Испытание сопротивления обмоток трансформатора постоянному току.

Измеряются междуфазные сопротивления на всех ответвлениях обмоток всех фаз, если для этого не потребуется выемки сердечника. При наличии нулевого провода дополнительно измеряется одно из фазных сопротивлений. Сопротивление должно отличаться не более чем на 2% от сопротивления, полученного на таком же ответвлении других фаз, или от данных завода-изготовителя.

Измерением сопротивления постоянному току обмоток силовых трансформаторов выявляются дефекты:

· в местах соединений ответвлений к обмотке;

· в местах соединений выводов обмоток к выводам трансформатора;

· в местах соединения отпаек к переключателю;

· в переключателе - в контактах переключателя и его сочленениях;

· обрывы в обмотках (например, в проводах параллельных ветвей).

Измерения сопротивления постоянному току производятся мостовым методом или методом амперметра-вольтметра (см. рис. 2.3).

Метод амперметра-вольтметра. Измерения производятся приборами с классом точности 0,5. Пределы измерений приборов должны быть выбраны такими, чтобы отсчеты проводились во второй половине шкалы. Величина тока не должна превышать 20% номинального тока объекта измерения во избежание искажения результатов измерения из-за нагрева. Для исключения ошибок, обусловленных индуктивностью обмоток, сопротивление нужно измерять при полностью установившемся токе.

Рис. 2.3. Схема измерения сопротивления постоянному току обмоток трансформатора методом амперметра-вольтметра.
а - для малых сопротивлений; б - для больших сопротивлений.

При измерениях сопротивления обмотки, обладающей большой индуктивностью, методом амперметра-вольтметра рекомендуется применять схему измерения, позволяющую снизить время установления тока в измерительной цепи временной формировкой тока. Это достигается шунтированием реостата (или части его) в течение нескольких секунд. Сопротивление реостата берут не менее чем в 8 - 10 раз большее, чем сопротивление обмотки.

Мостовой метод. Измерения производятся мостами типа Р333, Р369, MО-70, P329. При измерении сопротивления мостами в цепь питания рекомендуется включать дополнительное сопротивление снижая тем самым постоянную времени цепи, что ведет к уменьшению времени установления тока. В этих случаях для получения необходимого тока должна быть применена аккумуляторная батарея более высокого напряжения. Во избежание повреждения моста, гальванометр включают при установившемся значении тока, а отключают до отключения тока.

Сопротивление постоянному току измеряется для всех ответвлений обмоток всех фаз. При наличии выведенной нейтрали измерение производится между фазовым выводом и нулевым. Измеренное линейное значение сопротивления между линейными выводами пересчитывается на фазное по формулам при соединении обмоток трансформатора в звезду

при соединении обмоток трансформатора в треугольник

 

где Rф, - приведенное фазовое сопротивление;
Rизм - измеренное сопротивление между линейными выводами.

Сопротивления обмоток постоянному току различных фаз на одноименных ответвлениях не должны отличаться друг от друга или от предыдущих (заводских) результатов измерений более, чем ±2%. Кроме того, должна соблюдаться одинаковая по фазам закономерность изменения сопротивления постоянному току по ответвлениям в различных положениях переключателя. Этим проверяется правильность подсоединения ответвлений к переключателю и его работы.

Особое внимание необходимо обращать на закономерность изменения сопротивления постоянному току по отпайкам в трансформаторах с переключателями под нагрузкой. Нарушения закономерности по фазам и между фазами у трансформаторов с РПН могут иметь место из-за неправильного сочленения валов переключателя и работы его привода, а также из-за неправильного подсоединения отпаек обмоток к переключающему устройству.

Результаты измерений сопротивления постоянному току должны сравниваться только при одной и той же температуре.

Пересчет сопротивления на другую температуру производят по формуле

где R1 - сопротивление, измеренное при температуре t1,
R2- сопротивление, приводимое к температуре t2;
К - коэффициент равный 245 для обмоток из алюминия, и 235 - из меди.

За температуру обмотки масляных трансформаторов полностью собранных и залитых маслом принимается установившаяся температура верхних слоев масла.

