Как определить состояние электромагнитной системы трансформаторов и электрических машин

Общепринятым способом определения состояния магнитопроводов электромагнитов и их обмоток является измерение тока холостого хода или снятие характеристик намагничивания.

Проверка магнитопроводов силовых и измерительных трансформаторов

У силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения измеряется ток холостого хода подачей номинального напряжения (у трансформаторов напряжения — на вторичную обмотку) и измерением тока (во всех фазах — у трехфазных трансформаторов) при отключенной нагрузке.

Измеренный ток сравнивается с паспортными или опытными данными для проверяемого типа оборудования. Превышение его, тем более значительное, является признаком повреждения магнитопровода (нарушение изоляции между листами стали, замыкание пакетов) или замыкания части витков обмоток.

У измерительных трансформаторов тока снимается характеристика зависимости тока намагничивания в обмотке от подаваемого не нее напряжения. Характер изменения тока намагничивания позволяет судить о наличии в трансформаторе тока межвиткового повреждения (короткозамкнутых витков).

Резкое снижение характеристики намагничивания в начальной ее части в этом случае объясняется значительным размагничиванием магнитопровода при малых значениях магнитного потока. При незначительном количестве замкнутых витков количестве характеристика намагничивания изменяется только в начальной части, при значительном и в насыщенной области.

Снятые характеристики намагничивания трансформаторов тока сравниваются с типовыми или опытными. Значительные отклонения характеристик от типовых или опытных являются признаком повреждения.

Состояние магнитопроводов электрических машин проверяется снятием характеристик холостого хода и короткого замыкания (у синхронных генераторов), а также нагрузочных характеристик (у машин постоянного тока) и сравнением полученных характеристик с заводскими, имеющимися в сопроводительной документация.

По этим характеристикам определяются дополнительные параметры, необходимые для наладки устройств регулирования возбуждения и дальнейших расчетов, производимых в условиях эксплуатации.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

ЭЛЕКТРОлаборатория

Доброе время суток, дорогие друзья!

Вот и пришел новый 2015 год. Надеюсь, что этот год будет не хуже предыдущего. В общем, с Новым Годом, друзья!

Хочу начать год со статьи о трансформаторах тока. Конечно, мой рассказ будет скорее общим, чем научным.

Для досконального изучения вопроса предлагаю воспользоваться технической литературой или хотя бы ИНСТРУКЦИУЙ ПО ПРОВЕРКЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СХЕМАХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ИЗМЕРЕНИЯ (РД 153-34.0-35.301-2002).

Простейший и самый распространенный трансформатор тока (ТТ) — двухобмоточный. Он имеет одну первичную обмотку с числом витков w₁ и одну вторичную обмотку с числом витков w₂. Обмотки находятся на общем магнитопроводе, благодаря которому между ними существует хорошая электромагнитная (индуктивная) связь.

Первичная обмотка, изолированная от вторичной обмотки на полное рабочее напряжение аппарата, включается последовательно в рассечку цепи контролируемого первичного тока, а вторичная обмотка замыкается на нагрузку (измерительные приборы и реле), обеспечивая в ней протекание вторичного тока, практически пропорционального переменному первичному току. Чем меньше полное сопротивление нагрузки z_н и полное сопротивление вторичной обмотки z_T2, тем точнее соблюдается пропорциональность между первичным и вторичным токами, т.е. тем меньше погрешности ТТ. Идеальный режим работы ТТ — это режим КЗ вторичной обмотки. Один вывод вторичной обмотки обычно заземляется, поэтому он имеет потенциал, близкий к потенциалу контура заземления электроустановки.

Вот внешний вид ТТ до 1000 В:

А вот внешний вид ТТ выше 1000 В:

Трансформаторы тока для защиты предназначены для передачи измерительной информации о первичных токах в устройства защиты и автоматики. При этом они обеспечивают:

1) масштабное преобразование переменного тока различной силы в переменный вторичный ток приемлемой силы (чаще всего это 1 или 5А) для питания устройств релейной защиты;

2) изолирование вторичных цепей и реле, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепей высокого напряжения. Аналогичные функции выполняют и ТТ для измерений, предназначенные для передачи информации измерительным приборам.

При анализе явлений в ТТ необходимо учитывать положительные направления первичного и вторичного токов в соответствующих обмотках, а также ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке, от которых зависят знаки (плюс или минус) в формулах и углы векторов на векторных диаграммах.

