, Р’0АС — потери, определенные при указанных выше опытах (за вычетом потерь в приборах) при одинаковом значении подводимого напряжения.

Приведенные к номинальному напряжению потери трансформатора измеренные при некотором малом напряжении U’ определяются

где n — зависит от сорта трансформаторной стали: для горячекатаной 1,8; для холоднокатаной 1,9.

При отсутствии дефектов и одинаковых значениях подведенного напряжения, приближенные соотношения между значениями фазовых потерь будут следующими:

• при соединении возбуждаемой обмотки в звезду (с доступной нейтралью) или треугольник потери, измеренные при подведении питания к выводам обмоток фазы «А» и «С» практически одинаковы и, как правило, не менее, чем на 25% больше потерь, измеренных при подведении питания к выводам обмотки средней фазы «В»;
• при соединении возбуждаемой обмотки в звезду без доступной нейтрали потери, измеренные при подведении питания к выводам «АВ» и «ВС», практически одинаковы, а потери, измеренные при подведении питания к выводам «АС» на 25% больше потерь, измеренных при подведении питания к выводам «АВ» и «ВС».

Необходимо иметь ввиду, что если измеряют потери у нескольких одинаковых трансформаторов (одинаковая трансформаторная сталь и одинаковая величина подводимого напряжения), то у сравниваемых трансформаторов одинаковым значениям потерь холостого хода при номинальном напряжении (указанным заводом-изготовителем), должны соответствовать приблизительно одинаковые значения потерь при малом напряжении. Кроме того, у одинаковых трансформаторов соотношения фазовых потерь должны быть приблизительно равными.

 

energoboard.ru

Измерение тока холостого хода трансформатора напряжения

Трансформаторные системы являются важной составляющей энергоснабжения на любом уровне. От их исправности и эффективности зависит количество энергопотерь, стоимость и рентабельность энергоснабжения как отдельных точек, так и крупных муниципальных образований. Для того, чтобы снизить убыточность, необходимо регулярно производить расчеты, измерения и снижение холостого хода устройств.

Содержание:

Режимы работы трансформаторных устройств

На данный момент насчитывается порядка десяти типов различных трансформаторных устройств. Все их объединяет единый принцип изменения переменного напряжения и конструктивная схожесть. Соответственно, каждый из трансформаторов способен работать в трех основных режимах: холостого хода, короткого замыкания и нагрузки.
Режим холостого хода позволяет производить рад замеров, данные которых необходимы для комплексного анализа эффективности работы устройств. Первые испытания проводятся для определения и проверки соответствия паспортным значениям технических данных трансформатора в целом и каждого из его узлов в частности перед сдачей прибора в эксплуатацию. Пусконаладочные работы выявляют скрытые неисправности и позволяют исправить их до начала интенсивного использования устройства. Какие-то из них проводятся еще на этапе сборки, а какие-то уже после того, как залито масло.

Этапы пусконаладочных испытаний ↑

Первичные тестирования на работоспособность проводятся сразу по нескольким направлениям. К обязательным относятся:

• Замеры данных по потерям холостого хода.
• Замеры омического сопротивления всех имеющихся обмоток.
• Определение коэффициента трансформации.
• Тестирование группы соединения обмоток.
• Проверка изоляции.

В данном случае важную роль играет последовательность произведения всех видов вышеназванных испытаний.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения диагностики трансформаторов, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать диагностику трансформаторов или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34.

Измерения тока холостого хода ↑

Измерение тока холостого хода трансформатора напряжения производится только специалистами с уровнем квалификации — не меньше 3 группы безопасности и при наличии соответствующих средств защиты. Поэтому информация о том, как измерить ток холостого хода трансформатора является скорее ознакомительной нежели практикоприменимой для людей, не имеющих соответствующего уровня подготовки. Для измерений используется опыт холостого хода.

Основные рекомендации:

• Все замеры необходимо производить при напряжении в 220 — 380 В, подавая его только на одну обмотку и оставляя остальные полностью свободными. Контролируйте напряжение с помощью вольтметра.
• До начала проведения измерений эксплуатируемых трансформаторов обязательно размагнитьте его магнитопровод, так как в нем все еще имеется остаточное намагничивание, возникшее из-за резкого сброса напряжения. Сделать это можно, пропустив постоянный ток с противоположной полярностью по одной обмотке для каждого стержня.
• Источником постоянного тока могут быть аккумуляторы переносного типа или выпрямительные устройства.
• Если вы производите замеры для трехфазного трансформатора, делать это следует с пофазно измеряя ток и потери. Так вы сможете не только обозначить отклонения от заводских параметров, но и выявить неисправную фазу.

Всего используют три способа измерить ток холостого хода трансформатора и его потери, поочередно коротко замыкая одну из фаз и возбуждая оставшиеся две.

Уменьшение холостого хода трансформатора ↑

Во многом ответ на вопрос «как уменьшить ток холостого хода трансформатора», следует искать еще на этапе сборки устройства. Довольно большой процент всех дефектов возникает именно по вине сборщиков, допускающих существенные ошибки и не учитывающих специфику и условия использования трансформаторных приборов и систем в реальных эксплуатационных условиях.

Внимание важно на каждом этапе сборки трансформатора, так как потери холостого хода напрямую влияют на КПД.

На самом деле есть несколько распространенных путей снижения потерь, но далеко не все из них эффективны и рентабельны. Например, можно снизить величину магнитного потока за счет увеличения числа витков в обмотке, но это приведет к перерасходу провода и общему удорожанию. В данном случае об экономии речи идти не может.

Можно применить другой тип электротехнической стали с высокими показателями сопротивления, но это также приведет к общему удорожанию самого устройства.
Если использовать тонкие пластины, изолированные друг от друга, то число потерь от вихревых токов значительно снизится, так же, как и применение сплошных пластин с косыми стыками.

Что нужно учитывать при сборке трансформатора? ↑

Специалисту прежде всего следует знать, что от его аккуратности и профессионализма зависит столько же, сколько и от качества материалов. На что именно стоит обратить внимание при сборке трансформатора?

Современные трансформаторы используют сталь с низким сопротивлением механическому воздействию. А это значит, что даже резкая штамповка пластины может значительно снизить магнитные свойства материала в зоне среза. Изгибы, вмятины и царапины способны легко нарушить ориентацию кристаллической решетки, увеличив удельные потери. Поэтом, чтобы восстановить магнитные характеристики стали до исходных, все пластины в обязательном порядке проходят высокотемпературный отжиг еще до начала сборки магнитопровода.
В дальнейшем специалисту следует быть особенно осторожным во время проведения комплектации магнитопровода,а также расшихтовке. Ведь именно в этот момент вероятность повторного повреждения стали наиболее высока.

