Трансформатор на холостом ходу

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 . 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 .

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 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 . 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.

  • Первый опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы а, возбуждают обмотки фаз b и с, измеряют ток и потери XX , .

  • Второй опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы b, возбуждают обмотки фаз а и с, измеряют ток и потери XX , .

  • Третий опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы с, возбуждают обмотки фаз a и b, измеряют ток и потери XX , .

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

Потери,,,трансформатора рассчитываются по формуле

(2.10)

При отсутствии дефекта в трёхфазном трансформаторе потериипри допустимом отклонении ±5% практически равны. Потерина 25…50% (в зависимости от конструкции и числа стержней магнитопровода трансформатора) больше потерь и.

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 .

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 Uab, тока Iab, разности между током и напряжением, частоты сети и потерь холостого хода Pab цифровым регистратором фазы ab трансформатора (Рис. 2.31).

После этого напряжение ИРПН автоматически плавно нарастает до определённого значения. Сигналы с блока датчиков тока и напряжения БДТ и Н (Рис. 2.32) ЦР поступают в АЦП, где преобразовываются из аналоговых величин в цифровые. Затем вычислительный блок ВБ выполняет преобразование Фурье над входными сигналами (т. е. фильтрует составляющие гармоник кратных частот основной гармоники и определяет действующее значение и разность фаз этих сигналов на первой гармонике).

Далее вычисляются потери холостого хода фазы ab путём умножения действующего значения синусоидального напряжения на ток и косинус угла между ними. После завершения вычислений полученные значения частоты, тока, напряжения и потерь холостого хода выдаются на ЖКД и одновременно записываются в блок энергонезависимой памяти БЭП (Рис. 2.3).

Далее ЦР с помощью управляющего выхода D подаёт на ИРПН сигнал на отключение, и напряжение последнего плавно спадает до нуля. Контакт К1 и переключатели П1 и П2 коммутирующего органа переключаются в исходные положения. После этого готовится схема для измерения напряжения, тока и потерь холостого хода следующей фазы bс: ЦР выдаёт сигнал, по которому КО подключает свои входы 1, 2 с помощью переключателей П1 и П2 к выходам 4, 5, и одновремен­но включается контакт Кг коммутирующего органа.

Рис. 2.31. Структурная электрическая схема устройства измерения тока и потерь холостого хода. ИРПН — источник регулируемого переменного напряжения; ЦР — цифровой регистратор; КО — коммутирующий орган; СТК— соединительный 3-проводной кабель;

СТ— испытуемый силовой трансформатор

Рис. 2.32. Элементы блоков первой часта упрощённой структурной схемы цифрового регистратора для измерения тока и потерь холостого хода. БДТ и Н— блок датчиков тока и напряжения

ЦР обрабатывает входные сигналы аналогично ранее изложенному порядку, после чего он с помощью управляющего выхода D подаёт на ИРПН сигнал на отключение, и напряжение последнего плавно спадает до нуля. Одновременно контакт К2 и переключатели П1 и П2 переключаются в исходные положения.

После этого готовится схема для измерения следующей фазы ас: ЦР выдаёт сигнал, по которому КО подключает входы 1, 2 к выходам 3, 5 при помощи переключателей П1 и П2, и одновременно включается контакт К3. Далее процесс повторяется.

После записи измеренных значений частоты сети, тока, напряжения и мощности потерь холостого хода фазы ас в блок энергонезависимой памяти БЭП и индикаций этих параметров на ЖКД вычислительный блок вычисляет процентное отклонение потерь холостого хода (V) измеренных фаз по формулам

,

,

,

где Δ1, Δ2, Δ3 записываются в БЭП и выдаются на ЖКД, а контакт К3 и переключатели П1, П2 переключаются в исходные положения. Таким образом, производится автоматическое измерение частоты сети, а также тока, напряжения, потерь холостого хода и процентное отклонение потерь холостого хода по фазам обмотки НН силового трансформатора.

Кроме того, во всех трёх случаях в измеренные значения потерь холостого хода вносятся поправки, учитывающие потери в схеме Рсх. Для этого предварительно измеряются сопротивление соединительных проводов, переходное сопротивление контактов и переключателей КО, сопротивление СТК и входное сопротивление ЦР, суммарное значение которых заносится в БЭП. В последующем эта поправка вычислительным блоком учитывается автоматически, что также повышает точность измерения.