Для сухих трансформаторов и сердечников масляных трансформаторов, вынутых из масла, за температуру обмотки может быть принята температура окружающего воздуха, если трансформатор находился в данных условиях не менее 12 час.

7. Ревизия, испытание и диагностика увлажненности изоляции электродвигателей и трансформаторов

 

Определение увлажненности изоляции Увлажненность изоляции определяют обычно для решения вопроса о необходимости сушки гигроскопической изоляции электрических машин и трансформаторов. Методы определения степени увлажненности изоляции основываются на физических процессах, происходящих в изоляции при приложении к ней напряжения. Емкость изоляции может быть представлена геометрической емкостью, определяемой геометрическими размерами изоляции, и емкостью абсорбционной, т. е. емкостью, образуемой в толще изоляции неоднородностями изоляционного материала, а также различными включениями в виде воздушных промежутков, влаги, загрязнений и др. При приложении напряжения через изоляцию в первый момент проходит ток заряда геометрической емкости, быстро прекращающийся в связи с процессом зарядки этой емкости. Абсорбционная емкость проявляется не сразу после приложения к изоляции напряжения, а спустя некоторое время после заряда геометрической емкости в результате последующего перераспределения зарядов в толще изоляции и накопления их на границах отдельных слоев, образующих из-за неоднородностей как бы цепочку последовательно включенных емкостей. Следствием заряда соответствующих отдельных емкостей (поляризации) является ток абсорбции в изоляции. После прекращения поляризации, т. е. заряда абсорбционной емкости, ток абсорбции становится равным нулю, но через изоляцию продолжает проходить ток сквозной проводимости (ток утечки), значение которого определяется сопротивлением изоляции постоянному току. Определение влажности по коэффициенту абсорбции основано на сравнении показаний мегомметра, снятых через разные промежутки времени после приложения напряжения. Каб = R60 / R15 где R60 и R15 - сопротивление изоляции, измеренное соответственно через 60 и 15 с после приложения напряжения мегомметра. Для неувлажненной обмотки при температуре 10 - 30 °С Kаб = 1,3 - 2,0, а для увлажненной обмотки коэффициент абсорбции близок к единице. Это различие объясняется разной длительностью заряда абсорбционной емкости у сухой и влажной изоляции. Значение коэффициента абсорбции сильно зависит от температуры изоляции, поэтому для сравнения следует пользоваться значениями, измеренными или приведенными к одной температуре. Коэффициент абсорбции измеряется при температуре не ниже + 10 °С. Определение влажности по емкости и частоте производится главным образом при испытании силовых трансформаторов. Оно основано на том, что емкость неувлажненной изоляции при изменении частоты изменяется меньше (или совсем не изменяется), чем емкость увлажненной изоляции. Емкость изоляции принято измерять при двух частотах: 2 и 50 Гц. При измерении емкости изоляции на частоте 50 Гц успевает проявиться только геометрическая емкость, одинаковая у сухой и влажной изоляции. При измерении емкости изоляции на частоте 2 Гц успевает проявиться абсорбционная емкость влажной изоляции, в то время как у сухой изоляции она меньше и заряжается медленно. Температура при измерениях должна быть не ниже + 10 °С. Отношение емкости, измеренной при частоте 2 Гц (С2), к емкости при 50 Гц (С60) для увлажненной изоляции составляет около 2, а для неувлажненной — около 1. Определение влажности изоляции силовых трансформаторов по емкости и температуре Изоляцию можно считать неувлажненной, если (С70 - С20) / С20 < 0,2 Емкость обмоток можно измерить либо с помощью моста типа Р5026 одновременно с измерением тангенса угла диэлектрических потерь, либо вольтметром — амперметром. Температуру обмоток трансформаторов измеряют термометром, установленным в верхних слоях масла, или устанавливают по сопротивлению меди обмотки. Определение влажности изоляции силовых трансформаторов по приросту емкости за 1 с. Заряжая емкость изоляции и затем разряжая ее, измеряют емкость объекта С и прирост емкости dС в течение 1 с за счет абсорбционной емкости, которая успевает проявиться за 1 с у влажной изоляции и не успевает — у сухой. Отношение dС/С характеризует степень увлажненности изоляции обмоток трансформатора. Отношение dС/С зависит от температуры изоляции и должно измеряться при температуре не ниже + 10 °С.