Как снизить потери в обмотках? ↑

Большие объемы энергопотерь происходят именно в обмотках и именно от токов нагрузки. Снизить их можно увеличением диаметра обмоточных проводов. Метод этот эффективен, но не рентабелен, увеличив одно, возникнет необходимость увеличить другое, а это неизбежно приведет к росту массы активных материалов и…  потерь холостого хода в трансформаторе.
Есть и другой способ — тщательно следить за симметрией обмоток, так как даже незначительное отклонение способно спровоцировать увеличение рассеяния и потери. Мало того, добавочные потери способны привести к перегреву отдельных элементов, что тоже не желательно.
Сборщику необходимо пристально следить за тем. Чтобы обмотки не смещались относительно друг друга, каналы между ними были равномерны, а расположение на сердечнике — концентрическим.
Таким образом, помимо правильной эксплуатации, регулярных проверок и соблюдения всех рекомендаций, залогом бесперебойной работы трансформатора с минимальными потерями является профессионализм его сборщиков. Уменьшить холостой ход трансформатора довольно сложно в процессе его использования, поэтому к заводским параметрам предъявляются такие высокие требования.

energiatrend.ru

Пусконаладочные испытания силовых трансформаторов | Практика

Назначение, объем и порядок испытаний

Пусконаладочные испытания предназначены для проверки основных технических данных трансформатора и отдельных его узлов перед включением трансформатора в эксплуатацию, а также выявления скрытых неисправностей. Часть вышеуказанных измерений и испытаний проводят в процессе монтажа трансформатора, часть — после окончательной сборки и заливки маслом.

Измерение параметров изоляции входит в оценку состояния изоляции трансформатора. В объем пусконаладочных испытаний входят:
1) измерение потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении;
2) измерение омического сопротивления обмоток;
3) измерение коэффициента трансформации;
4) проверка группы соединения обмоток;
5) испытание изоляции приложенным напряжением.

При производстве пусконаладочных работ необходимо соблюдать определенную последовательность в выполнении перечисленных испытаний.

Измерение потерь холостого хода следует проводить до подачи постоянного напряжения на обмотки трансформатора, так как постоянное напряжение может вызвать дополнительное намагничивание магнитной системы и, как следствие, получение неудовлетворительных результатов измерений, поэтому потери холостого хода при малом возбуждении измеряют до нагрева трансформатора постоянным током и до измерения активных сопротивлений обмоток.

Активное сопротивление обмоток следует измерять при установившейся температуре трансформаторов до нагрева или после остывания, для того чтобы избежать ошибочных результатов, связанных с неравномерной температурой отдельных обмоток

Испытание изоляции приложенным напряжением следует проводить после оценки ее состояния. Нарушение этой последовательности может вызвать повреждение вполне доброкачественного трансформатора. Например, при испытании электрической прочности изоляции пробой в трансформаторе может быть вызван низким качеством залитого масла, наличием влаги в изоляции, загрязнением и другими недостатками, контролируемыми при оценке изоляции.

Очередность проведения измерения коэффициента трансформации и определения группы соединений обмоток не установлена.

Ввиду сложности пусконаладочных испытаний, необходимости соответствующего опыта в проведении работ и специального оборудования и приборов такие испытания проводят специализированные наладочные организации или лаборатории. Результаты измерений и испытаний оформляют соответствующими протоколами, прилагаемыми к технической документации по монтажу трансформатора.

Особое внимание при испытаниях следует уделить безопасности проведения работ.

 

Измерение потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении

Эти испытания производятся для трансформаторов мощностью 10000 кВА и более. Потери холостого хода при малом однофазном возбуждении измеряют по схемам, приведенным на рисунке 1,а. Для трехфазных трансформаторов выполняют три однофазных опыта путем поочередного замыкания накоротко одной из фаз и возбуждения двух других фаз трансформатора.

а — схемы последовательного закорачивания фаз: слева направо закорочены соответственно фазы с, b, а; б — схема подключения приборов; в — схема подключения питания при размагничивании
Рисунок 1 — Измерение потерь холостого хода при малом возбуждении с последовательным закорачиванием фаз

В первом опыте накоротко замыкают обмотку фазы А и возбуждают фазы В и С. При этом измеряемые потери будут характеризовать потерю энергии на возбуждение фаз В и С магнитопровода. Аналогичные опыты производят при поочередно закорачиваемых других фазах.

Замыкание накоротко обмотки любой фазы можно производить на соответствующих выводах любой из обмоток трансформатора, учитывая при этом действительную схему соединения обмоток трансформатора. При измерении обычно подводят напряжение и закорачивают накоротко одну из фаз на стороне низшего напряжения трансформатора, добиваясь таким образом большего возбуждения магнитной системы.

При испытании измеряют подводимое напряжение и суммарную мощность, потребляемую испытуемым трансформатором и измерительными приборами. Затем определяют потребление измерительных приборов (Рпр) путем измерения или расчета. Измерение потребления приборов производят по схеме на рисунке ,б. Потребление приборов можно определить также по формуле:

Рпр = U2/Rv+ U2/Rw,

где U — подводимое переменное напряжение, В;
Rv — сопротивление вольтметра, Ом;
Rw — сопротивление обмотки напряжения ваттметра, Ом.

Потери в испытуемом трансформаторе вычисляют по формуле:

Ро’=Ризм—Рпр.

В трехфазных трансформаторах потери, измеряемые по схемам с закорачиванием фаз А и С, должны быть практически равными, а измеренные по схеме с закорачиванием фазы В — больше последних. Это объясняется различной длиной пути замыкания магнитного потока при возбуждении трансформатора по указанным схемам измерения. При возникновении какого-либо короткозамкнутого витка для одного из стержней магнитопровода соотношение потерь, измеренных по этим схемам, изменится, причем появление короткозамкнутого витка вызывает увеличение потерь, поэтому «дефектной» будет та фаза, при закорачивании которой будут измерены наименьшие потери. Это явление используется для оценки состояния трансформаторов.

Полученные результаты оценивают путем сравнения их со значениями, измеренными при изготовлении и приведенными в паспорте трансформатора. Для сравнения результатов измерение потерь производят по схемам и при напряжении, указанном в паспорте трансформатора.