Применение СТК с цветовой маркировкой позволяет упростить процесс сборки схемы, что также является важным фактором при производстве работ в полевых условиях. Кроме того, использование кабеля позволяет размещать рабочее место на уровне земли, что исключает работы на высоте, тем самым повышается безопасность производства работ . Устройство с успехом можно применить и для определения тока и потерь холостого хода однофазных трансформаторов и автотрансформаторов.

Рабочие режимы эксплуатации транформаторов

Сегодня существуют различные виды и типы трансформаторов, но все они работают по одному и тому же принципу изменения напряжения. Таким образом, все существующие трансформаторы способны работать в одном из трех режимов: в режиме короткого замыкания, расчетной нагрузки и холостого хода. Для подключения любой электросистемы и электрооборудования требуется согласование подключения к электросетям.

В режиме работы короткого замыкания трансформатор функционирует в условиях, когда вторичная обмотка замкнута проводником с нулевым сопротивлением. Короткое замыкание на трансформаторном оборудовании может вызывать различные аварийные ситуации, угрожающие подключенным к прибору элементам электросети, чтобы аварии не приводили к повреждениям, на трансформаторах принято устанавливать специальную защиту, отключающую устройство при замыканиях.

В режиме расчетной нагрузки на вторичную обмотку трансформаторного устройства, оборудование начинает передавать нагрузке часто мощности. Из-за такого режима первичная обмотка будет получать большую мощность из электросистемы. Следует учитывать, что при возрастании тока на трансформаторе в режиме нагрузки, ток на первичной обмотке также будет увеличиваться.

Режимом холостого хода работы трансформаторного устройства называют функционирование оборудования в условиях разомкнутой вторичной обмотки. В этом случае по первичной обмотке будет проходить ток холостого хода, имеющий параметры активной и реактивной мощности, которые должны быть учтены специалистами, проводящими электроизмерения.

За счет исследования режима холостого хода, специалисты могут получать различную важную информацию, на основе которой можно будет сделать вывод о функциональности, безопасности и надежности работы устройства. Согласно современным законодательным нормам, первые электроизмерительные работы на трансформаторе проводятся после его установки и перед сдачей электросистемы в эксплуатацию собственникам. Эти замеры предназначены для определения соответствия параметров работы устройства заводским характеристикам, для выявления неисправностей в приборе и устранения обнаруженных ошибок до передачи электросети заказчику.

Что включает в себя проверка трансформатора

Первые профессиональные электрические измерения включают в себя несколько отдельных проверок и исследований, каждое из которых позволяет получить точную информацию о функциональности трансформаторного устройства.

Помимо измерения потерь в режиме холостого хода, специалистам электролаборатории нужно будет также определить коэффициент трансформации прибора, проверить качество изоляции, качество соединения обмоток и параметры сопротивления на обмотках трансформатора. Проводя исследование трансформатора, следует не только грамотно выполнить все этапы электроизмерительных работ, но еще и провести их в правильной последовательности. Любые ошибки в проектах электроснабжения могут становится причиной выхода из строя трансформаторного оборудования.

На первом этапе измерительных работ специалистам нужно будет измерить характеристики тока при холостой работе устройства. В соответствии с современными законами, к проведению замеров холостого хода трансформаторного устройства допускаются только квалифицированные специалисты с уровнем по электрической безопасности не ниже 3. Каждый сотрудник электролаборатории обязан использовать средства индивидуальной защиты и работать в соответствии со всеми нормами безопасности.

Чтобы получить точную информацию о силе тока в холостом ходу, работы должны проводиться при напряжении от 220 В до 380 В. Напряжение может быть подано исключительно на обмотку трансформаторного оборудования, а уровень напряжения постоянно должен контролироваться сотрудниками бригады с помощью профессиональных измерительных приборов.