8. Метод измерения сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции силовых трансформаторов. (рассказать про данный метод, привести формулы)

 

Метод измерения сопротивления изоляции R60 является наиболее простым и доступным; он находит широкое применение для контроля состояния изоляции трансформаторов и применяется: 1) для определения грубых дефектов в трансформаторах перед включением их под напряжение, например местных загрязнений, увлажнений или повреждений; 2) для оценки степени увлажнения изоляции в сочетании с другими показателями с целью определения возможности включения трансформатора в работу без дополнительной сушки. Метод основан на особенностях изменения электрического тока, проходящего через изоляцию, после приложения к ней постоянного напряжения. Изоляция обмоток трансформатора является неоднородным диэлектриком. При приложении постоянного напряжения к выводам схемы протекающий ток будет состоять из арифметической суммы трех составляющих: 1) емкостного тока Iг, обусловленного так называемой геометрической емкостью Сг. Ток Iг практически мгновенно спадает до 0, так как емкость Сг подключена к источнику без сопротивления и не оказывает влияния на результаты измерения R15 и R60; 2) тока абсорбции Iабс, протекающего по ветви Raбс—Сабс. Этот ток отражает процесс заряда слоев диэлектрика через сопротивление предшествующего слоя. С увлажнением изоляции сопротивление Raбс снижается, а емкость Сабс увеличивается, поэтому для более увлажненной изоляции ток Iабс имеет большее значение и быстрее спадает до 0. У сухой изоляции сопротивление Raбс велико, заряд конденсатора Сабс протекает медленно, поэтому начальное значение тока Iабс мало, а ток спадает длительное время; 3) тока сквозной проводимости Iскв, протекающего через сопротивление Rскв, обусловленное как наружным загрязнением изоляции, так и наличием в ней путей сквозной утечки. Этот ток устанавливается практически мгновенно и во времени не изменяется. Сопротивление изоляции обратно пропорционально сумме указанных составляющих тока, в начале измерения имеет наименьшее значение, а затем по мере спадания тока Iабс возрастает, достигая установившегося значения, определяемого током Iскв. Для того чтобы иметь сопоставляемые результаты, сопротивление изоляции измеряют через 60 с после приложения напряжения, хотя в ряде случаев ток Iабс к этому времени еще неполностью спадает. Значение сопротивления изоляции дает представление о среднем состоянии изоляции и уменьшается при ухудшении этого состояния главным образом из-за увлажнения и загрязнения.   9. Испытания трансформаторов - Эксплуатация силовых трансформаторов. Испытания трансформаторов после капитального ремонта При эксплуатации наиболее полные измерения и испытания трансформатора проводятся после выполнения его капитального ремонта с целью проверки качества ремонта, а также с целью проверки характеристик трансформатора на соответствие требованиям нормативных документов. Программа испытаний трансформаторов имеет следующее содержание: 1. Определение характеристик изоляции обмоток. 2. Испытания изоляции обмоток повышенным напряжением. Пп. 1 и 2 подробнее рассмотрены ниже. 3. Испытания повышенным напряжением изоляции элементов магнитопровода и вторичных цепей защитной и измерительной аппаратуры. Эта изоляция испытывается относительно заземленных частей трансформатора напряжением 1 кВ в течение 1 мин. 4. Измерения сопротивлений обмоток постоянному току. Эти измерения проводятся для выявления дефектов в паяных соединениях обмоток и контактах переключающих устройств. Измерения производятся на всех ответвлениях РПН. Сопротивления разных фаз на соответствующих ответвлениях должны отличаться между собой не более чем на 2%. 5. После ремонта, связанного с частичной или полной заменой обмоток выполняется проверка коэффициентов трансформации. Коэффициенты трансформации разных фаз на соответствующих ответвлениях должны отличаться между собой или от данных завода-изготовителя не более чем на 2%. Для трансформаторов с РПН это отличие не должно превышать значения ступени регулирования. Измерения проводятся методом двух вольтметров класса точности не ниже 0,5 при подаче напряжения 380/220 В на обмотку более высокого напряжения и разомкнутой обмотке низкого напряжения. 