Для трансформаторов на напряжение до 35 кВ включительно измеренные потери для каждой из схем не должны отличаться более чем на 10% значений, полученных при изготовлении. Отношение потерь, измеренных при закорачивании фаз А и С (РА/РС), а также отношение этих потерь к потерям, полученным при закорачивании фазы В (РВ/РА и РВ/РС), не должны отличаться в пределах погрешности измерений от таких же отношений, полученных при измерении на заводе.

Для однофазных трансформаторов на напряжение 110 кВ и более полученные потери не должны отличаться более чем на 10% от потерь, измеренных при изготовлении трансформаторов.

Для трехфазных трансформаторов на напряжение 110 кВ и выше соотношение потерь, измеренных по указанным выше схемам (РА/РС, РВ/РА и РВ/РС), не должно отличаться больше чем на 5% таких же соотношений потерь, полученных при изготовлении.

Если трансформаторы имеют реакторные переключающие устройства, то измерение потерь холостого хода дополнительно производят на промежуточном положении регулятора «Мост». Результаты оценивают аналогично путем сравнения их с заводскими значениями на данном положении устройства. На результаты измерений значительное влияние оказывает намагничивание магнитопровода вследствие протекания по обмоткам трансформатора постоянного тока. В этих случаях для измерения потерь трансформаторы размагничивают.

Размагничивание производят путем подачи на обмотки постоянного тока с изменяющейся полярностью. Схема размагничивания трансформатора показана на рисунке 1,в. При помощи реостата плавно увеличивают ток в обмотке трансформатора до значения, равного 1,1 тока холостого хода. Затем также плавно снижают ток до 0 и, переключая полярность, увеличивают ток до значения 1,1 тока холостого хода. Такие циклы изменения тока производят при значениях тока 0,8; 0,6; 0,4 и 0,2 Iхх. Затем, снизив ток до 0, отключают источник питания постоянного тока и повторяют измерение потерь холостого хода.

Возможно произвести размагничивание трансформаторов методом кратковременной подачи на обмотки номинального напряжения в режиме холостого хода трансформаторов. Методика проведения измерений потерь холостого хода на однофазном пониженном напряжении должна соответствовать ГОСТ 3484-77.

 

Измерение активного сопротивления обмоток

Измерение сопротивления обмоток постоянному току производят для проверки состояния электрических контактных соединений и целостности электрической цепи обмоток трансформатора. Наиболее характерными дефектами, которые обнаруживаются при этом измерении, являются:
1) обрыв одного или нескольких из параллельных проводов в отводах;
2) нарушение пайки;
3) недоброкачественный контакт присоединения отводов обмотки к вводам;
4) недоброкачественный контакт в переключателях ПБВ или устройствах РПН;
5) неправильная установка привода ПБВ.

Обычно в условиях монтажа сопротивление измеряют при помощи амперметра и вольтметра методом падения напряжения. На рисунке 2,а, б показаны две принципиальные схемы подключения приборов при измерении. Схему на рисунке 2,а применяют при измерении малых значений сопротивлений от долей Ома до нескольких Ом, а схему на рисунке 2,б — при измерении больших значений сопротивления. Правильный выбор схемы измерения исключает значительные погрешности из-за падения напряжения в приборах, которые обычно при вычислении значения сопротивления не учитываются.

Рисунок 2 — Схемы измерения сопротивления обмотки постоянному току

В практике в основном применяют схему на рисунке 2,а. При сборке этой схемы цепи тока и напряжения разделяют, т. е. выполняют отдельными проводами, чтобы исключить из измеряемого сопротивления сопротивление проводов цепи тока и переходным сопротивления в местах подключения цепей и напряжения к вводам трансформатора. Цепь измерения напряжения должна подключаться непосредственно к токоведущим шпилькам вводов испытываемой обмотки. Обычно сопротивление измеряют при напряжениях до 24 В и токах до 10 А. При этом ток не должен превышать 20% номинального тока обмотки.

Пределы измерения приборов должны быть выбраны такими, чтобы при измерениях отклонение по стрелке было во второй половине шкалы. Класс точности приборов должен быть не более 0,5. В качестве источника питания, как правило, применяют кислотные или щелочные аккумуляторные батареи.

Сопротивление реостата выбирают в 8—10 раз больше, чем сопротивление измеряемой обмотки. Измерение производят следующим образом. Включают рубильник и при помощи реостата устанавливают необходимый ток в цепи. В результате индуктивности обмотки ток будет постепенно возрастать до установившегося значения. После установления тока записывают показания вольтметра и амперметра. Вольтметр включают после установления тока в цепи, а выключают перед отключением рубильника. Невыполнение этого порядка включения и отключения вольтметра может привести к его повреждению.

При измерении сопротивления обмотки, обладающей большой индуктивностью, для уменьшения времени установления тока в цепи производят кратковременное форсирование (увеличение) тока путем шунтирования реостата кнопкой. Время установления тока при измерении сопротивления обмоток больших трансформаторов достигает 30 минут и более. Сопротивление измеряют для каждой обмотки трансформатора на всех положениях переключающего устройства. Оценку результатов производят путем сравнения полученных значений с данными, указанными в паспорте трансформатора.

Для однофазных трансформаторов полученные значения не должны отличаться больше чем на 2% значений, указанных в паспорте при одинаковой температуре и на тех же регулировочных ответвлениях.

Для трехфазных трансформаторов сопротивления, полученные на одинаковых ответвлениях разных фаз, не должны отличаться друг от друга более чем на 2%. если в паспорте нет специальных указаний.

Полученные значения сопротивления обмотки постоянному току приводят к температуре, указанной в паспорте трансформатора по формуле:

Rx = R₀(235+tx)/(235+t₀),

где Rx — значение сопротивления при температуре, указанной в паспорте tx, Ом;
R₀ — значение сопротивления при температуре измерения t₀, Ом;
t₀ — температура измерения, °С;
tx — температура, указанная в паспорте, °С.

За температуру масляного трансформатора, ранее не включавшегося и не подвергавшегося нагреву, принимают температуру верхних слоев масла при условии, что измерение сопротивления производят не ранее чем через 30 минут после заливки масла для трансформаторов мощностью до 1000 кВА включительно и не ранее чем через 60 минут для трансформаторов большой мощности.

Методика проведения измерения сопротивления обмоток должна соответствовать ГОСТ 3484 77.

