Меню

Измерение активных сопротивлений обмоток трансформатора



Измерение активного сопротивления обмоток трансформатора

При измерении сопротивления обмоток трансформатора постоянному току можно выявить следующие характерные дефекты:

— недоброкачественная пайка и плохие контакты в обмотке и в присоединении вводов;

— обрыв одного или нескольких из параллельных проводов в обмотках.

Измерение сопротивления обмоток про­изводится методом вольтметра и амперметра на постоянном токе или мостом постоянного тока. Измерение сопротивления обмо­ток (ВН и НН) возможно проводить при помощи моста Р-333.

Величину тока в измеряемой цепи следует устанавливать не вы­ше 15-20% от номинального тока обмотки. В противном случае из-за дополнительного нагрева увеличивается погрешность измерения. Измерение проводится на всех ответвлениях и всех фазах, как показано на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Схемы измерения сопротивления обмоток трансфор­матора постоянному току: а) методом вольтметра и ампер­метра; б) мостовым методом; 1- трансформатор, 2 — мост постоянного тока

При наличии выведенной нейтрали (0) измерение производится между фазными выводами и нулем. Если нулевая (нейтральная) точка недоступна и обмотка соединена в «звезду», то сопротивление фазы можно определить по формуле 2.4, а при соединении в «треугольник» — по формуле 2.5.

При соединении обмоток в «звезду»:

для фазы А —

для фазы В- (2.4)

для фазы С —

где RАВ, RBC, RCA — сопротивления на линейных зажимах А-В, В-С, С-А.

При соединении обмоток в треугольник:

, (2.5)

,

.

Полученные значения сопротивления разных фаз при одном поло­жении переключателя не должны отличаться более чем на ± 2% от сопротивления, полученного на соответствующих ответвлениях других фаз, или от значений заводских предыдущих эксплуатационных измерений, если нет особых оговорок в паспорте трансформатора.

Для сравнения измеренные сопротивления приводят к одной тем­пературе 75 °С по следующим формулам:

Для меди , (2.6)

Для алюминия , (2.7)

где R75— сопротивление, соответствующее нормальной температуре обмотки t75;

R1— сопротивление, соответствующее температуре t1 ;

t1 — температура, при которой получена величина R1.

При приведении сопротивления обмотки к температуре 75 °С выражение (2,6) можно преобразовать к следующему виду:

(2.8)

Для облегчения пользования формулой (2.7) в таблице 2.6 даны значения коэффициента «к» для температур от 0 до 75 °С.

Таблица 2.6- Значения «к» при различных температурах

t1, 0 С к t1, 0 С к t1, 0 С к t1, 0 С к t1, 0 С к
1,3191 1,235 1,161 1.0954 1,0367
I 1,3135 1,2301 1,1567 1,0915 1,0333
1,308 1,2252 1,1524 1,0877 1,0299
1,3025 1,2204 1,1481 1,0839 1,0264
1,297 1,2156 1,1439 1,0801 1,0231
1,2916 1,2109 1.1397 1,0763 1,0197
1,2863 1,2062 1,1355 1.0726 1,0163
1,2809 1,2015 I.I3I3 1,0689 1,013
1,2757 1,1969 1,1272 1,0652 1,0097
1.2704 1,1923 I.I23I 1,0616 1,0064
1,2653 1,1877 1,1191 1,058 1,0032
1,2601 1,1832 1,1151 1,0544 1,0
1.255 1,1787 1.111 1.0508
1,250 1,1742 I.I07I 1,0472
1.2449 1,1698 1,1032 1,0437
1,24 1,1654 1,0992 1,0402

Данные измерений следует занести в таблицу 2.7.

Таблица 2.7- Сопротивления обмоток постоянному току

Положение переклю­чателя Опыт Расчет
НН ВН при t1= 0 С при t1=75 0 C
Rао Rво Rco RAB RBC RCA RA RB RC RHH RВН
I II III

На основании проведенного осмотра и испытаний заполняется ведомость дефектов трехфазного силового трансформатора. Согласно этой ведомости определяется объем ремонта, необходимые материалы и его стоимость.

трехфазного силового трансформатора

Заказ №____________ Заказчик ____________________________________

Год выпуска _________________ Завод — изготовитель __________________

Тип______________Мощность___________кВА Ток ____________

Напряжение: ВН ________ кВ; НН ________ кВ.