В технике релейной защиты приняты положительные направления для токов и ЭДС, показанные на рисунке 1. Звездочками отмечены однополярные зажимы обмоток, например их начала, которые по ГОСТ обозначаются символами Л1 у первичной обмотки и И1 у вторичной обмотки.

а, б — схемы условных обозначении; в — схема замещения

Рисунок 1 — Схемы ТТ

Приняты положительными: направление для первичного тока от начала к концу первичной обмотки и направление для вторичного тока от начала вторичной обмотки (по внешней цепи нагрузки) к концу вторичной обмотки, соответственно этому внутри вторичной обмотки — направление вторичного тока и вторичной ЭДС (от конца к началу обмотки).

При указанных положительных направлениях векторы первичного и вторичного токов совпадают по фазе при отсутствии угловой погрешности, а мгновенная вторичная ЭДС равна взятой со знаком «плюс» первой производной по времени от потокосцепления вторичной обмотки.

По причине существенной нелинейности характеристики намагничивания ферромагнитного магнитопровода к анализу явлений в ТТ неприменим принцип наложения (суперпозиции). Даже при номинальном первичном токе и номинальной нагрузке индукция в магнитопроводе не равна разности индукций, которые были бы созданы отдельно взятыми первичным и вторичным токами. Результирующий магнитный поток в магнитопроводе ТТ определяется только совместным одновременным действием первичного и вторичного токов и даже гипотетически не может корректно рассматриваться как разность потоков, раздельно созданных первичным и вторичным токами.

По ГОСТ 7746-89 ТТ подразделяются по следующим основным признакам:

для работы на открытом воздухе (категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69 [22]);

для работы в закрытых помещениях (категории размещения 3 и 4 по ГОСТ 15150-69);

для работы в подземных установках (категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69);

для работы внутри оболочек электрооборудования

— по принципу конструкции: опорные (О), проходные (П), шинные (Ш), встроенные (В), разъемные (Р). Допускается по ГОСТ 7746-89 [14] сочетание нескольких перечисленных принципов, а также конструктивное исполнение, не подпадающее под перечисленные признаки;

— по виду изоляции: с литой изоляцией (Л), с фарфоровой покрышкой (Ф), с твердой изоляцией (кроме фарфоровой и литой) (Т), маслонаполненные (М), газонаполненные (Г);

— по числу ступеней трансформации: одноступенчатые и каскадные;

— по числу магнитопроводов со вторичными обмотками, называемых кернами, объединенных общей первичной обмоткой: с одним керном, с несколькими кернами;

— по назначению кернов: для измерения, для защиты, для измерения и защиты, для работы с нормированной точностью в переходных режимах;

— по числу коэффициентов трансформации: с одним коэффициентом трансформации; с несколькими коэффициентами трансформации, получаемыми путем изменения числа витков первичной или(и) вторичной обмоток, а также путем применения вторичных обмоток с отпайками.

Структура условного обозначения ТТ по ГОСТ 7746-89

В стандартах на трансформаторы отдельных видов ГОСТ 7746-89 [14] допускает ввод в буквенную часть обозначения дополнительных букв. Допускается исключение или замена отдельных букв, кроме Т, для обозначения особенностей конкретного ТТ.

Основные (номинальные) параметры ТТ

По ГОСТ 7746-89 к номинальным параметрам ТТ относятся:

— номинальное напряжение ТТ U_ном — номинальное напряжение цепей, для которых предназначен данный аппарат. Встроенные ТТ не имеют паспортного параметра номинального напряжения;

— номинальный первичный ток ТТ I_1ном;

— номинальный вторичный ток ТТ I_2ном;

— номинальный коэффициент трансформации ТТ (коэффициент трансформации – отношение первичного номинального тока ко вторичному. Обычно записывается, например, 150/5 и тогда равен 30, т.е. при любом первичном токе вторичный будет в тридцать раз меньше);

— номинальная вторичная нагрузка с номинальным коэффициентом мощности cosj (1 или 0,8 индуктивный). Обозначается z_{н. ном} (сопротивление нагрузки) или S_{н. ном} (номинальная мощность нагрузки);

— номинальный класс точности ТТ (керна для ТТ с несколькими кернами) (обычно для измерений класс точности не хуже 0,5, а для систем РЗиА не хуже 10);

— номинальная предельная кратность ТТ, обслуживающего релейную защиту — К_10ном, К_5ном;

— номинальный коэффициент безопасности для приборов — К_{d ном};

— номинальная частота ТТ — f_ном.