 

Измерение коэффициента трансформации

Коэффициентом трансформации называют отношение напряжения обмотки ВН к напряжению обмотки ИН при холостом ходе трансформатора. Коэффициент трансформации определяют для всех ответвлений обмоток и для всех фаз. Для трехобмоточных трансформаторов достаточно проверить коэффициент трансформации для двух пар обмоток. Путем измерения коэффициента трансформации могут выявляться следующие отклонения:
1) неправильное подсоединение отводов РПН;
2) неправильная установка привода ПБВ.

Коэффициент трансформации определяют методом двух вольтметров. Измерение производят двумя вольтметрами класса не ниже 0,5 следующим образом. К одной из обмоток трансформатора подводят напряжение и измеряют его одним из вольтметров. Одновременно другим вольтметром измеряют напряжение на другой обмотке. Чтобы избежать применения измерительных трансформаторов напряжения, переменное напряжение 220—380 В подводят к обмотке ВН.

При испытании трехфазных трансформаторов коэффициент трансформации определяют по линейным напряжениям на соответствующих одноименных линейных выводах обеих проверяемых обмоток или по фазным напряжениям соответствующих фаз. Коэффициент трансформации по фазным напряжениям измеряется при однофазном и трехфазном возбуждении.

Если схема соединения измеряемых обмоток ∆/Y или Y/∆, коэффициент трансформации измеряют при однофазном возбуждении с поочередным закорачиванием фаз (рисунок 3). Одну из фаз, соединенных в треугольник, накоротко замыкают путем соединения двух соответствующих выводов данной обмотки, а напряжение подают на две оставшиеся фазы. Полученное значение коэффициента должно быть равно 2 Кф при питании со стороны звезды или Кф/2 при питании со стороны треугольника, где Кф — фазный коэффициент трансформации.

Рисунок 3 — Схема измерения фазного коэффициента трансформации при соединении обмоток ∆/Y и Y/∆

Если схема соединения измеряемых обмоток ∆/∆ иле Y/Y фазный коэффициент можно измерять при трехфазном возбуждении, если предварительно установлено, что несимметрия напряжения практически не снижает точности измерения, или при однофазном возбуждении с закорачиванием фаз. Фазный коэффициент трансформации в основном определяют для выявления причин неудовлетворительных значений линейного коэффициента.

Коэффициент трансформации измеряют также методом моста или образцового трансформатора. Однако эти методы не находят широкого применения при монтаже.

Полученные значения коэффициента трансформации на всех ответвлениях не должны отличаться более чем на 2% значения, рассчитанного по номинальным напряжениям.

Методика определения коэффициента трансформации должна соответствовать ГОСТ 3484-77.

 

Проверка группы соединения обмоток

Группа соединения характеризует угол сдвига векторов ЭДС в обмотках ВН, СН и НН одноименных фаз трансформатора. Тождественность групп соединения обмоток различных трансформаторов является основным условием их параллельной работы, несоблюдение этих условий вызывает возникновение при параллельной работе значительных уравнительных токов, которые в некоторых случаях могут во много раз превосходить номинальные. Это обстоятельство в основном определяет необходимость проверки группы соединения обмоток трансформаторов после их монтажа. В практике случаи несоответствия группы, указанной в паспорте трансформаторов, случаются чрезвычайно редко.

Наиболее характерными недостатками, выявленными при проверке группы соединения обмоток, являются:
1) неправильно выполненная маркировка вводов трансформатора;
2) неправильное подсоединение отводов обмоток к вводам.

При испытании трехобмоточных трансформаторов проверяют группу соединения между двумя парами разных обмоток. Проверку группы соединения обмоток трансформаторов на монтаже производят главным образом по методу двух вольтметров для трехфазных и методу постоянного тока для однофазных трансформаторов.

Метод двух вольтметров основан на совмещении векторных диаграмм первичного и вторичного напряжения и измерений напряжений между соответствующими вводами с последующим сравнением полученных значений с расчетными.

Для совмещения векторных диаграмм выводы А и а испытуемого трансформатора соединяют между собой. Затем к одной из обмоток подводят напряжение обычно не более 380 В и измеряют последовательно напряжение между выводами в-В, в-С и с-В — при испытании трехфазных трансформаторов и выводами х-Х — при испытании однофазных трансформаторов (рисунок 4,а).

а — методом вольтметра; б — методом подачи постоянного тока
Рисунок 4 — Схемы измерения группы соединения обмоток

Полученные значения сравниваются с расчетными, которые предварительно вычисляют по формулам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1 — Расчетные значения измеряемого напряжения при проверке групп соединения обмоток методом двух вольтметров

Группа соединения	Угол смещения векторов напряжения, град	Векторная диаграмма на рис. 5	Ub-B	Ub-C		Uc-B
0	0	a	Uл(Кл-1)	Uл√1-Кл+К2л
1	30	б	Uл√1-√3Кл+К2л			Uл√1+Кл
2	60	в	Uл√1-Кл+К2л		Uл(Кл-1)	Uл√1+Кл+К2л
3	90	г	Uл√1+К2л		Uл√1-√3Кл+К2л	Uл√1+√3Кл+К2л
4	120	д	Uл√1+Кл+К2л		Uл√1-Кл+К2л	Uл(1+Кл)
5	150	е	Uл√1+√3Кл+К2л		Uл√1+К2л	Uл√1+√3Кл+К2л
6	180	ж	Uл(1+Кл)		Uл√1+Кл+К2л
7	210	з	Uл√1+√3Кл+К2л			Uл√1+К2л
8	240	и	Uл√1+Кл+К2л		Uл(1+Кл)	Uл√1-Кл+К2л
9	270	к	Uл√1+К2л		Uл√1+√3Кл+К2л	Uл√1-К√3Кл+К2л
10	300	л	Uл√1-Кл+К2л		Uл√1+Кл+К2л	Uл(Кл-1)
11	330	м	Uл√1-√3Кл+К2л		Uл√1+К2л	Uл√1-√3Кл+К2л

Примечание: Uл – линейное напряжение на выводах обмоток НН при испытании; Кл – линейный коэффициент трансформации.

 

Рисунок 5 — Совмещенные векторные диаграммы линейных напряжений

Метод постоянного тока применяют главным образом для проверки группы соединения обмоток однофазных трансформаторов. Он заключается в поочередной проверке полярности выводов А-х и а-х магнитоэлектрическим вольтметром, имеющим соответствующий предел измерения при подведении к выводам А-х напряжения постоянного тока около 2—12 В (рисунок 4,б).

