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

следовательно, квазистационарный ток обмотки обратно пропорцио­ нален индуктивности L, величина которой, как показано выше, ме­ няется из-за нелинейности характеристики намагничивания. Отсюда следует, что при разомкнутой вторичной обмотке квазистационарная составляющая ір/во тока обмотки при сниженном импульсном на­ пряжении (50% U) существенно отличается от квазистационарной составляющей тока ірцво при полном напряжении (100% U), если магнитопровод не был размагничен перед испытанием полным на­ пряжением.

6-и ü 7-L1 U/И/7іІЛЪСЫ

номинального напряжения. Следовательно, влияние насыщения мо­

1 Испытательное напряжение полного грозового импульса.

Биверс (Beavers), Голкомб и Леони (Leoni) исследовали влия­ ние насыщения на форму тока обмотки распределительного транс*

310

как повреждение изоляции обычно вызывает резкое изменение. За­ мыкание лишь одного витка приводит к изменению тока обмотки на один или два порядка по величине больше, чем при насыщении.

9-4. Обнаружение повреждений в трансформаторах при испытаниях срезанным импульсом

В эксплуатации на трансформатор могут воздействовать срезан­ ные волны. Это является причиной введения испытаний срезанным импульсом, воспроизводящим такие воздействия. Пробой срезающего искрового промежутка вызывает высокочастотные колебания, которые делают дефектографирование при таком испытании значительно бо­ лее трудным, чем при испытании срезанным импульсом. Более того, форма осциллограмм после среза импульса сильно зависит от момен­ та среза.

Эти трудности привели в США к созданию комбинированного метода испытаний: трансформатор испытывается сначала срезанным импульсом без дефектографирования, а затем испытывается полным импульсом со снятием дефектограмм. При этом предполагается, что повреждение, вызванное срезанным импульсом, будет обнаружено при последующем испытании полным импульсом. Это предположение, однако, не всегда справедливо, что было подтверждено эксперимен­ тально.

Метод дефектографирования при импульсных испытаниях состоит в сравнении двух осциллограмм, одна из которых снята при пони­

легко выполняется с помощью управляемых срезающих промежутков. Кроме того, Гангер рекомендует применять неуправляемый стержне­

сказывается на точности дефектографирования, поскольку неуправ­ ляемый стержневой промежуток имеет значительный разброс.

Осциллограммы на рис. 9-40 показывают воздействующее напря­ жение и ток обмотки на землю по Гангеру при испытании срезанным импульсом трансформатора 220 кВ с катушечной обмоткой {Л. 9-40].

3 1 1

Амплитуда сниженного импульса была .600 кВ и полного — 1 210 кВ. Никакой разницы не обнаруживается в форме токов, и, следователь­ но, повреждения при испытании не было.

Рис. 9-40. Срезанный импульс и ток обмотки трансформатора 220 кВ на землю при 50%-ном (а) и 100%-ном (б) импульсном на­

форматора 220 кВ с катушечной обмоткой до пробоя {Л. 9-40]. Отчет­

Рис. 9-41. Ток с бака h и об­ мотки /об на землю в транс­ форматоре 220 кВ при 50%-ном (а), 88%-ном (б) и 100%-ном (е) срезанном им­ пульсе с пробоем.

312

На рис. 9-42 показаны осциллограммы, снятые при испытании срезанным импульсом трансформатора 220 кВ со слоевой обмоткой [Л. 9-40]. Разница в форме тока немедленно после среза импульса может быть отнесена за счет того, что предразрядное время при пониженном напряжении на 0,4 мкс меньше, чем при полном. Далее формы двух кривых почти, идентичны, что указывает на отсутствие пробоя.

Ниже приведены результаты измерений, полученные авторами при воздействии срезанного импульса на первичную обмотку упомя­

а) б)

Рис. 9-42. Срезанный импульс и ток обмотки на землю в транс­ форматоре 220 кВ со слоевой обмоткой при 50%-ном (а) и

100%-ном (б) импульсах без пробоя.

Емкость конденсатора, подключенного к обмотке низшего напряже­ ния, С=0,5 мкф; сопротивление R, через которое вторичная обмотка была заземлена, равнялась 100 кОм. Для опытов искусственно было сделано короткое замыкание трех витков (0,1%): в начале, в середи­ не и в конце первичной обмотки. Приложенный импульс имел время до среза 3 мкс.

На рис. 9-43 представлены осциллограммы напряжения на емко­

в обмотке и при коротком замыкании, причем было замкнуто 1,1% витков первичной обмотки у ее начала [Л. 9-20].

Короткое замыкание отчетливо обнаруживается в различных кри­ вых напряжения на сопротивлении R.

Интересную схему для дефектографирования при срезанном импульсе, представленную на рис. 9-45, предложил Профуст [Л. 9-22]. После срабатывания искрового промежутка F емкость на землю

фазы, на которую падает импульс, разряжается через обмотку и этот искровой промежуток. При этом измеряется напряжение на фазах В

и С, включенных параллельно и заземленных через делитель напря-

313

двух осциллограмм, а смещение кривой напряжения на осциллограм­ ме по отношению к нулевой линии. Схема применима только для

314

трансформаторов с изолированной нейтралью. Так как метод осно­ вывается на определении напряжений, индуктированных в фазах В и С магнитным потоком сердечника, вторичные обмотки ни в коем

б)

случае не должны закорачиваться. Если вторичная обмотка будет за­ землена, то сопротивления на землю должны равняться по крайней мере 500 Ом.

9-5. Электроакустический метод

Все изложенные методы дефектографирования требуют сравнения осциллограмм импульсных токов в неповрежденной обмотке при по­ ниженном напряжении с осциллограммами, полученными при полном напряжении. Но существует и другой метод, с помощью которого

Рис. 9-47. Осциллограм­ мы электрических им­ пульсов, полученных от электроакустического датчика при приложе­ нии импульса к об­ мотке.

приборов, преобразующих звуковой импульс в электрический, кото­ рый затем регистрируется электрическим измерительным прибором или осциллографируется. Прибор вводится в трансформатор через отверстие в крышке. Иногда трансформатор приходится открывать. Осциллограммы электрических импульсов на рис. 9-47 ясно показы­ вают различие процессов при импульсе без повреждения обмотки

315

9-6. Выводы

В настоящее время имеется ряд чувствительных и надежных ме­ тодов при испытании трансформаторов полным импульсом, позволяю­ щих определить, выдержал ли трансформатор испытания. Эти методы позволяют также, по крайней мере приближенно, определить место повреждения. Следовательно, испытания полным импульсом удовле­ творяют всем требованиям и могут широко применяться.

Испытания срезанным импульсом в этом отношении менее удо­ влетворительны. Хотя в принципе и возможно здесь использовать для обнаружения повреждений сравнение осциллограмм напряжений и токов при пониженном и полном напряжении, эти методы нельзя считать удовлетворительными, и необходимы дальнейшие теоретиче­ ские и экспериментальные исследования. Испытание срезанным импульсом само по себе довольно сложно и, следовательно, годится главным образом для типовых испытаний.

Однако, следует подчеркнуть, что не существует универсального метода испытаний полным импульсом трансформаторов всех параме­ тров и конструкций обмоток. Схема, подходящая при одном типе обмотки, может полностью не годиться при другом. Более того, чув­ ствительность данной схемы может сильно изменяться в зависимости от места повреждения. Например, схема Эльснера позволяет обна­ ружить междувитковые пробои на концах более точно, чем в сере­ дине обмотки.

Требования к чувствительности различных методов не следует преувеличивать. При импульсных испытаниях обмотки высокого на­ пряжения мощного трансформатора обычно достаточно обнаружить пробой 0,5—1% витков фазы, тогда как при испытаниях маленьких распределительных трансформаторов и трансформаторов напряжения число замкнутых витков может быть значительно меньше.

ность отдельных методов дефектографирования при испытаниях пол­ ным и срезанным импульсом на моделях трансформаторов с различ­ ными конструкциями обмоток.

9-7. Методы определения собственных частот обмотки

Собственные частоты обмотки можно определить одним из сле­ дующих методов:

а) При помощи электронного осциллографа регистрируются сво­ бодные колебания при импульсе.

б) Определяется резонансная частота обмотки; при этом на обмотку подают напряжение разных частот и определяют, при какой частоте наступает максимум или минимум напряжения в исследуемой точке.

316

частот, подводимых к началу обмотки. По форме и положению кри­ вых определяется резонансная частота.

г) По величинам тока и. напряжения, измеренным при синусои­ дальном напряжении, определяют сопротивления для разных частот, строят зависимость сопротивления от частоты и из этой кривой опре­ деляют резонансную частоту.

Ниже рассматриваются более подробно эти методы.

а) Первый метод основывается па анализе осциллограмм напря­ жений, полученных в различных точках обмотки. Для обмоток с за-

: 0.2x275

OJPM 30 W 50 ВО 70 80 SO

Рис. 9-49. Осциллограммы, снятые на различных отпайках обмотки трансфор­ матора при импульсе; справа схемы включения осциллографа.

земленным концом напряжение на отпайке 50% согласно теоретиче­ скому анализу свободных колебаний содержит частоты, соответст­ вующие первой, третьей, пятой и т. д. пространственным гармоникам, если пренебречь гиперболическими членами. Четные пространственные гармоники в этой точке имеют узел. Чем выше порядок гармоники, тем быстрее уменьшается ее амплитуда, так что на осциллограмме, снятой на этой отпайке, видна прежде всего основная гармоника.

Вторая пространственная гармоника имеет свой максимум на отпайках 25 и 75%. При включении осциллографа между отпайками 25 и 75% получается ее двойная амплитуда. Четвертая гармоника на осциллограмме незаметна, ѵак же как все нечетные гармоники. Эта схема особенно пригодна для выделения второй пространственной гармоники.

317

Других Схем, которые были бы пригодны для выделений следуй' іцих гармоник, не существует. Изложенный метод дает обычно хоро­ шие результаты только для основной и второй гармоник.

С целью проверки этих теоретических положений Бьюли, Хагенгут и Джексон (Jackson) [Л. 9-1] провели измерения на трансфор­ маторе 66 кВ, 3 ЛШ-А без вторичной обмотки; при этом они приме­ няли импульс большой длины с оч'щь крутым фронтом (0,2/275 мкс).

изображена соответствующая схема включения электронного осцил­ лографа. Осциллограмма а показывает волну на входе. На осцилло­

грамме б, снятой на отпайке 50%, ясно видна основная гармоника с частотой 41 кГц, искаженная высшими гармониками только в пер­ вый период. На осциллограмме в, которая была снята между отпай­

ками 25 и 75%, отчетливо видна частота 106 кГц, соответствующая второй просгранственной гармонике. Высшие четные гармоники очень мало искажают кривую. Осциллограммы г и д, снятые между отпай­

ками 25 и 75% и землей, сильно искажены.

На основании осциллограмм напряжения относительно земли, ко­ торые были сняты на различных отпайках, были получены результи­ рующие кривые наивысших напряжений по отношению к земле, а также начального распределения напряжения, представленные на рис. 9-50. Разлагая в ряд Фурье разность начального и конечного распределения, можно получить амплитуды отдельных пространствен­ ных гармоник. Для основной и второй гармоник полученные резуль­ таты можно сравнить с данными, полученными при прямых измере­ ниях.

б) При резонансном методе на обмотку подается синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой. Частота этого напряжения

318

изменяется до тех пор, пока не обнаружится резонанс в заданной точке обмотки. Целесообразно построить для каждой частоты кривую наивысших напряжений относительно земли вдоль всей обмотки и, таким образом, определить пространственное -положение максимума. На рис. 9-51 сплошной линией показана огибающая максимальных потенциалов, полученная для частоты 42 кГц на описанном выше трансформаторе; при этой частоте огибающая достигла своего наи­ большего значения. На этом же рисунке представлены огибающие для частот 40 и 44 кГц.

Исследуем теперь теоретически соотношения при резонансе. Рас­ пределение напряжения вдоль обмотки с заземленным концом при единичном импульсе было дано выше:

Оно получено в предположении, что величины С, К, L к сопро­ тивление распределяются вдоль обмотки равномерно.

Если к началу обмотки подведено синусоидальное напряжение

,(/) = / (/) + ЬСЕ, ѵ

(9-13) 319