Испытания измерительных трансформаторов тока.

Объектом испытания в измерительных трансформаторах тока и напряжения являются, прежде всего, изоляция трансформаторов, обмотки трансформаторов как первичная, так и вторичная, а также трансформаторное железо сердечника.

Трансформаторы тока изготавливаются со следующим исполнением внутренней изоляции:

· Бумажно-бакелитовая (трансформаторы серии ТП 6-35кВ); керамическая (трансформаторы тока 6-10кВ типов ТПОФ, ТПФ и др).

· Литая эпоксидная (трансформаторы тока типов ТПОЛ, ТПШЛ, ТШЛ и др. 6-35кВ).

Объём испытаний трансформаторов тока:

1) измерение сопротивления изоляции первичной и вторичной (вторичных) обмоток (К, М)

2) испытание повышенным напряжением изоляции обмоток (М)

3) снятие характеристик намагничивания трансформаторов (К)

4) измерение коэффициента трансформации (К).

Примечание : К – капитальный ремонт, испытание при приёмке в эксплуатацию; М – межремонтные испытания

В процессе эксплуатации измерения проводятся:

на трансформаторах тока 3-35кВ – при ремонтных работах в ячейках (присоединениях), где они установлены.

Измеренные значения сопротивления изоляции должны быть не менее значений, приведённых в таблице 1.

для трансформаторов напряжения 3-35кВ – при проведении ремонтных работ в ячейках, где они установлены, если работы не проводятся – не реже 1 раза в 4 года.

Испытание повышенным напряжением.

Значения испытательного напряжения основной изоляции трансформаторов тока и напряжения приведены в таблице 2. Длительность испытания трансформаторов тока и напряжения с фарфоровой изоляцией – 1 минута, с органической изоляцией – 5 минут.

Допускается проведение испытаний трансформаторов тока совместно с ошиновкой. При совместном испытании измерительных трансформаторов с элементами ошиновки или другими аппаратами, продолжительность испытания принимается равной времени испытания для тех элементов сети, к которым подключены трансформаторы. Например, при испытании трансформаторов тока установленных в ячейке КРУ продолжительность испытания устанавливается равной 1 минуте (изоляторы ошиновки ячейки – фарфоровые).

Значение испытательного напряжения для изоляции вторичных обмоток, вместе с присоединёнными к ним цепями, принимается равным 1кВ.

Продолжительность приложения испытательного напряжения – 1 минута.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току.

Отклонение измеренного сопротивления обмотки постоянному току от паспортных значений, или от измеренных на других фазах не должно превышать 2%. При сравнении измеренных значений с паспортными данными измеренные значения сопротивления должны приводиться к заводской температуре. При сравнении с другими фазами измерения должны производиться при одинаковой температуре.

Измерения сопротивления обмоток постоянному току производятся у трансформаторов тока на напряжение 110кВ и выше и у связующих обмоток каскадных трансформаторов напряжения.

В качестве дополнительных измерений при комплексных испытаниях данный вид измерения может использоваться и для трансформаторов тока и напряжения всех типономиналов.

Измерение коэффициента трансформации.

Отклонение измеренного коэффициента трансформации от указанного в паспорте или от измеренного на исправном трансформаторе тока или напряжения, однотипном с проверяемыми, не должно превышать 2%.

Для проверки коэффициента трансформации трансформаторов тока собирают схему, представленную на рисунке 8. У встроенных трансформаторов тока коэффициент трансформации проверяется только на рабочих ответвлениях — остальные части обмоток не проверяются.

Ток в первичной цепи трансформатора пропорционален току во вторичной цепи. Коэффициент пропорциональности токов и будет искомым коэффициентом трансформации.

Разделительный трансформатор создаёт на своей вторичной обмотке напряжение порядка 5В и ток прядка 1000А (в зависимости от испытуемого трансформатора тока).

Снятие характеристик намагничивания трансформаторов тока.

Характеристика снимается методом повышения напряжения на вторичных обмотках до начала насыщения (но не выше 1800В), с одновременным измерением тока в испытуемой обмотке с помощью амперметра.

При наличии у обмоток ответвлений характеристика снимается на рабочем ответвлении, при этом на нерабочих ответвлениях замеры не производятся.

Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных трансформаторов тока, однотипных с проверяемыми.

Отличия от значений, измеренных на заводе-изготовителе или от измеренных на исправном трансформаторе тока, однотипном с проверяемыми, не должны превышать 10%.

Характеристики намагничивания снимаются для проверки исправности трансформаторов тока. При этом убеждаются в том, что нет накоротко замкнутых витков и повреждения сердечника, оцениваются возможности использования трансформатора в схеме релейной защиты в конкретных условиях.

Характеристика намагничивания представляет собой зависимость подводимого ко вторичной обмотке напряжения от тока в этой обмотке. Схема для снятия характеристики намагничивания представлена на рисунке 7.

Характеристику намагничивания снимают до номинального тока трансформатора (тока вторичной обмотки), в тех случаях, если это требуется (для особо ответственных трансформаторов) характеристику снимают до начала насыщения трансформатора тока (для 5-амперных трансформаторов – до достижения тока 10А).

Если при снятии характеристики необходимо напряжение выше 250В используют повышающие трансформаторы с более высоким напряжением.

Вольт-амперная характеристика является основной при оценке исправности ТТ. Используются такие характеристики и для определения погрешностей ТТ.

Наиболее распространенная неисправность ТТ — витковое замыкание — выявляется по резкому снижению ВАХ и изменению ее крутизны. Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с характеристиками намагничивания исправных ТТ, однотипных с проверяемым, чаще всего с характеристиками ТТ других фаз того же присоединения. Для такого сравнения достаточно совпадения характеристик с точностью в пределах их заводского разброса.

а — ТТ ТВ-35, 300/5 А; б — ТТ ТВД-500, 2000/1;

1 — исправный трансформатор тока; 2 — закорочен один виток;

3 — закорочены два витка; 4 — закорочены восемь витков

Рисунок. Вольт-амперные характеристики при витковых замыканиях во вторичной обмотке

На этом у меня на сегодня все.

Будут вопросы, постараюсь на них ответить.

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Источник

Особенности снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока

Типы измерения

Принципиальная схема снятия ВАХ выглядит следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Схема измерения ВАХ ТТ

Испытания трансформаторов тока регламентируются следующими стандартами:

ГОСТ 7746-2001 [1] не относит снятие всей ВАХ к обязательной проверке ТТ, а регламентирует определение тока намагничивания вторичной обмотки, измеренного при приложении к ней напряжения, определяемого по специальной формуле. Согласно п. 9.8 ГОСТ 7746-2001 «Определение тока намагничивания вторичных обмоток», напряжение вторичной обмотки необходимо измерять вольтметром с основной погрешностью не ниже ±1%, реагирующим на среднее значение напряжения, и показания умножать на коэффициент формы для синусоидального сигнала, равного 1.11. Действующее значение тока намагничивания следует измерять амперметром с классом точности не ниже 1%.

Согласно п. 7.4 «Снятие характеристики намагничивания» РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования» [2] допускает как снятие ВАХ до начала насыщения (но не более 1800 В), так и снятие 3-х контрольных точек. Снятая характеристика (контрольные точки) сравнивается с типовой характеристикой намагничивания или характеристиками однотипных исправных ТТ. При этом допускается отличие от значений, измеренных на заводе-изготовителе или от измеренных на исправном ТТ, не более 10%.

Согласно п. 3.7 «Снятие ВАХ» РД 153-34.0-35.301-2002 [3] для проверки отсутствия замыканий витков, которая проводится как при новом включении, так и во время профилактики ТТ, ток и напряжения при снятии характеристики могут фиксироваться приборами с любыми типами измерения, если повторные измерения при плановых проверках производятся в идентичных условиях. При первом включении сравниваются ВАХ, при плановых проверках допускается сравнение 1-2 точек ВАХ. Согласно тому же п. 3.7, если ВАХ снимается для последующего расчета погрешностей, то её необходимо снимать «при питании синусоидальным напряжением от мощного источника, используя приборы, реагирующие на среднее абсолютное значение напряжения и действующее значения тока». При невозможности обеспечить удовлетворительную синусоидальность напряжения в РД рекомендуется измерение напряжения вольтметром, реагирующим на среднее абсолютное значение напряжения UСР, а тока — амперметром, реагирующим на амплитуду намагничивающего тока I02макс. Характеристика ВАХ должна строиться в действующих значениях этих параметров. Получаемые характеристики будут не вполне соответствовать заводским типовым характеристикам намагничивания, но для проверки отсутствия замыкания витков они будут пригодны.

