Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

Что такое коэффициент трансформации

Трансформатор не меняет один параметр в другой, а работает с их величинами. Тем не менее его называют преобразователем. В зависимости от подключения первичной обмотки к источнику питания, меняется назначение прибора.

В быту широко распространены эти устройства. Их цель — подать на домашнее устройство такое питание, которое бы соответствовало номинальному значению, указанному в паспорте этого прибора. Например, в сети напряжение равно 220 вольт, аккумулятор телефона заряжается от источника питания в 6 вольт. Поэтому необходимо понизить сетевое напряжение в 220:6 = 36,7 раз, этот показатель называется коэффициент трансформации.

Чтобы точно рассчитать этот показатель, необходимо вспомнить устройство самого трансформатора. В любом таком устройстве имеется сердечник, выполненный из специального сплава, и не менее 2 катушек:

• первичной;
• вторичной.

Первичная катушка подключается к источнику питания, вторичная — к нагрузке, их может быть 1 и более. Обмотка — это катушка, состоящая из намотанного на каркас, или без него, электроизоляционного провода. Полный оборот провода называется витком. Первая и вторая катушки устанавливаются на сердечник, с его помощью энергия передается между обмотками.

Анализ результатов измерения холостого хода

При приемосдаточных испытаниях и капитальном ремонте полученные данные сравниваются с протоколом о соответствующих испытаниях, проведенных на заводе после изготовления трансформатора. Расхождение более 5 % не допускается.

Для однофазных трансформаторов в этих же случаях мощность потерь не должна отличаться от исходной величины более, чем на 10%.

В эксплуатации измеряется только ток холостого хода на основании опыта с номинальным напряжением или мощность потерь при пониженном. ПТЭЭП при этом не нормирует отклонения от нормы.

Однако, при подозрении на повреждение в трансформаторе метод измерения потерь с использованием трех последовательно проведенных опытов дает очень ценный результат. Поскольку обмотки фаз трансформатора находятся в неравных условиях, то можно не только вычислить, есть ли там дефект, но и определить дефектную фазу.

Путь магнитного потока при возбуждении выводов АВ и ВС одинаков. Поэтому и мощности потерь для опытов на этих фазах не будут отличаться. При возбуждении фаз АС путь, пройденный магнитным потоком, длиннее, поэтому мощность потерь будет на 25-50% превышать предыдущие. Сравнивая эти показатели, можно выявить, на какой фазе есть дефект.

Определение и формула коэффициента трансформации трансформатора

Получается, что коэффициент — это постоянная величина, показывающая масштабирование электрических параметров, она полностью зависит от конструкторских особенностей устройства. Для разных параметров расчет k производится по-разному. Существуют следующие категории трансформаторов:

• по напряжению;
• по току;
• по сопротивлению.

Перед определением коэффициента необходимо замерить напряжение на катушках. ГОСТ указано, что производить такое измерение нужно при холостом ходе. Это когда к преобразователю не подключена нагрузка, показания могут быть отображены на паспортной табличке этого устройства.

Затем показания первичной обмотки делят на показания вторичной, это и будет коэффициентом. При наличии сведений о количестве витков в каждой катушке производят дробление числа витков первичной обмотки на число витков вторичной. При этом расчете пренебрегают активным сопротивлением катушек. Если вторичных обмоток несколько, для каждой находят свой k.

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь в трансформаторе

Эти измерения проводятся для трансформаторов:

• напряжением 110 кВ и выше;
• мощностью 31500 кВА и более.

Требования к температуре и схемам измерения те же, что и при измерениях сопротивления изоляции. Нормы для измеренных после капремонта значений приведены в таблице ниже.

В эксплуатации жестких норм для тангенса нет, но требуется анализ динамики их изменения во времени.

Особенно следует обращать внимание на результаты измерений, если происходит ухудшение других показателей.

Испытание сопротивления обмоток трансформатора постоянному току.