Так как после отключения устройства на магнитопроводе может оставаться остаточное намагничивание, специалистам электролаборатории нужно будет его размагнитить. Чтобы это сделать, мастерам нужно пропустить ток с противоположной полярностью по обмотке. Для этих работ обычно используются современные переносные аккумуляторы. Если производится исследование трехфазного устройства, то замеры нужно проводить пофазно, за счет чего можно будет выявить неисправный проводник и сравнить характеристики эксплуатации устройства с заводскими параметрами.

Для получения актуальных характеристик тока, специалистам нужно будет поочередно замыкать одну из фаз устройства, проверяя оставшиеся проводники.

Как уменьшить ток холостого хода

Уменьшение характеристик холостого хода трансформаторного устройства может потребоваться в различных электрических системах. Слишком высокие параметры тока негативно сказываются на функциональности и экономичности использования оборудования. Важно отметить, что большая часть проблем, возникающих с холостым ходом трансформаторов, возникает из-за ошибок сборщиков устройств. Очень легко допустить ошибку при выполнении такой работы, если не учесть особенности эксплуатации приборов. Любая ошибка в ходе сборки может негативно сказаться на КПД трансформатора.

В настоящее время используется несколько методик снижения потерь электроэнергии и повышения рентабельности эксплуатации трансформаторной техники. Опытные мастера могут снизить параметры магнитного потока путем монтажа большего числа витков обмотки. Естественно, у такого решения есть и отрицательные качества, оно приводит к перерасходу дорогостоящей проводки, что сказывается на конечной стоимости монтажа и эксплуатации оборудования. Все существующие методики снижения токов холостого хода требуют дополнительного финансирования.

Правила сборки трансформаторов и способы снижения потерь на обмотках

Так как от правильности сборки оборудования зависят его параметры работы и особенности эксплуатации, выполняющим монтаж сотрудникам обязательно нужно помнить о своей ответственности. От профессионализма сборщиков зависит даже число используемых при установке трансформатора материалов.

Современное трансформаторное оборудование изготавливается из элементов, не имеющих надежной защиты от механических повреждений. Из-за этой особенности даже одно неправильное действие монтажника может привести к снижению магнитных свойств металла. Любые механические повреждения трансформатора будут приводить к снижению функциональности устройства, его экономичности и надежности.

Основные потери электрической энергии происходят на обмотках трансформаторного оборудования, причем, в большинстве случаев, из-за тока нагрузки. Снизить нагрузку, а значит и потери, можно за счет увеличения диаметра сечения используемого в обмотке кабеля. Эта методика считается самой эффективной, но не совсем рентабельной, так как увеличение диаметра кабеля обмотки может привести к необходимости увеличения других характеристик устройства, что потребует значительного финансирования.

Более правильный и дешевый вариант снижения потерь и увеличения рентабельности оборудования состоит в контроле над симметрией установленных обмоток. Специалистам должно быть известно, что даже незначительная разница в параметрах обмоток может приводить к увеличению потерь электроэнергии. Потерь из-за разницы обмоток могут приводить также к сильному нагреву отдельных элементов установки.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Поделитесь ссылкой

Дата публикации: 25.08.2015

Измерение холостого хода

Под воздействием номинального напряжения, по обмотке начинает протекать ток, который равен току при холостом ходе. С практической точки зрения, его значение составляет приблизительно от 5-ти до 10-ти процентов от номинального. Для трансформаторов с небольшой мощностью его значение будет уже порядка 30% от номинала.

Ток холостого хода, приложенный к первичной обмотке, измеряется с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра, включенных в цепь вместе с потребляемой мощностью. Замыкание вторичной обмотки трансформатора производится на вольтметр, с сопротивлением такой величины, что ток, проходящий через вторичную обмотку, имеет, практически, нулевое значение.

Величина тока холостого хода, протекающего в первичной обмотке, по сравнению с номинальным током очень мала, в сравнении с напряжением, которое приложено. Таким образом, это напряжение уравновешено электродвижущей силой первичной обмотки и обе этих величины имеют примерно одинаковое значение. Из этого следует, что значение хода ЭДС в первичной обмотке определяется показаниями вольтметра, включен в ее цепь.

Для того, чтобы более точно измерить ток холостого хода трансформатора, необходимо использовать в качестве первичной и вторичной обмотки соответствующие обмотки низкого и высокого напряжения. Это объясняется разницей номинальных токов между обмотками. При этом, измерение тока может быть измерено более точно и качественно.