6. После ремонта, связанного с частичной или полной заменой обмоток проверяется группа соединений обмоток. Измерения проводят с помощью источника постоянного тока (аккумулятора), подключаемого поочередно к выводам А-В, В-С и С-А первичной обмотки. Плюс источника подают на вывод, обозначенный первым. В каждом случае на выводах а-Ь, b-с и с-а вторичной обмотки контролируется показание магнитоэлектрического вольтметра (вольтметр с нулем посередине шкалы). Плюс вольтметра подключают на вывод, обозначенный первым. По совокупности показаний вольтметра судят о группе обмоток. В табл. 5 приведены знаки отклонения стрелки вольтметра для различных групп обмоток трансформатора. Знак 0 соответствует отсутствию отклонения стрелки. Таблица 5 Питание подано к выводам Отклонение стрелки вольтметра, подключенного к выводам а-b b-с с-а а-b b-с с-а Группа обмоток 12 (0) Группа обмоток L1 А-В + - - +   - В-С - + - - +   С-А - - +   - + 7. Измерение тока и потерь холостого хода проводятся у трансформаторов мощностью более 1000 кВ*А (опыт холостого хода). Эти измерения проводятся с целью выявления витковых замыканий в обмотках, замыканий в элементах магнитопровода и замыканий магнитопровода на бак трансформатора. Опыт холостого хода проводится, как правило, при напряжении 380/220 В, подаваемом на обмотку низшего напряжения. Остальные обмотки трансформатора разомкнуты. В опыте используются три прибора: вольтметр - для измерения напряжения, амперметр - для измерения тока холостого хода, ваттметр - для измерения потерь активной мощности. Полученные значения тока и потерь холостого хода нет необходимости приводить к номинальному напряжению. Эти параметры сопоставляются с данными завода-изготовителя или приемо-сдаточных испытаний, проведенных на таком же напряжении. 8. Испытание бака трансформатора на герметичность проводится гидравлическим давлением столба масла высотой h= 0,6 м над уровнем заполненного расширителя или созданием избыточного давления 10 кПа в надмасляном пространстве расширителя. Продолжительность испытаний не менее 3 ч. Температура масла должна быть не ниже +10°С. При испытаниях не должно быть течи масла. 9. Испытания трансформаторного масла. 10. Испытание трансформатора включением толчком на номинальное напряжение. В процессе 3...5 - кратного включения не должны иметь место явления, указывающие на неудовлетворительное состояние трансформатора. Одним из показателей состояния трансформатора служит характер издаваемого им шума. Не должно быть потрескиваний внутри бака; гудение должно быть равномерным без периодических изменений уровня или тона. 11. Испытания трансформатора под нагрузкой в течение 24 ч. При приложении к изоляции напряжения в ней происходят процессы поляризации и проводимости, имеют место диэлектрические потери. Эти процессы определяют характеристики изоляции, ее состояние. Для достоверной оценки состояния изоляции (увлажнения, загрязнения, старения) измеряется совокупность ее характеристик, поскольку недостатки одних измерений компенсируются преимуществами других. Поляризация - это ограниченное смещение находящихся в изоляции связанных противоположных зарядов, происходящее под действием электрического поля. Реальные изоляционные материалы обладают несколькими видами поляризации, но преобладающим является какой-то один ее вид. У полярных диэлектриков, к которым относится изоляция обмоток трансформаторов, преобладает дипольно-релаксационный вид поляризации. Этот замедленный (инерционный) вид поляризации, продолжающийся десятки секунд, называется абсорбцией, а сопровождающий это явление ток - током абсорбции. Изменение тока абсорбции во времени при приложении к изоляции постоянного напряжения показано на рис. 7,а кривой 1. По мере завершения смещения связанных противоположных зарядов происходит спад этого тока. Установившееся значение тока утечки Iут через изоляцию определяется ее объемной и поверхностной проводимостью (сопротивлением). Рис. 7. Изменение тока абсорбции (а) и сопротивления изоляции (б) при приложении к ней постоянного напряжения Переходный процесс спада тока абсорбции можно представить увеличением сопротивления изоляции R во времени (кривая 1 рис. 7,б). Сопротивление изоляции измеряется мегаомметром, отсчет сопротивления производится приблизительно через 60 секунд. Этого времени, как правило, достаточно для завершения процесса абсорбции. Итак, одной из характеристик изоляции является установившееся значение ее сопротивления, обозначаемое R60. Очевидно, чем больше сопротивление R60, тем выше качество изоляции. Наименьшие допустимые сопротивления изоляции обмоток масляных трансформаторов при температуре 10... 30°С составляют: R60 =300 МОм - для трансформаторов напряжением до 35 кВ; R60 =600 МОм - для трансформаторов напряжением 110 кВ; R60 - не нормируется для трансформаторов напряжением 220 кВ. Допустим, что кривые 1 рис. 7,а и б соответствуют нормальной сухой изоляции. При увлажнении (загрязнении, старении) изоляции ее характеристики ухудшаются: ток утечки возрастает, сопротивление изоляции R60 уменьшается (кривые 2 рис. 7, а и б). Выполняя отсчет сопротивления изоляции по мегаомметру для двух моментов времени t и ti и сопоставляя между собой сопротивления Rt1 и Rt2, можно судить, в частности, об увлажнении изоляции. Обычно принимается t1=15 с, a t2=60 с, а отношение R6o/R15 называется коэффициентом абсорбции. Из кривых 1 и 2 рис. 9.7,6 видно, что для влажной изоляции коэффициент абсорбции будет меньше, чем для сухой. Для нормальной изоляции коэффициент абсорбции, измеренный при температуре 10...30°С, должен быть не менее 1,3. В соответствии с характером зависимостей, приведенных на рис. 7,6, реальную изоляцию можно представить схемой замещения, показанной на рис. 8,а. а) б) Рис. 8. Схема замещения изоляции (а) и векторная диаграмма напряжения и токов (6) Ветвь RaCa характеризует инерционность явления абсорбции, ветвь R60 - сопротивление изоляции после завершения смещения всех связанных противоположных зарядов. При приложении к изоляции переменного напряжения U по ней протекает полный ток I, состоящий из тока абсорбции Iа и тока утечки Iут. Этот полный ток в соответствии с векторной диаграммой рис. 9.8,6 можно разложить на активную Ir и емкостную Iс составляющие. Произведение UIr определяет потери активной мощности в изоляции. Эти потери, идущие на нагревание изоляции, называются диэлектрическими потерями. Отношение Ir/ Ic = tgS называется тангенсом угла диэлектрических потерь и характеризует стойкость изоляции по отношению к тепловому пробою, а также увлажнение изоляции и общее ее старение. Чем меньше tgS, тем выше качество изоляции. Наибольшие допустимые значения tgS, %, при температуре обмоток 10... 30°С для масляных трансформаторов составляют: tgS =2,5% - для трансформаторов напряжением 35 кВ, мощностью более 10000 кВА; tgS =2,5% - для трансформаторов напряжением 110 кВ; tgS =1,3% - для трансформаторов напряжением 220 кВ. Потери активной мощности в изоляции в соответствии с обозначениями векторной диаграммы (рис. 9.8,6) определяются как AP = UIR=UIcoscp= Ulctgb. (9.24) Поскольку реальные значения tgS относительно малы, можно полагать, что /с = I- Тогда выражение (5.24) можно записать в виде AP = UItg8. (9.25) Из последнего выражения следует, что tgS = |f. (9.26) Таким образом, tgS можно измерить по схеме с тремя измерительными приборами: ваттметром для измерения потерь активной мощности АР, вольтметром для измерения приложенного к изоляции напряжения U и амперметром для измерения протекающего через изоляцию тока /. Этот метод измерения достаточно прост, но точность измерений невелика. Более точное измерение tgS выполняют с помощью специальных высоковольтных мостов. Измерение характеристик изоляции ( R6o, R6o/R5, tgS) проводят для всех обмоток трансформатора. В частности, для двухобмоточного трансформатора измерения характеристик изоляции проводят по схеме: измерения на обмотке НН - заземлены обмотка ВН и бак; измерения на обмотке ВН - заземлены обмотка НН и бак; измерения на обмотках НН+ВН - заземлен бак.