Система охлаждения ___________ Род установки ________________

Выведен в ремонт по причине_________________________________

Дата приемки в ремонт _____________________________________

Наличие масла в баке _____________________

Состояние отдельных элементов и деталей трансформатора:

Газового реле ___________________________________________

Выводы ВН ___________________ Выводы НН _______________

Главная ____________________ витковая __________________

Обмотка ВН: тип _______________ изоляция _______________

Состояние меди (алюминия) ___________________________

Дополнительные данные осмотра

Содержание отчета

В отчете необходимо привести: цель работы, схемы испытания, трансформатор, паспортные данные трансформатора, расчетные и опытные данные.

В заключении необходимо сделать заключение о состоянии трансформатора, указать, какому ремонту подлежит исследуемый трансформатор (малому, среднему, капитальному).

1. Назначение ведомости дефектов.

2. Какие неисправности встречаются в трансформаторах и причины их возникновения?

3. Какими приборами и как определить витковое замыкание в обмотках трансформатора?

4. К каким последствиям приводит повреждение изоляции обмоток трансформатора?

5. Основные неисправности в магнитопроводе и методы их обнаруже­ния.

6. Что такое коэффициент абсорбции?

7. Как измерить сопротивление изоляции между обмотками и между обмоткой и корпусом?

8. Как измерить сопротивление изоляции между стяжной шпилькой, ярмовой балкой и магнитопроводом?

9. С какой целью и как измеряется сопротивление обмоток трансфор­матора постоянному току?

10. С какой целью и как определяется коэффициент трансформации?

11. Схема технологического процесса ремонта трансформатора.

Читайте также:  Для измерения уровня батареек

12. Классификация изоляции по состоянию, определяющая ее пригод­ность для дальнейшей эксплуатации.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

Цель работы: освоить методику контрольных испытаний силовых трансформаторов после капитального ремонта.

1 Осмотреть трансформатор типа ТМ — 63/10, записать паспортные данные трансформатора.

2 Измерить сопротивление изоляции обмоток и определить коэф­фициент абсорбции.

3 Проверить коэффициент трансформации обмоток на всех ответ­влениях.

4 Проверить группу соединения обмоток трансформатора.

5 Испытать электрическую прочность главной изоляции повышен­ным напряжением.

6 Измерить ток и потери холостого хода.

7 Измерить напряжение и потери короткого замыкания.

8 Измерить сопротивление обмоток трансформатора постоянному току.

Содержание работы и порядок ее выполнения:

В задачу контрольных испытаний входит выявление прямых дефек­тов, а также проверка основных характеристик требованиям ГОСТ и техническим условиям. Испытаниям подвергается каждый трансфор­матор после ремонта. Испытывают их в собранном виде.

1. Внешним осмотром определяются прямые дефекты и состояние отдельных деталей трансформатора.

2. Измерение сопротивления изоляции обмоток трансформатора осуществляется согласно методики, изложенной в общих указаниях (стр. 10-11).

Коэффициент абсорбции определяется по формуле:

, (3.1)

где R15, R60— сопротивление изоляции, измеренное через 15 и 60 секунд соответственно после приложения напряжения к изоляции. Результаты измерения сопротивления изоляции заносятся в таб­лицу 3.1

Таблица 3.1- Сопротивление изоляции обмоток трансформатора

Измеряемая величина Между обмоткой и корпусом Между обмотками Темпера­тура изоляции, 0 С.
ВН – корпус НН – корпус ВН – НН
R15 R60 R15 R60 R15 R60
Сопротив­ление изоляции, МОм
Коэффици­ент аб­сорбции

Для определения коэффициента трансформации применяют метод двух вольтметров и собирают схему, как показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1- Определение коэффициента трансформации

Определение коэффициента трансформации производят на всех ответвлениях обмоток и для всех фаз.

Источник

О реальной точности измерения активного сопротивления обмоток трансформаторов в условиях подстанций

Для организации технического обслуживания по фактическому состоянию трансформаторов с сверхнормативным сроком эксплуатации необходимы приборы контроля, в частности приборы для измерения активного сопротивления обмоток, позволяющие обнаруживать зарождение дефекта на ранней стадии. Однако реальная точность измерения в условиях подстанции большинства предполагаемых на рынке приборов не позволяет уложиться даже в нормированный допуск разброса сопротивлений обмоток трех фаз.

В настоящее время большая часть трансформаторов российских энергосистем выработала расчетный ресурс эксплуатации в 25 лет и их надежность существенно понизилась. Экономические ограничения не позволяют в короткие сроки заменить трансформаторы, поэтому необходимо продлить срок их эксплуатации. Это позволяет переходить на техническое обслуживание трансформаторов по их фактическому состоянию. И, конечно, существенное значение в обеспечении безаварийной эксплуатации имеют средства и своевременность контроля фактического состояния. Чем выше точность средств контроля, тем на более ранней стадии можно обнаружить появление устойчивой тенденции отклонения контролируемого параметра от некоторого значения, распознать развивающийся дефект и принять решение о проведении ремонта.

Измерение активного сопротивления обмоток – один из наиболее применяемых и то же время самых простых методов контроля трансформаторов. Измеренные значения сопротивлений обмоток оцениваются по результатам сравнения с паспортными данными, с предыдущими измерениями, а также обмоток между собой. К часто выявляемым при этом дефектам относятся [1, 2]: нарушение пайки, некачественный контакт присоединения концов обмотки к вводам, некачественный контакт в устройстве переключения без возбуждения (ПБВ) или устройстве регулирования под нагрузкой (РПН), неправильная установка привода либо обрыв токоограничивающих резисторов в устройстве РПН, обрыв одного или нескольких из параллельных проводов в отводах.

Согласно нормативным документам [3] сопротивление обмоток трёхфазных трансформаторов не должно отличаться более чем на 2 %. Чтобы погрешность измерителя сопротивления не оказывала существенного влияния на достоверность контроля, она должна быть в несколько раз меньше (по данным [4]) допуска на контроль (2 %)

δ ≤ 0,5 (0,2÷0,3) 2 % или δ ≤ | ±(0,2÷0,3) % |,

где коэффициент 0,5 учитывает разные знаки погрешностей измерения сопротивлений двух обмоток.

Рассмотрим, насколько соответствуют этому требованию существующие измерители активного сопротивления обмоток трансформаторов. Число предлагаемых на рынке России таких отечественных и импортных приборов достигает порядка полутора десятков с основной относительной погрешностью измерения в нормальных условиях ±(0,2; 0,5 – 1,5) %. Следовательно, часть измерителей уже заведомо имеет погрешность, превышающую допустимую и обусловливающую риск либо неоправданной отбраковки трансформатора, либо необнаружения возникшего дефекта.

Однако основная погрешность измерителей сопротивления нормируется по результатам метрологических испытаний, проводимых на образцовых катушках сопротивления в лабораторных условиях. При эксплуатации приборов на подстанциях возникают многочисленные дополнительные погрешности, вызываемые следующими причинами:

  1. Измерение в начале поддиапазонов прибора;
  2. Широкий диапазон температур при проведении измерений;
  3. Большая индуктивность обмоток трансформатора;
  4. Наличие переходных сопротивлений окисленных контактов в устройствах ПБВ или РПН;
  5. Наведённое переменное напряжение частотой 50 Гц и импульсные помехи.
Читайте также:  Монтаж средств измерений гост

1. В большинстве приборов весь диапазон измеряемых сопротивлений разделён на несколько поддиапазонов, внутри которых значение измерительного тока остаётся постоянным. Поэтому падение напряжения на сопротивлении обмотки Rобм в начале поддиапазона значительно меньше, чем на Rобм в конце поддиапазона. Соответственно этому погрешность измерения будет меньше в конце поддиапазона и больше в его начале, что и отражает формула, нормирующая погрешность прибора.

Рассмотрим, например, формулы для нескольких приборов и вычислим по ним погрешность измерения (согласно рекомендациям [5]) для двух трансформаторов с сопротивлениями обмоток R1 = 2,0 Ом; R2= 2,2 Ом, измеряемых, соответственно, на общих для большинства приборов поддиапазонах 0÷2 и 0÷20 Ом.

1.1. Основная погрешность задана в виде предела допускаемой относительной погрешности δотн = ±[0,5% + 0,25% (Rк/Ri–1)] (где Rк – верхний (крайний) предел поддиапазона, Ri – измеряемое сопротивление). Поставив их значения Rк и Ri в формулу, получим δотн(R1) = ± 0,5% для первого трансформатора и δотн(R2)

_ ±2,3 % для второго.

1.2. Основная погрешность задана в виде предела допускаемой приведённой погрешности δп = ±0,2 %. Учитывая, что приведённая погрешность определяется по формуле , получим из неё выражение для абсолютной погрешности и найдём численные значения: Δ(R1) = ±0,004 Ом ; Δ(R2)=±0,0440Ом. Относительную погрешность результата измерения определим из выражения , тогда δотн(R1) = ±0,2 % ; δотн(R2) = ±1,8 %.

1.3. Основная погрешность задана в виде предела допускаемой абсолютной погрешности Δ = ±(0,012Ri +0,003Rк) для одного прибора или Δ = ±(0,25 % Ri +0,25 % Rк) для другого прибора. Подставив в эти формулы значения Ri и Rк получим: для первого прибора Δ(R1) = ±0,03 Ом и Δ(R2) = ±0,086 Ом; для второго Δ(R1) = ±0,01 Ом и Δ(R2) = ±0,055 Ом. Вычисляя аналогично предыдущему расчёту относительную погрешность будем иметь: для первого прибора δотн(R1) = ±1,5 % и δотн(R2) = ±3,9 %; для второго δотн(R1)=±0,5 % и δотн(R2) = ±2,5 %.

Приведённые примеры наглядно показывают значительное увеличение погрешности в начале поддиапазонов и необходимость определения фактической погрешности результата измерения предлагаемых приборов по изложенной методике, чтобы не ошибиться в выборе.

2. При измерениях в рабочем диапазоне температур возникает дополнительная температурная погрешность, паспортные значения которой в рассматриваемых приборах имеют широкий разброс от ±0,1% на весь рабочий диапазон температур до половины основной погрешности на каждые 10°С. Выше уже было показано, до каких значений может доходить основная погрешность. При измерениях на трансформаторе никто не контролирует температуру окружающего воздуха и не вносит поправки на нее результат измерения. Поэтому результирующая погрешность измерения сопротивления обмотки прибором с такой основной погрешностью и дополнительной температурной погрешностью может возрастать до (8÷10)%.

3. Выражение для напряжения на обмотке при измерении её сопротивления на токе I имеет вид: . Тогда сопротивление обмотки рассчитывается по формуле , где второй член определяет абсолютную погрешность измерения, вызванную индуктивностью трансформатора при нестабильном токе, т.е. . Разделив обе части указанной формулы на сопротивление R, получим выражение для определения дополнительной относительной погрешности измерения, вызванной нестабильностью измерительного тока: или [где δ(I) – относительная нестабильность тока за время dt, необходимое для формирования результата измерения, например, за время усреднения цифрового сглаживания фильтра; τ – постоянная времени обмотки].

В качестве примера решим по этой формуле обратную задачу: по заданной погрешности δ(R)L и известной τ определим максимально допустимое значение нестабильности измерительного тока. Для трансформатора ТРДЦН – 63000/220 экспериментально измерены следующие параметры: R=1,25 Ом, L1=80 Гн при I1=2А и L2=14 Гн при I2=5А. Задаваясь δ(R)L ≤ 0,1%, находим: δ(I)/dt ≤ 0,0016 % / 1c для τ = 64с; δ(I)/dt ≤ 0,009 % / 1c для τ = 11,2 с. Таким образом, требования к стабильности тока высоки, но насколько они выполняются – неизвестно, так как этот параметр не нормирован в документации на приборы.

4. В процессе эксплуатации на контактах переключающих устройств возникают оксидные плёнки, увеличивающие переходное сопротивление контактов, которое вносит дополнительную погрешность в измерение Rобм. Поэтому перед измерением рекомендуется произвести несколько полных циклов переключения, что помогает не всегда. Дополнительно уменьшить переходное сопротивление окисленных контактов можно путём увеличения измерительного тока, так как сопротивление плёнки зависит от направления и силы тока и обратно пропорционально его значению. Переключающие устройства устанавливаются в первичных обмотках трансформаторов. Значение сопротивления Rобм первичных обмоток различных трансформаторов напряжением 35 – 500 кВ находится в диапазоне 0,03–16 Ом. Влияние окисной плёнки будет наиболее сильным при малых значениях Rобм.

Обзор показал, что только несколько приборов позволяют проводить измерения сопротивлений до 0,15÷0,25 Ом на максимально токе 10 А и до 10÷25 Ом на токах 1÷0,1 А. Большинство же приборов измеряют на токе 10 А сопротивления Rобм ≤ 0,02 Ом или даже Rобм ≤ 0,002 Ом, т.е. только вторичные обмотки. Измерение первичных обмоток осуществляется при значительно меньших токах от 1А до 1мА, не оказывающих существенного влияния на сопротивление окисной плёнки.

Читайте также:  Как измерить высоту руля

5. Из-за большого реактивного сопротивления обмотки, особенно сетевой, уровень помех на ней может быть значительным. При регистрации помех с помощью цифрового осциллографа амплитуда переменного напряжения с частотой сети в отдельных случаях достигала 3,3В, а амплитуда импульсных помех – 23 В. Значение полезного сигнала на обмотке, определяемого произведением IRобм, в диапазоне сопротивлений первичных обмоток 0,03–16 Ом для рассматриваемых приборов составляет 0,3÷8 В (в лучшем случае) и 0,003÷0,02 В (в худшем).