Полярность выводов А-х устанавливают при включении тока. После проверки полярности выводов А-х вольтметр отсоединяют и, не отключая питания, присоединяют его к выводам а-х. Полярность выводов а-х устанавливают в момент включения и отключения тока. Если полярность выводов а-х при включении тока окажется одинаковой с полярностью выводов А-х, а при отключении — разной, то группа соединения обмоток 0, в противном случае будет группа соединений 6.

Числовое обозначение группы принято определять по положению векторов напряжения обмоток на часовом циферблате. Если представить, что вектор высшего напряжения проходит через центр циферблата и цифру 12, то час, на который будет направлен вектор низшего напряжения, будет соответствовать числовому обозначению группы. Векторные диаграммы для различных групп соединения приведены на рисунке 5,а—м.

Угол сдвига между векторами напряжения обмоток зависит от схемы их соединения и взаимного направления обеих обмоток.

Отечественные силовые трансформаторы, как правило, имеют группы соединения 0 и 11. Маркировка фаз выводов, от обмоток выполняется в очередности А, В, С — слева направо со стороны высшего напряжения. Группа и схема соединения обмоток указываются в технической эксплуатационной документации на трансформатор и щитке, закрепленном на баке.

Методика определения группы соединения обмоток трансформатора должна соответствовать ГОСТ 3484-77.

 

Проверка электрической прочности изоляции приложенным напряжением

В результате приложения повышенного напряжения создается в испытуемой изоляции увеличенная напряженность электрического поля, что позволяет выявить дефекты в ней, не обнаруженные другими методами. Наиболее характерными дефектами, выявленными при этом испытании, являются:
1) недостаточные расстояния между гибкими неизолированными отводами обмоток НН в месте их подсоединения к шпильке ввода;
2) наличие в трансформаторе воздушных пузырей;
3) некоторые виды местного увлажнения и загрязнения изоляционных деталей.

Испытание изоляции приложенным напряжением производят главным образом при пусконаладочных испытаниях трансформаторов напряжением до 35 кВ включительно. В отдельных случаях этот метод применяют для проверки электрической прочности изоляции обмоток НН (до 35 кВ) трансформаторов на напряжение 110 кВ и выше.

Для проведения испытаний необходимо подготовить испытательный трансформатор. Мощность испытательного трансформатора, кВА, зависит от зарядной мощности испытываемой обмотки и определяется ее емкостью и значением испытательного напряжения:

Р = 314CU²·10^-9 ,

где С — емкость обмотки, пФ;
U — испытательное напряжение, кВ.

Испытание осуществляют при частоте 50 Гц в течение 1 мин.

Испытательное напряжение зависит от класса изоляции трансформатора. Для масляных трансформаторов его значения приведены ниже:

Класс изоляции, кВ	0,525	3	6	10	15	35
Испытательное напряжение, кВ	5	18	25	35	45	85

Испытательные напряжения для сухих трансформаторов, а также масляных специального исполнения устанавливаются заводской технической документацией. При испытании на монтаже испытательное напряжение составляет 90% нормируемых для данного класса изоляции значений, указанных выше.

При испытании вводы испытуемой обмотки соединены между собой и подключены к испытательному трансформатору, вводы остальных обмоток соединены между собой и заземлены.

На рисунке 6 показана принципиальная схема испытания. Напряжение увеличивают плавно при помощи регулировочного трансформатора. Контроль за подводимым напряжением осуществляют по показаниям вольтметра, установленного в первичной цепи испытательного трансформатора, с учетом его коэффициента трансформации.

ИТ — испытательный трансформатор; Р — разрядник; R — резистор
Рисунок 6 — Схема испытания изоляции трансформатора приложенным напряжением

При испытании трансформаторов, имеющих значительную емкость, которая может исказить и завысить коэффициент трансформации испытательного трансформатора, напряжение контролируют на стороне ВН при помощи шаровых разрядников либо высоковольтного киловольтметра. Для этого шары разрядника устанавливают на расстоянии, соответствующем испытательному напряжению. Затем, подсоединяя испытательный трансформатор к испытуемой изоляции, поднимают напряжение до пробоя разрядников и отмечают показания вольтметра, установленного на стороне НН. После этого разрядники удаляют и увеличивают напряжение, руководствуясь полученными показаниями вольтметра.

Контроль за состоянием изоляции при испытании производят по показаниям амперметра и путем наблюдения и прослушивания. Повреждения в испытуемом трансформаторе проявляются в виде потрескивания и разрядов внутри, выделением дыма из расширителя и изменения тока в испытательном трансформаторе. При испытаниях могут выявляться потрескивания, не связанные с повреждением изоляции, например в результате наличия внутри трансформатора воздушных пузырей, отсутствия заземления некоторых металлических конструктивных деталей и др. В таких случаях обнаруженные недостатки устраняют, а испытания изоляции повторяют.

При пробое твердой изоляции внутри трансформатора обычно слышен глухой звук удара, а при пробое масляного промежутка — звонкий.

Трансформатор считается выдержавшим испытание, если в процессе испытания не наблюдалось пробоя или частичных разрядов, определяемых по звуку, выделению газа и дыма или по показаниям приборов. При обнаружении дефектов трансформатор подлежит разборке для обнаружения дефектов и выполнения соответствующего ремонта.

Методика проведения испытаний электрической прочности изоляции трансформатора напряжением должна соответствовать ГОСТ 1516.1-76, ГОСТ 1516.2-76.

forca.com.ua

что это такое, как определить, формулы и таблицы

В результате энергопотерь происходит перерасход средств и материалов. Из-за этого электричество дорожает. Чтобы справиться с этой проблемой, стараются вовремя выявлять неполадки и предотвращать свои в работе. Негативно на работу устройства влияют потери на холостом ходу трансформатора. Для устранения данной проблемы постоянно разрабатываются новые методики.

Понятие холостого хода трансформатора

Когда у трансформатора наблюдается выделенное питание одной обмотки, а другие пребывают в разомкнутом состоянии. Этот процесс приводит к утечке энергии, что и называют потерями холостого хода. Его развитие происходит под влиянием ряда внешних и внутренних факторов.

Мощность трансформатора не используется в полной мере, а часть энергии утрачается по причине некоторых магнитных процессов, особенностями первичной обмотки и изоляционного слоя. Последний вариант влияет при использовании приборов, функционирующих на повышенной частоте.