УМЕНЬШЕНИЕ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА

Нет любителя электроники, которого хотя бы раз не упрекнули в том, что он не изучает теорию, а его творческий метод на практике есть ни что иное как «метод тыка». Между тем в познании теории есть свои нюансы. Перемотка трансформаторов дело хорошее, в смысле если владеешь этим умением (хотя бы работой со вторичной обмоткой), то сбережешь не только деньги, но и время. Бонусом будет хорошее настроение от осознания своей творческой мощи. Однако суть процесса заключается не только в сматывании и наматывании витков провода на трансформаторную катушку и разборке – сборке магнитопровода. Есть моменты, основанные на знаниях. Пополняя их прочитал как-то про ток холостого хода трансформаторов и не вникая в подробности уяснил, что это плохо. Да ещё вдобавок ко всему научился его измерять.

Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором к первичной обмотке подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута и ток в ней равен нулю.

В работе в это время как раз находился трансформатор питания ТП-60-15.

Домотал его вторичную обмотку до выходного напряжения 12 вольт с током гораздо более 1 ампера. И тут не упустив случая, использовал вновь приобретённые знания — замерил ток холостого хода. А в наличии аж 125 мА — норма для силового трансформатора ТС-270. Тогда не долго думая смотал всю вторичную обмотку и добавил первичной ( для устранения обнаруженного недостатка), ток холостого хода стал 40 мА. Правда места под первичную обмотку стало меньше и хватило намотать провода только до напряжения 10,5 вольт, но и это вполне устраивало.

Не устроило только то, что уже первые сто миллиампер поглощенные нагрузкой вызвали падение напряжения на один вольт — максимальную норму допуска падения в таких случаях. А увеличение нагрузки до токопотребления в 0,5 ампера заставили стрелку вольтметра упасть уже до 9 вольт. Чтобы понять причину много времени не потребовалось, естественно всё дело было в действиях по снижению тока холостого хода. Улучшая, хотел лучшего, а получилось всё именно так как обычно и бывает в таких случаях. Недаром же существует не писаный постулат, гласящий о неприкосновенности первичной обмотки трансформатора заводского изготовления.

Пришлось смотать сделанную прибавку к первичной обмотке. Как видно на фото её было не мало (провод, намотанный на катушку от видеокассеты). На трансформаторной катушке осталась заводская намотка сопротивлением в 50 Ом. На место вторичной обмотки вернул тот же провод диаметром 1 мм и в том же количестве, что смотал ранее.

Трансформатор, восстановленный до заводского исполнения, опять стал выдавать хороший выходной ток. При первоначальном напряжении в 10,5 В, оно снизилось только на 0,5 вольта и значит ещё можно добавлять нагрузку, а на амперметре уже более 1 ампера. Да и лампочки кончились.

От чего зависит ток холостого хода

Что касается тока холостого хода, то его последствием являются электрические потери в первичной обмотке трансформатора. Они в трансформаторах радиолюбительской практики весьма малы, можно даже сказать, ничтожны и ими обычно пренебрегают. Помимо числа витков первичной обмотки ток холостого хода так же зависит от целого ряда причин и условий:

  • величины поданного напряжения
  • наличия короткозамкнутых витков
  • качества изоляции обмоток
  • толщины пластин и их изоляции
  • наличия воздушного зазора в магнитопроводе
  • силы сжатия пластин
  • и так далее…

Производя сборку трансформаторных магнитопроводов, соединяющихся встык, уже не в первый раз применяю способ, при котором соединяемые торцы магнитопровода смазываю клеем, который используют для установки потолочных пенопластовых плиток (). При высыхании он практически не даёт усадки и прекрасно справляется с ролью специализированного компаунда, который применяют для этих целей в более ответственных случаях, а держит соединённые половинки так, что при разборке необходим резкий удар небольшого молотка. Но самое главное звук сопровождающий работу трансформатора, пресловутое «гудение» отсутствует полностью, трансформатор «нем как рыба». В планах подобрать наполнитель, пылеобразный порошок — магнитный диэлектрик.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *