книги из ГПНТБ / Геллер Б. Импульсные процессы в электрических машинах

Для испытания обмотки, соединенной в звезду и имеющей вы­ веденную нейтраль, импульсом, падающим на одну фазу, можно рекомендовать схему, приведенную на рис. 9-3. При этом будет испытываться также изоляция нейтрали. Напряжение на нейтрали при испытании не превышает 100% амплитуды импульсного напряже-

с полной изоляцией нейтрали. Если трансформатор имеет сниженную изоляцию нейтрали, то между выводами С и 0 включается актив­ ное сопротивление, значение которого определяется при пониженном напряжении таким образом, чтобы при импульсном испытании на­ пряжение на нейтрали обмотки не превосходило допустимой ве­ личины.

Для трансформатора с обмоткой, включенной в треугольник, рекомендуется проводить импульсные испытания в соответствии со схемой рис. 9-4, так как в этом случае продольные напряжения в начале обмотки будут наибольшими. В этом случае под импульс­ ным напряжением будут находиться одновременно две фасы и не

290

напряжения по отношению к земле. Продольные напряжения, в осо­

пряжений на входе обмоток различных трансформаторов в зависи­

са можно изменять в пределах 50% без существенного влияния на напряжения.

Изменение длины импульса даже в пределах 20% основного зна­ чения (50 мкс) оказывает существенное влияние на перенапряжения по отношению к земле.

С р е з а н н ы й и м п у л ь с . Вопросы импульсного испытания трансформаторов срезанным импульсом, воспроизводящего явления при пробое защитных искровых промежутков на вводах трансформа­ торов, часто освещаются в литературе.

Срез импульса 1/50 в момент времени t примерно соответствует

наложению на этот импульс импульса 0,3/50 противоположной по­ лярности. Напряжения в обмотке трансформатора, вызванные таким импульсом, были рассчитаны в гл. 2. Теория показывает, что срез

292

импульса вызывает в первую очередь повышение продольных и<ѵ пряжений в начале обмотки; напряжения относительно земли не растут.

Эти теоретические выводы были подтверждены осциллографиче-

% AU

SO

при срезанном импульсе зависит в большей степени от момента времени, в который происходит срез. У экранированных трансформа­ торов все эти соотношения будут значительно благоприятнее.

9-2. Обнаружение повреждений в трансформаторах

при испытании полным импульсом

1. Общие соображения

Современное состояние импульсной техники и большой опыт проведения импульсных испытаний трансформаторов различных мощ­ ностей, напряжений и конструкций говорят в пользу широкого при-

293

мененйя испытаний полным импульсом. Как и любой метод испыта­ ния, импульсные испытания трансформаторов только тогда явля­ ются оправданными, когда при испытании отчетливо могут быть установлены появившиеся повреждения. Желательно не только об­

1)осциллографирование импульсного напряжения на входе трансформатора;

2)наблюдение во время импульсных испытаний за появлением масляных пузырей и выделением газа, что свидетельствует о пробое обмотки;

3)осциллографирование тока на землю в обмотке, на которую падает импульс (Хагенгут (Hagenguth), Веллауер, Стенквист (Stenkvist), Риппон (Rippon), Хиклинг (Hickling)];

4)осциллографирование кривых тока на землю в неиспытываемых обмотках [Эльснер, Хрбек (Hrbek)];

5)осциллографирование кривой напряжения на изолированном конце обмотки, на которую падает импульс (Ашлиман, Геллер, Веверка);

6)осциллографирование кривой напряжения на изолированном конце неиспытываемой обмотки (Геллер, Веверка);

7)применение электроакустического датчика (ВВС).

Методы пп. 1—3 позволяют обнаруживать только значительные

повреждения, тогда как методы пп. 4—7 достаточно чувствительны для обнаружения замыкания части витков.

Пробой обмотки высокого напряжения на землю, короткое замыка­ ние слоев и другие повреждения, которые могут иметь место при импульсных испытаниях, вызывают изменение входного напряжения. При повреждении обмотки в точке, удаленной от начала обмотки, ко­ гда остается подключенным большое количество витков, изменение напряжения будет небольшим.

Рис. 9-7. Импульс, приложенный к трехобмоточному однофазному трансформатору 150/60/12 кВ при разом­ кнутой обмотке 12 кВ (а) и замкнутой на сопротивле­ ние 50 Ом (б).

В случае короткого замыкания большого количества витков апериодическое изменение напряжения, как показал Гангер (Gänger) [Л. 9-25], переходит в периодическое вследствие резкого уменьшения индуктивности. В качестве примера на рис. 9-7 представлено им-

294

пульсное напряжение на однофазном трехобмоточном трансформа­ торе 150/60/12 кВ при разомкнутой обмотке 12 кВ (рис. 9-7,о) и при обмотке 12 кВ, зашунтированной сопротивлением 50 Ом (рис. 9-7,6). В кривой напряжения появляются периодические колебания. По виду кривой импульсного напряжения можно судить о характере повреждения.

всегда имеется строгая пропорциональность между напряжением и током на землю, пока не возникают разряды. Если между двумя нормально изолированными друг от друга частями обмотки проис­ ходит искровой разряд, напряжение между ними снижается за очень короткий промежуток времени ( Ю - 8 с). Из-за этого возникают быстро

Рис. 9-8. Осциллограммы тока на заземленном конце обмотки выс­ шего напряжения трансформатора 220 кВ при импульсном испы­ тании.

затухающие высокочастотные колебания, которые через продольные емкости обмотки влияют на ток в заземленном конце. Поэтому в мо­

без повреждения и при пробое катушки на расстоянии 2/3 обмотки высшего напряжения от входа {Л. 9-27]. Как видно из осциллограмм, пробой наступает на 20-й микросекунде.

Из этих соображений следует, что путем сравнения осцилло­ грамм тока при пониженном и полном напряжениях можно устано­ вить наличие повреждения при испытаниях полным напряжением.

Для анализа повреждении особенно удобна область кривой тока, соответствующая квазистационарному процессу и медленным

колебания, действие которых проявляется благодаря емкостной пере­ даче напряжения от начала к концу обмотки в первые микросекунды после начала импульса. Высокочастотные колебания тока мешают определению повреждений (дефектографированию).

На квазистационарную составляющую, а также на медленные собственные колебания, наложенные на нее, сильно влияет всякое изменение индуктивности, которое имеет место, при коротком замы­ кании. Согласно уравнению (2-35) следствием уменьшения индук-

295

тивности при коротком замыкании является увеличение квазиста­ ционарной составляющей тока в обмотке.

В качестве примера на рис. 9-10 представлен ток в обмотке трансформатора 250 кВ • А, 30 кВ при отсутствии повреждения и при

Рис. 9-9. Осциллограммы импульсного тока на заземленном конце обмотки трансформатора 250 кВ • А, 30 кВ.

ток сильно увеличивается вследствие короткого замыкания. Как показывают экспериментальные исследования, металлическое корот­ кое замыкание нескольких витков влияет на импульсный ток точно

так же, как пробой между этими витками.

Снятие осциллограмм импуль­ сного тока у трансформатора с за­ земленным концом обмотки осуще­ ствлялось при помощи небольшого измерительного сопротивления, включенного на землю, как показа-

0 70 Zû\yt0 50 700

мне

Рис. 9-10. Осциллограммы импульсного тока на землю трансформатора 250 кВ • А.

/ — при неповрежденной обмотке; 2 — при коротком за­

мыкании 1,05% витков.

но на рис. 9-11. С целью устранения пиков тока в начале импульса, обусловленных высокочастотными колебаниями, рекомендуется па­ раллельно сопротивлению подключать конденсатор такой емкости, чтобы постоянная времени схемы равнялась примерно 50 мкс.

Для трансформаторов небольшой мощности при определении повреждения рекомендуют подключать вместо сопротивления боль­ шую емкость [Л. 9-26]. Этот способ дефектографирования применяет-

296

СЯ в США для испытаний больших серий рас­ пределительных трансформаторов.

Опыты показывают, что для трехфазных трансформаторов значительное влияние на измерение импульсного тока оказывает схема соединения неиспытываемых обмоток, посколь­ ку магнитный поток при импульсах частично замыкается через стальной сердечник. Глухое заземление фаз обмотки, на которые не падает импульс, или вторичной обмотки во многих слу­ чаях ухудшает чувствительность метода испы­ таний, так как оно равносильно короткому за­ мыканию этих обмоток и препятствует появле­ нию магнитного потока в стальном сердеч­ нике.

соображений рекомендуется заземлять обмотки, не подвергающиеся воздействию импульса, через сопротивления, соответствующие волно­ вым сопротивлениям в условиях эксплуатации (300 Ом — .при вклю-

Рис. 9-12. Влияние короткого замыкания фаз, на которые не падает импульс, на изменение импульсного тока трансформатора 250 кВ • А, 30 кВ.

297

чённй воздушных линий, 50 Ом — при включении кабелей или вра­

щающихся машин).

Иногда с целью повышения чувствительности применяемых ме­ тодов испытаний оказывается необходимым оставлять разомкнутыми обмотки, на которые не падает импульс. Чтобы исключить передачу недопустимо высоких напряжений во время импульсных процессов, изолированные концы обмотки должны заземляться через защитные сопротивления так, чтобы наибольшее передаваемое напряжение не превышало 70—80% уровня изоляции соответствующей обмотки.

Для лучшего анализа кривой тока рекомендуется брать разверт­ ку времени около 100—150 мкс, так как при этом будут лучше вид­ ны отклонения в кривой квазистационарного тока и медленных соб­ ственных колебаний.

Слабые и прерывистые разряды между обмотками или на зем­ лю, которые могут возникать при воздействии импульсного напря­ жения, не изменяют основную форму кривой импульсного тока. Поверхностные разряды вызывают быстро исчезающие высокочастот­ ные колебания, накладывающиеся на основную кривую тока. Эти из­ менения не следует считать признаками повреждения, если их число и амплитуда не растут при повторных приложениях импульсов.

Для обнаружения места повреждения можно исходить из того, что импульсный процесс вдоль обмотки маслонаполненного транс­ форматора распространяется со скоростью примерно 150 м/мкс.

Время между началом импульса и появлением сигнала о по­ вреждении на осциллограмме тока, умноженное на 150, дает пример­ ное расстояние места повреждения от начала обмотки. При этом предполагают, что повреждение возникает при первом прохождении импульса через обмотку, что практически всегда имеет место. Дру­ гой метод определения места повреждения состоит в том, что осу­ ществляют искусственное повреждение обмотки в предполагаемом месте и снимают осциллограмму тока при уменьшенном напряжении. Если полученные осциллограммы соответствуют осциллограммам при полном напряжении, то предположение о месте повреждения под­ тверждается.

Ниже приводится ряд схем для дефектографирования путем за­ писи импульсного тока в трехфазных трансформаторах. При соеди­ нении обмотки высшего напряжения в звезду с заземленной ней-

298

тралью измерения импульсного тока проводятся по схеме рис. 9-13,о или рис. 9-13,(5. Схема рис. 9-13,6 более пригодна для обмоток с ма­ лым волновым сопротивлением. Здесь, собственно, измеряется на­ пряжение, индуктированное в той фазе, на которой отсутствует им­ пульс. Эта схема особенно рекомендуется для нахождения поврежде-

Рис. 9-15. Схема осциллографирования импульсного тока при соединении обмотки выс­ шего напряжения в треуголь­ ник.

Рис. 9-14. Схемы дефектографирования с использованием осциллограмм тока на землю; нейтраль обмотки высшего на­ пряжения изолирована.

Если нейтраль обмотки, соединенной в звезду, не выведена и является недоступной, измерение импульсного тока можно проводить по схеме, показанной на рис. 9-14. Здесь концы фаз, на которые не падает импульс, заземляются наглухо или через измерительное сопротивление. При соединении обмотки высшего напряжения в тре­ угольник согласно рис. 9-15 импульс подается одновременно на две фазы, концы которых заземлены через общее измерительное сопро­ тивление. Кроме того, часто применяют еще дифференциальную схему Белди (Beldi), изображенную на рис. 9-16. В этой схеме

299