Какие факторы влияют на потери

Современные трансформаторы в условиях полной нагрузки достигают 99% КПД. Но устройства продолжают совершенствовать, пытаясь снизить утрату энергии, которая практически равны сумме потерь холостого хода, возникающих под влиянием разнообразных факторов.

Изоляция

Если на стягивающих шпильках установлена плохая изоляция или ее недостаточно, возникает замкнутый накоротко контур. Это один из главных факторов данной проблемы трансформатора. Поэтому процессу изоляции следует уделять больше внимания, используя для этих целей качественные специализированные материалы.

Вихревые токи

Развитие вихревых токов связано с течением магнитного потока по магнитопроводу. Их особенность в перпендикулярном направлении по отношению к потоку. Чтобы их уменьшить, магнитопровод делают из отдельных элементов, предварительно изолированных. От толщины листа и зависит вероятность появления вихревых токов, чем она меньше, тем ниже риск их развития, приводящего к меньшим потерям мощности.

Чтобы уменьшить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали, в материал добавляют различные виды присадок.

Они улучшают свойства материала и позволяют снизить риск развития неблагоприятных процессов, плохо отражающихся на работе устройства.

Гистерезис

Как и переменный ток, магнитный поток также меняет свое направление. Это говорит о поочередном намагничивании и перемагничивании стали. Когда ток меняется от максимума до нуля, происходит размагничивание стали и уменьшение магнитной индукции, но с определенным опозданием.

При перемене направления тока кривая намагничивания формирует петлю гистерезиса. Она отличается в разных сортах стали и зависит от того, какие максимальные показатели магнитной индукции материал может выдержать. Петля охватывает мощность, которая постепенно перерасходуется на процесс намагничивания. При этом происходит нагревание стали, энергия, проводимая по трансформатору, превращается в тепловую и рассеивается в окружающую среду, то есть, она тратится зря, не принося никакой пользы всем пользователям.

Характеристики электротехнической стали

Для трансформаторов используют преимущественно холоднокатаную сталь. Но показатель потерь в ней зависит от того, насколько качественно собрали устройство, соблюдались ли все правила в ходе производственного процесса.

Для уменьшения потерь можно также немного добавить сечения проводам на обмотке. Но это не выгодно с финансовой точки зрения, ведь придется использовать больше магнитопровода и других важных материалов. Поэтому размер обмоточных проводов меняют редко. Пытаются найти другой, более экономичный способ решения этой проблемы.

Перегрев

В процессе работы трансформатора его элементы могут нагреваться. В этих условиях устройство не способно нормально выполнять свои функции. Все зависит от скорости этого процесса. Чем выше нагрев, тем быстрее прибор перестанет выполнять свои прямые функции и понадобится капитальный ремонт и замена определенных деталей.

В первичной обмотке

Если электрический ток по проводнику замыкается, то высокая вероятность утечки электрической энергии. Размер потерь зависит от величины тока в проводнике и его сопротивления, а также от показателя нагрузок, возлагаемых на прибор.

Как определить потери

Этот процесс можно измерить, воспользовавшись мощной установкой. Формула включает такие действия: необходимо умножить показатели их мощности друг на друга. При использовании этого способа необходимо учитывать наличие определенных погрешностей. Искажение связано с тем, что коэффициент мощности учесть точно нельзя. Этот показатель называют конус игла. Он достаточно важен для работы устройства.

Таблица потерь силовых трансформаторов по справочным данным в зависимости от номинала

Чаще всего проблема утечки электроэнергии связана с движением вихревых токов и перемагничиванием. Под влиянием этих факторов нагревается магнитопровод, который обуславливает основную часть потерь холостого хода независимо от тока нагрузки. Развитие этого процесса происходит независимо от того, в каком режиме функционирует устройство.

 Постепенно, под влиянием определенных факторов могут меняться эти показатели в сторону значительного увеличения.

Таблица потерь ХХ

Мощность кВа	Напряжение ВН/НН, кВ	Потери холостого хода Вт
250	10/0,4	730
315	10/0,4	360
400	10/0,4	1000
500	10/0,4	1150
630	10/0,4	1400
800	10/0,4	1800
1000	10/0,4	1950

Проверка устройства в режиме ХХ

Для этого выполняют такие действия:

1. С использованием вольтметра проверяют напряжение, подающееся на катушку.
2. Другим вольтметром исследуют напряжение на остальных выводах. Важно использовать устройство с достаточным сопротивлением, чтобы показатели были требуемого значения.
3. Выполняют присоединение амперметра к цепи первичной обмотки. С его помощью можно добиться определения силы тока холостого хода. Также прибегают к применению ваттметра, с помощью которого стараются выполнить измерение уровня мощности.

После получения показаний всех приборов выполняют расчеты, которые помогут в вычислении. Чтобы получить нужные данные, необходимо показатели первой обмотки разделить на вторую. С применением данных опыта ХХ с результатами короткозамкнутого режима определяют, насколько полно устройство выполняет свои действия.

Особенности режима ХХ в трехфазном трансформаторе

На функционирование трехфазного трансформатора в таком режиме влияют отличия в подключении обмоток: первичная катушка в виде треугольника и вторичная в форме звезды. Ток способствует созданию собственного потока.

Трехфазный ток в виде группы однофазных имеет такие особенности: замыкание ТГС магнитного потока происходит в каждой фазе за счет сердечника. Если напряжение будет постепенно увеличиваться, то в изоляции возникнет пробой и электроустановка рано или поздно выйдет из строя.

Если в трансформаторе используется бронестержневая магнитная система, то в нем можно наблюдать развитие похожих процессов.

Примеры определения потерь ХХ на реальных моделях

Чтобы определить показатель потерь в течение года на трансформаторе типа ТНД мощностью в 16МВА, необходимо воспользоваться эмпирической формулой:

где:

• n – сколько электротехнических устройств используется;
• β – коэффициент загрузки трансформатора, представляющий собой отношение расчетной мощности к номинальной (β = Sp/Sн).

Вывод

Энергопотери в условиях холостого хода трансформатора связаны с магнитными потерями, потерями в первичной обмотке и изоляционном слое. Для снижения этого показателя до сих пор ведутся работы, несмотря на то, что КПД современных трансформаторов в условиях повышенной нагрузки составляет 99%.

