Лекция 2. Испытательные трансформаторы Выбор параметров

Испытательные трансформаторы (ИТ) являются одним из основных элементов испытательной установки. Они выбираются по номинальному напряжению U_ном и номинальной мощности S_ном. Выбор ИТ по номинальному напряжению однозначно определяется требованиями ГОСТ по испытанию оборудования переменными напряжением промышленной частоты и достаточно прост (см табл.П1 приложения). Выбор ИТ по мощности зависит от типа объектов испытания. Перед началом испытаний каждого нового типа высоковольтного оборудования должен быть проведен анализ нагрузки ИТ. При проведении испытаний нагрузка ИТ носит в основном чисто ёмкостной характер. Типовая или номинальная мощность пропорциональна ёмкостной реактивной мощности:

S_ном =kQ_ном=k U_ном² C_с , (1.0)

где k-коэффициент пропорциональности, C_с – наибольшая емкость объектов испытания.

Таблица 1. Ёмкости объектов испытаний

N п/п	Наименование объекта испытаний	Ёмкость, пф
1	Подвесные и опорные изоляторы	10-50
2	Вводы	100-500
3	Проходные изоляторы, индуктивные трансформаторы тока и напряжения	200 – 400
4	Разъединители	30 – 80
5	Выключатели	200 – 800
6	Кабели высокого напряжения: с газовой изоляцией (например с SF6) с бумажно-масляной или масляной изоляцией с изоляцией из сшитого полиэтилена	60 200-700
7	Силовые трансформаторы мощностью: до 1 МВА до 1000 МВА	до 3000 до 25000
8	Элегазовые распределительные устройства (РУЭ)	1000-10000

Как видно из таблицы 1, ёмкость объектов может существенно различаться. Это учитывается при выборе коэффициента пропорциональности k, который задает запас по мощности. При его выборе следует учитывать, что параллельно объекту испытаний подключены ёмкости соединительных проводников, измерительных и срезающих шаровых разрядников, емкостных трансформаторов напряжения и делителей, дополнительно подключаемые ёмкости. Пробой изоляции в большинстве случаев происходит в момент достижения напряжением максимального значения. Из-за ёмкостного характера нагрузки фазовый угол между напряжением и током близок к /2, т.е. мгновенное значение тока в момент пробоя (КЗ) трансформатора очень мало. Испытательный трансформатор из-за своей высокой индуктивности рассеяния L₀ не в состоянии за короткое время обеспечить номинальный ток через пробитый объект. Большая часть необходимой для пробоя энергии поступает от емкости, включенной на стороне высокого напряжения. Если же для завершения пробоя требуется существенно большая энергия, то напряжение резко понижается, что сказывается на процессе пробоя. Напряжение источника не должно упасть больше чем на 5%, поэтому при испытаниях загрязненной изоляции необходимо выбирать трансформатор большей мощности. На практике при высоких напряжениях выбирается k 2 , в то время как для небольших установок предпочтительно, чтобы k = 510.

Испытательные трансформаторы редко работают в длительном режиме, при котором существуют границы допустимой нагрузки по условиям нагрева обмоток возбуждения или низкого напряжения. Параметры обмоток высокого напряжения определяются по соображениям механической прочности, и они обычно нагреваются незначительно. Тепловая постоянная времени обмоток велика, и поэтому возможна значительная кратковременная перегрузка по мощности. Обычно параметры трансформатора выбираются с учетом их кратковременной работы (например, в течение 15 мин). Не создают, как правило, тепловых проблем и токи КЗ, которые обычно отключаются с помощью токовой защиты, время срабатывания которой согласовано с параметрами трансформатора [Error: Reference source not found]. Короткие замыкания на стороне высокого напряжения из-за малых токов не вызывают также опасности механических повреждений обмоток под действием электродинамических сил. Опасность для ИТ представляют быстрые изменения напряжения du/dt при пробое объекта или даже при ЧР в изоляции с большими токами. При больших скоростях изменения приложенного напряжения [Error: Reference source not found] и при кратковременных скачках напряжения возникают перенапряжения в контуре, образованном последовательно соединенными емкостью нагрузки и индуктивностью рассеяния трансформатора. По этой причине небезопасно испытательный трансформатор толчком включать при напряжении, большем половины номинального. Напряжение на первичной обмотке должно плавно подниматься с помощью регулятора, а включение ИТ должно производиться на напряжение не большее 30% от U_ном. По этой же причине многие изготовители ИТ рекомендуют (настаивают) на включении демпфирующего резистора между трансформатором и объектом, который должен как устранять резонансные явления, так и снижать скорость изменения напряжения в обмотке при пробоях. Сопротивление демпфирующего резистора выбирается в пределах от 10 до 100 кОм с постоянной времени разряда емкости обмотки не менее 10 мкс.