Для подавления помех используются аналоговые и цифровые фильтры. Требуемый коэффициент подавления фильтров рассчитывается по формуле [где δпомех – допустимая дополнительная погрешность измерения, вызванная помехой]. Задаваясь, например, δпомех = 0,1%, получим К=0,7(10 4 ÷10 3 ) (для лучшего случая) и К=0,7 · 10 6 ÷ 1,1 · 10 5 (для худшего), т.е. во втором случае помехозащищенность прибора обеспечить значительно сложнее и помехи на подстанции будут вносить дополнительную погрешность.

Миллиомметр для измерения активных сопротивлений обмоток МИКО-7

При создании прибора МИКО-7 удалось избежать наиболее часто встречающихся недостатков, среди рассмотренного выше оборудования для измерения активного сопротивления:

  • специальными мерами устранена погрешность в начале шкалы поддиапазонов, поэтому предел основной относительной погрешности выражается формулой δ­отн ≤ ±0,1% в широком поддиапазоне сопротивлений от 0,5 мОм до 1 кОм, а также в поддиапазоне 10÷500 мкОм;
  • дополнительная температурная погрешность не превышает ±0,2% в диапазоне температур от -20 до +40°C;
  • уменьшена нестабильность измерительного тока до 0,001% / 1с;
  • увеличены токи при измерении сопротивлений Rобм = 0÷0,7 Ом до 10А и Rобм = 16 Ом до 2А. Вследствие этого уменьшается индуктивность обмотки, а значит и погрешность из-за нестабильности тока;
  • возросло значение полезного сигнала на сетевых обмотках до 0,3÷15В.

Миллиомметр МИКО-7 имеет ряд отличительных особенностей:

  • Высокая реальная точность измерения.
  • Автоматический выбор пределов измерения.
  • Регулируемая мощность полезного сигнала на обмотке для исключения перегрева маломощных обмоток электродвигателей и электромагнитов, а значит и увеличить их сопротивления при измерении.
  • Питание как от сети, так и от автомобильного аккумулятора.
  • Три типа измерительных кабелей разной длины и с разным захватом зажимов «крокодил» (20÷80 мм), позволяющих подключаться ко всем типам трансформаторов.
  • Прочный пыле- и водонепроницаемый кейс.
  • Масса – 3,2 кг, габаритные размеры 270×250×130 мм.
  • Возможность расширения функций прибора (за незначительную дополнительную плату):
    • автоматический расчёт относительных отклонений сопротивлений обмоток между собой;
    • автоматический пересчёт сопротивлений линейных обмоток, соединённых по схеме треугольник или звезда, в сопротивления фазных обмоток;
    • автоматический пересчёт сопротивления обмоток, измеренных при текущей температуре, в сопротивление при паспортной температуре с учётом материала обмотки;
    • вычисление температуры по измеренному сопротивлению обмотки и паспортным данным;
    • архив измерений.
  1. Основная погрешность части предлагаемых на рынке измерителей активного сопротивления обмоток значительно превышает максимально допустимую для достоверной оценки состояния трансформатора.
  2. В условиях подстанции реальная погрешность измерения ещё выше из-за неполного учёта (либо совсем без него) влияющих параметров. Поэтому такие приборы не соответствуют даже нормативным требованиям контроля [3], не говоря уж об обнаружении развивающихся дефектов в трансформаторах.
  3. Увеличению погрешности измерения способствуют недостатки, имеющиеся в правилах сертификации приборов, и отсутствие необходимых эталонов. В результате пригодность прибора, предназначенного для измерения в индуктивных цепях, доказывается на безиндуктивных эталонах сопротивления, а нестабильность тока и его минимальное значение не нормированы.
  4. Указанное несоответствие погрешностей предлагаемых приборов задачам контроля зачастую для специалистов энергопредприятий не очевидна, поэтому и приборы с неудовлетворительными техническими характеристиками пользуются спросом.
  5. Изменить сложившуюся ситуацию могли бы разработка и внедрение обязательных требований к измерителям сопротивлений, используемым на предприятиях крупнейших энергокомпаний России.
  6. Новая разработка СКБ ЭП – измеритель сопротивления МИКО-7 – полностью соответствует нормативным требованиям для достоверного контроля состояния трансформаторов и задача раннего обнаружения возникающих дефектов.
  1. Алексеенко Г.В. Испытание мощных трансформаторов и реакторов. – М: Энергия, 1977.
  2. Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 10. – М: ОРГРЭС, 1997.
  3. РД 34.45-51.300.97. Объём и нормы испытаний электрооборудования. – 6-е изд. – М.: НЦ ЭНАС, 2000
  4. РМГ 63-2003. ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2004
  5. Новицкий П.В., Зограф Н.А. Оценка погрешности результатов измерений. – Л: Энергоатомиздат, 1991.

Источник