Для снижения показателя утечки энергии необходимо снизить влияние провоцирующих факторов. Чтобы добиться этого, постоянно усовершенствуют технологию создания устройств, используют только прочные материалы, проверяя их экспериментальным путем.

otransformatore.ru

Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления

Предлагаемые способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления относятся к электротехнике и могут быть использованы для расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям. Техническим результатом является повышение точности реальных потерь холостого хода силовых трансформаторов. Устройство содержит регулируемый источник питания для изменения напряжения на одной обмотке трансформатора при разомкнутой второй обмотке. Для достижения заявленного результата в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения. Выходное напряжение генератора ступенчато регулируют в пределах 70-110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль». Переключение осуществляется трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям.

Известен способ для измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов и определения схемы замещения трансформатора (см. стр. 291-293: рис. 14-10. Вольдек А.И. Электрические машины / Учебник. Л.: Энергия, 1978. — 832 с., ил.).

Этот способ предусматривает изменение напряжения на первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. При этом измеряются первичные напряжения, ток и мощность потерь холостого хода.

Недостаток этого способа в том, что измерения выполняются в стационарных условиях при наличии регулируемого источника синусоидального напряжения.

Известен способ для измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов (ГОСТ 3484.1-88. Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний. Измерение потерь и тока холостого хода).

По этому ГОСТу при опыте холостого хода к одной из обмоток (как правило, низшего напряжения) при разомкнутых остальных обмотках подводят номинальное напряжение (с допустимым отклонением в пределах ±0,5%) номинальной частоты (с допустимым отклонением в пределах ±1%) практически синусоидальной формы, а при испытаниях трехфазных силовых трансформаторов, кроме того, практически симметричное.

При этом систему линейных напряжений следует считать практически симметричной, если каждое из линейных напряжений отличается не более чем на 3% от среднего арифметического трех линейных напряжений системы. Кривую напряжения допускается считать практически синусоидальной, если отношение действующего значения напряжения к среднему отличается от 1,11 не более чем на ±2%. Если отношение действующего значения напряжения к среднему отличается в опыте от 1,11 более чем на ±2%, то вносят поправку на несинусоидальность формы кривой.

Измерение потерь и тока холостого хода при приемочных испытаниях трансформаторов следует проводить не менее чем в пяти точках в диапазоне напряжений от 80 до 110% номинального, в том числе при номинальном напряжении питаемой обмотки трансформатора.

Недостаток этого способа заключается в том, что в полевых условиях необходим автономный мощный регулируемый источник питания с высокими показателями качества выходного напряжения.

ГОСТ 3484.1-88 также предусматривает способ определения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении возбуждения, который проводят в виде трех следующих однофазных опытов.

Первый опыт — выполняют короткое замыкание обмотки фазы А, возбуждают фазы В и С трансформатора и измеряют потери.

Второй опыт — выполняют короткое замыкание обмотки фазы В, возбуждают фазы А и С трансформатора и измеряют потери.

Третий опыт — выполняют короткое замыкание обмотки фазы С, возбуждают фазы А и В трансформатора и измеряют потери.

Короткое замыкание обмотки любой фазы проводят на соответствующих зажимах любой из обмоток трансформатора (высшего среднего или низшего напряжений).

Потери и ток холостого хода при малом напряжении измеряют с целью сравнения их с результатами аналогичных измерений при эксплуатации; такой способ имеет большие погрешности при расчете технологических потерь, из-за больших погрешностей при пересчете этих потерь к реальному напряжению сети.

С другой стороны, при таких испытаниях необходимо выполнять большое число коммутаций обмоток, что увеличивает время измерений.

Таким образом, для измерения реальных потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов необходим автономный регулируемый источник переменного напряжения.

В стационарных условиях при измерении потерь XX регулирование напряжения на входе испытуемого силового трансформатора выполняется индукционным регулятором напряжения.

Известны индукционные регуляторы напряжения, которые предназначены для плавного регулирования напряжения на нагрузке в широких пределах при неизменном напряжении питающей сети (см. стр. 584-585: рис. 29.2. Вольдек А.И. Электрические машины / Учебник. Л.: Энергия, 1978. — 832 с., ил.).

Эти регуляторы применяются во многих отраслях производства, в том числе и для испытания силовых трансформаторов. Они представляют собой асинхронные машины с заторможенным фазным ротором, в которых с помощью поворотного устройства можно изменять положение ротора относительно статора. В индукционных регуляторах происходит суммирование первичного и вторичного напряжений, при этом изменение фазы ЭДС вторичной обмотки, происходящее при повороте ротора, вызывает изменение напряжения на нагрузке регулятора.

Недостаток индукционных регуляторов заключается в том, что для их работы в полевых условиях необходим автономный источник электрической энергии.

Известно устройство для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении возбуждения, содержащее источник регулируемого переменного напряжения, с помощью которого поочередно возбуждаются фазы низковольтной обмотки силового трансформатора «а-в», «в-с», «а-с» при подключенных к ней с помощью соединительных проводов измерительных приборов (см. пат. RU 2282862 G01R 31/06. Устройство для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении. Заяв. 21.02.2005. Опуб. 27.08.2006. Бюл. №24).

Перечисленные способы и устройства для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов предусматривают наличие стационарной сети, автотрансформатора или индукционного регулятора для регулирования напряжения, что не приемлемо для использования в полевых условиях.

С другой стороны, при испытании при малом напряжении возбуждения обмоток силовых трансформаторов и при пересчете полученных результатов к номинальному напряжению возникают большие погрешности.

Техническим результатом является повышение точности измерения реальных потерь холостого хода силовых трансформаторов для расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях, предусматривающем изменение напряжения на низковольтной обмотке трансформатора при разомкнутой высоковольтной обмотке, согласно изобретению в качестве источника регулируемого напряжения используют автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения, выходное напряжение которого ступенчато регулируют в пределах 70÷110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль», осуществляемое трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего источник регулируемого напряжения, соединительные провода, измерительный прибор, согласно изобретению в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор, к фазам которого подключены конденсаторы возбуждения, выходные контакты, трехфазные бесконтактные электронные ключи в виде оптоэлектронных трехфазных реле переменного тока с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», соединенные выходами с конденсаторами регулирования, а оптронными входами с источником постоянного тока через дешифратор и многопозиционный переключатель, а испытуемый силовой трансформатор посредством соединительных проводов через многофункциональный измерительный прибор соединен с выходными контактами асинхронного генератора.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что в заявляемом способе измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения, выходное напряжение которого ступенчато регулируют в пределах 70-110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль», осуществляемое трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.