Табл.1. Основные данные испытательных трансформаторов.

Тип	Номинальное напряжение, кВ, на стороне		Мощность, кВА, в режиме		Uкз, %
	ВН	НН	длительный	испытательный
ИОМ 15/10	15	0,2	5	10	3
ИОМ 35-70/30	35/70	0,2	15	30	7
ИОМ 35-70/100	35/70	0,2	25	100	7
ИОМ 100/20	100	0,2	10	20	9
ИОМ 100/25	100	0,2/0,38	15	25	10
ИОМ 100/100	100	0,2/0,38	60	100	10
HV 9105 (Terco)	100	0.2	5	10	4
ТВО 140/50	140	0,19	-	5	-
ИОМ 500/500	500	3/6	-	500	-
Мессвандлербау	550	-	750	1500	3
TUR 600/2400	600	-	2000	6000	7
TUR 750	750	-	1500	-	7,7
TUR 1200	1200	-	3600	-	11

Таблица 2. Характеристики силовых трансформаторов,

используемых в качестве испытательных.

Тип	Номинальное напряжение, кВ, на стороне		Мощность, кВА	Uкз, %
	ВН	НН
ОМ- 4/6	6	0,23; 0,4	4	4
ОМ- 4/10	10	0,23; 0,4	4	4
ОМ- 5/15	15	0,22; 0,4	5	7,5
ОМ- 10/6	6	0,23; 0,4	10	4
ОМ- 10/10	10	0,23; 0,4	10	4
ОМ- 10/27,5	25	0,23	10	10
ОМ- 35/35	35	0,4	20	5
ОМ- 66/35	35	0,22; 0,4	50	4,5

При применении в качестве ИТ трансформаторы напряжения типа НОМ могут быть перевозбуждены на 30-50% (при токе, не превышающем допустимый по условиям нагрева). Силовые трансформаторы допускают по условиям нагрева кратковременную трехкратную перегрузку по току.

Таблица 3. Нагрузочные характеристики трансформаторов напряжения.

Тип	Номинальный коэффициент трансформации	Максимальная мощность, кВА, в режиме		Максимальный ток обмотки НН, А, в режиме
		длительный	испытательный	длительный	испытательный
НОМ-6	6000/100	0,6	1,5	6	15
НОМ-10	10000/100	0,72	3,5	7,2	35
НОМ-15	15000/100	0,84	4	8,4	40
НОМ-35	35000/100	1,2	6,0	12	60
НКФ-110		-	11	-	-
Т 35 (HIGHVOLT)	35000/230 17500/230	4,4	-	19	-
Т 50i	50000/230	4,4	-	19	-
Т 100i	100000/230	6,6	-	28	-

Рис.1.5. Испытательный трансформатор (1) TUR-600 кВ/2400 кВА фирмы HIGHVOLT (TUR) в высоковольтном зале LGAI (Барселона), 2- демпфированный ёмкостной делитель напряжения, 3 –конденсатор.

Рис.1-6. Трансформаторы испытательные:

а)-ИОМ-20/100 У3; б)- фирма Мессвандлербау.