Допустимый уровень напряжения

Согласно ПУЭ п.1.8.17.14 «Нормы приемо-сдаточных испытаний. Измерительные трансформаторы тока. Снятие характеристик намагничивания» [4] характеристика снимается повышением напряжения на одной из вторичных обмоток до начала насыщения, но не выше 1800 В. При наличии у обмоток ответвлений характеристика снимается на рабочем ответвлении. Согласно РД 153-34.0-35.301-2002 при проверке ВАХ на ответвлении не следует поднимать напряжение на всей обмотке выше 1800 В, а наибольшее допустимое напряжение в этом случае определяется по выражению:

(1)

В РД также приводится пример снятия ВАХ ТТ 500/1000/1500/2000/1 на рабочем ответвлении 500/1, где согласно выражению (1) максимальное напряжение при снятии ВАХ составляет 450 В.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что наиболее рациональным решением является снятие характеристики намагничивания с использованием источника напряжения с мощностью, достаточной для обеспечения синусоидальности сигнала, с измерителем напряжения, реагирующим на среднее значение с последующим его приведением к действующему, и измерителем тока, реагирующим на действующее значение. Данный подход позволит применять полученную ВАХ, как для оценки наличия витковых замыканий, так и для расчета погрешностей. Класс точности измерителей должен быть не ниже класса 1. Допустимая погрешность при сравнении ВАХ – 10 %. Максимальное напряжение при снятии ВАХ должно определяться с помощью выражения (1).

Размагничивание

Следующим важным моментом при снятии ВАХ является остаточная намагниченность силового трансформатора. Как известно, через трансформатор протекает синусоидальный ток, который создает магнитный поток, и величина этого потока и индукции меняются по петле намагничивания. При выводе трансформатора из работы, он может оказаться в намагниченном состоянии, если значение тока при отключении было близко к амплитуде тока. Также остаточная намагниченность возможна после измерения активного сопротивления обмотки ТТ. Поэтому перед каждой проверкой характеристики намагничивания необходимо проводить размагничивание ТТ.

На рис. 2 представлены две характеристики намагничивания трансформатора тока 3000/5, полученные с использованием устройства РЕТОМ-25, где красным цветом обозначен график ВАХ ТТ сразу после измерения активного сопротивления обмотки, а синим цветом – ВАХ ТТ после размагничивания.

Рис. 2. Характеристика намагничивания трансформатора тока 3000/5

Оборудование и программа для снятия характеристик намагничивания

Для снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока любого класса напряжений могут быть использованы выпускаемые НПП «Динамика» устройства РЕТОМ-21 [5] и РЕТОМ-25[6] с максимальным уровнем напряжения 500 В и 250 В соответственно. Для расширения диапазона напряжения до допустимых 1800 В применяется блок РЕТ-ВАХ-2000.

Измерители тока и напряжения обоих устройств разработаны таким образом, что позволяют измерять значения нескольких типов: амплитудное, среднее, действующее, а также 1,11*среднее и 0,77*амплитудное, которые были внедрены специально для снятия характеристик намагничивания ТТ согласно РД 153-34.0-35.301-2002. Пользователь самостоятельно может выбирать необходимый тип измерения.

Также для устройств РЕТОМ-21 и РЕТОМ-25 доступна программа внешнего управления, которая позволяет автоматизировать процесс снятия ВАХ. Пользователю лишь необходимо выбрать схему подключения в соответствии с необходимым максимальным уровнем тока и напряжения. Всё остальное программа делает автоматически. При завершении снятия характеристики намагничивания, программа автоматически плавно снижает напряжение и тем самым размагничивает трансформатор тока. Скорость снижения напряжения была подобрана опытным путем таким образом, чтобы полностью размагнитить трансформатор. Убедиться в этом позволяет повторяемость характеристик при снятии ВАХ.

Заключение

Испытательные устройства РЕТОМ-21 и РЕТОМ-25, в которых реализованы рассмотренные методики снятия характеристик намагничивания трансформаторов тока, предоставляют возможность выбора типа измерения, что позволяет проводить построения вольт-амперных характеристик, как с целью проверки витковых замыканий, так и для использования данных в расчетах погрешностей, а применение внешнего программного обеспечения для снятия ВАХ с функцией автоматического размагничивания позволяет получить достоверные результаты.

Источник