Для проверки способа измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях в лаборатории кафедры электрических машин и электропривода КубГАУ изготовили специальный стенд для проверки работы источника регулируемого напряжения, который состоит из асинхронного генератора (АГ) специальной конструкции и приводного двигателя. АГ выполнен на базе асинхронного двигателя типа 4А112М2УЗ (Р_н=7,5 кВт, n₀=3000 об/мин). Приводной двигатель постоянного тока (ДПТ) типа 2ПН132МУХЛ4 (Р_н=10,5 кВт, U_н=220 В, U_н=2500÷3500 об/мин) и АГ соединили «вал» в «вал» через эластичную муфту и закрепили на основании стенда. Скорость вращения приводного ДПТ регулируют изменением напряжения на якоре ДПТ источником постоянного тока необходимой мощности.

Проверка способа измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях выполнена по схеме (фиг. 1 и 2). По результатам расчета емкость возбуждения 2-56 мкФ, конденсаторы регулирования: 9-10 мкФ, 10-20 мкФ, 11-30 мкФ. В качестве трехфазных бесконтактных электронных реле использованы твердотельные реле с номинальным током 25 А и допустимым напряжением 440 В. При испытаниях асинхронный генератор вращали приводным двигателем со скоростью 3010 мин^-1. После возбуждения генератора переключателем 16 последовательно подключали конденсаторы регулирования 9-11. Результаты испытаний приведены в таблице 1 и на графике фиг. 3.

Таблица 1. Результаты испытания источника регулируемого напряжения
Положение переключателя 16	17	18	19	20	21	22	23	24
Подключаемая емкость, мкФ	56	+10	+20	+30	+40	+50	+60	+70
Напряжение генератора, В	270	310	340	376	398	410	412	418

Анализируя данные таблицы 1 и графика на фиг. 3, можно сделать вывод, что источник регулируемого напряжения отвечает заданным параметрам: напряжение ступенчато регулируют в пределах 70 ÷110% от номинального напряжения (380 В). Поэтому такой источник можно применять для измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях, применив в качестве ДПТ двигатель внутреннего сгорания.

Сущность изобретения, реализующего способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях поясняют схемы на фиг. 1 и 2.

Устройство для измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях (фиг. 1) содержит автономный асинхронный генератор (ААГ) 1, к фазам которого подключены конденсаторы возбуждения 2, выходные контакты 3 (А, В, С), многофункциональный измерительный прибор 4, соединенный с исследуемым силовым трансформатором 5, трехфазные электронные ключи 6, 7, 8, соединенные выходами с конденсаторами регулирования 9, 10, 11, а оптронными входами 12, 13, 14 с дешифратором 15 и многопозиционным переключателем 16, имеющим контакты 17-24.

В качестве трехфазных ключей 6-8 применены трехфазные электронные реле переменного тока (твердотельные реле) с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», например 5П36.30ТМ1, или аналогичные (см. http://www.proton-impyls.ru).

В качестве многофункционального измерительного прибора 4 применяются измерители норм качества электроэнергии Pecypc-UF2M, ЭРИС-КЭ.02 российского производства или импортные анализаторы качества электроэнергии типа AR.5L, Fluke-1760 и им подобные.

Устройство для реализации способа измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях работает следующим образом. Силовой трансформатор 5 низковольтной обмоткой (при разомкнутой высоковольтной обмотке) подключен через многофункциональный измерительный прибор 4 к выходным контактам 3 (А, В, С). Многопозиционный выключатель установлен в положении 17. При этом через диоды VD1 -VD12 дешифратора 15 и оптронные входы 12, 13, 14 трехфазных электронных ключей 6, 7, 8 ток не проходит, электронные ключи 6, 7, 8 закрыты и конденсаторы регулирования 9, 10, 11 не подключены к ААГ 1.

После запуска приводного двигателя (на схеме не показан) ААГ самовозбуждается от конденсаторов возбуждения 2. Емкость этих конденсаторов выбрана таким образом, чтобы на холостом ходу ААГ имел минимальное значение напряжения. Это напряжение через многофункциональный измерительный прибор 4 поступает на исследуемый силовой трансформатор (СТ) 5 и будет первой точкой характеристики холостого хода СТ. Многопозиционный выключатель 16 установлен в положении 18. В этом положении через оптронный вход 12 проходит ток, включается трехфазный электронный ключ 6 и подключает конденсаторы регулирования 9 к статору ААГ. Напряжение его возрастает (точка 18 на фиг. 3). Многофункциональный измерительный прибор 4 записывает напряжение по трем фазам, потребляемый ток, мощность и другие параметры которых сохраняются в памяти прибора или на внешнем запоминающем устройстве.

Изменяя номер замкнутого контакта переключателя 16, к статору асинхронного генератора подключаются конденсаторы регулирования 6-11 суммарной емкостью 70 мкФ, что вызывает изменение напряжения на выходе генератора. Так получается характеристика холостого хода силового трансформатора 5.

Достоинства предлагаемого способа измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройства для его реализации заключаются в следующем.

1. Коммутация конденсаторов выполняется в момент перехода синусоиды через ноль. Поэтому отсутствуют броски тока, что характерно для включения конденсаторов под напряжение, отсутствуют коммутационные перенапряжения, которые могут повредить сам источник и высоковольтную обмотку испытуемого силового трансформатора.

2. Асинхронный генератор за счет симметричной короткозамкнутой обмотки ротора генерирует симметричное по трем фазам напряжение синусоидальной формы с малым уровнем гармонических искажений.

1. Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях, предусматривающий изменение напряжения на первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке, отличающийся тем, что в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения, выходное напряжение которого ступенчато регулируют в пределах 70÷110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль», осуществляемое трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее источник регулируемого напряжения, соединительные провода, измерительный прибор, отличающееся тем, что в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор, к фазам которого подключены конденсаторы возбуждения, выходные контакты, трехфазные бесконтактные электронные ключи в виде оптоэлектронных трехфазных реле переменного тока с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», соединенные выходами с конденсаторами регулирования, а оптронными входами с источником постоянного тока через дешифратор и многопозиционный переключатель, а испытуемый силовой трансформатор посредством соединительных проводов через многофункциональный измерительный прибор соединен с выходными контактами асинхронного генератора.

findpatent.ru

No related posts.