Метод измерения сопротивления изоляции R60 является наиболее простым и доступным; он находит широкое применение для контроля состояния изоляции трансформаторов и применяется: 1) для определения грубых дефектов в трансформаторах перед включением их под напряжение, например местных загрязнений, увлажнений или повреждений; 2) для оценки степени увлажнения изоляции в сочетании с другими показателями с целью определения возможности включения трансформатора в работу без дополнительной сушки. Метод основан на особенностях изменения электрического тока, проходящего через изоляцию, после приложения к ней постоянного напряжения. Изоляция обмоток трансформатора является неоднородным диэлектриком. При приложении постоянного напряжения к выводам схемы протекающий ток будет состоять из арифметической суммы трех составляющих: 1) емкостного тока Iг, обусловленного так называемой геометрической емкостью Сг. Ток Iг практически мгновенно спадает до 0, так как емкость Сг подключена к источнику без сопротивления и не оказывает влияния на результаты измерения R15 и R60; 2) тока абсорбции Iабс, протекающего по ветви Raбс—Сабс. Этот ток отражает процесс заряда слоев диэлектрика через сопротивление предшествующего слоя. С увлажнением изоляции сопротивление Raбс снижается, а емкость Сабс увеличивается, поэтому для более увлажненной изоляции ток Iабс имеет большее значение и быстрее спадает до 0. У сухой изоляции сопротивление Raбс велико, заряд конденсатора Сабс протекает медленно, поэтому начальное значение тока Iабс мало, а ток спадает длительное время; 3) тока сквозной проводимости Iскв, протекающего через сопротивление Rскв, обусловленное как наружным загрязнением изоляции, так и наличием в ней путей сквозной утечки. Этот ток устанавливается практически мгновенно и во времени не изменяется. Сопротивление изоляции обратно пропорционально сумме указанных составляющих тока, в начале измерения имеет наименьшее значение, а затем по мере спадания тока Iабс возрастает, достигая установившегося значения, определяемого током Iскв. Для того чтобы иметь сопоставляемые результаты, сопротивление изоляции измеряют через 60 с после приложения напряжения, хотя в ряде случаев ток Iабс к этому времени еще неполностью спадает. Значение сопротивления изоляции дает представление о среднем состоянии изоляции и уменьшается при ухудшении этого состояния главным образом из-за увлажнения и загрязнения. 9. Испытания трансформаторов — Эксплуатация силовых трансформаторов. Испытания трансформаторов после капитального ремонта При эксплуатации наиболее полные измерения и испытания трансформатора проводятся после выполнения его капитального ремонта с целью проверки качества ремонта, а также с целью проверки характеристик трансформатора на соответствие требованиям нормативных документов. Программа испытаний трансформаторов имеет следующее содержание: 1. Определение характеристик изоляции обмоток. 2. Испытания изоляции обмоток повышенным напряжением. Пп. 1 и 2 подробнее рассмотрены ниже. 3. Испытания повышенным напряжением изоляции элементов магнитопровода и вторичных цепей защитной и измерительной аппаратуры. Эта изоляция испытывается относительно заземленных частей трансформатора напряжением 1 кВ в течение 1 мин. 4. Измерения сопротивлений обмоток постоянному току. Эти измерения проводятся для выявления дефектов в паяных соединениях обмоток и контактах переключающих устройств. Измерения производятся на всех ответвлениях РПН. Сопротивления разных фаз на соответствующих ответвлениях должны отличаться между собой не более чем на 2%. 5. После ремонта, связанного с частичной или полной заменой обмоток выполняется проверка коэффициентов трансформации. Коэффициенты трансформации разных фаз на соответствующих ответвлениях должны отличаться между собой или от данных завода-изготовителя не более чем на 2%. Для трансформаторов с РПН это отличие не должно превышать значения ступени регулирования. Измерения проводятся методом двух вольтметров класса точности не ниже 0,5 при подаче напряжения 380/220 В на обмотку более высокого напряжения и разомкнутой обмотке низкого напряжения. 6. После ремонта, связанного с частичной или полной заменой обмоток проверяется группа соединений обмоток. Измерения проводят с помощью источника постоянного тока (аккумулятора), подключаемого поочередно к выводам А-В, В-С и С-А первичной обмотки. Плюс источника подают на вывод, обозначенный первым. В каждом случае на выводах а-Ь, b-с и с-а вторичной обмотки контролируется показание магнитоэлектрического вольтметра (вольтметр с нулем посередине шкалы). Плюс вольтметра подключают на вывод, обозначенный первым. По совокупности показаний вольтметра судят о группе обмоток. В табл. 5 приведены знаки отклонения стрелки вольтметра для различных групп обмоток трансформатора. Знак 0 соответствует отсутствию отклонения стрелки. Таблица 5

а-b b-с с-а	а-b	b-с	с-а
Группа обмоток 12 (0)	Группа обмоток	L1
А-В	+	—	—	+	—
В-С	—	+	—	—	+
С-А	—	—	+	—	+

7. Измерение тока и потерь холостого хода проводятся у трансформаторов мощностью более 1000 кВ*А (опыт холостого хода). Эти измерения проводятся с целью выявления витковых замыканий в обмотках, замыканий в элементах магнитопровода и замыканий магнитопровода на бак трансформатора. Опыт холостого хода проводится, как правило, при напряжении 380/220 В, подаваемом на обмотку низшего напряжения. Остальные обмотки трансформатора разомкнуты. В опыте используются три прибора: вольтметр — для измерения напряжения, амперметр — для измерения тока холостого хода, ваттметр — для измерения потерь активной мощности. Полученные значения тока и потерь холостого хода нет необходимости приводить к номинальному напряжению. Эти параметры сопоставляются с данными завода-изготовителя или приемо-сдаточных испытаний, проведенных на таком же напряжении.

8. Испытание бака трансформатора на герметичность проводится гидравлическим давлением столба масла высотой h= 0,6 м над уровнем заполненного расширителя или созданием избыточного давления 10 кПа в надмасляном пространстве расширителя. Продолжительность испытаний не менее 3 ч. Температура масла должна быть не ниже +10°С. При испытаниях не должно быть течи масла.

9. Испытания трансформаторного масла.

10. Испытание трансформатора включением толчком на номинальное напряжение. В процессе 3…5 — кратного включения не должны иметь место явления, указывающие на неудовлетворительное состояние трансформатора. Одним из показателей состояния трансформатора служит характер издаваемого им шума. Не должно быть потрескиваний внутри бака; гудение должно быть равномерным без периодических изменений уровня или тона.

11. Испытания трансформатора под нагрузкой в течение 24 ч.

При приложении к изоляции напряжения в ней происходят процессы поляризации и проводимости, имеют место диэлектрические потери. Эти процессы определяют характеристики изоляции, ее состояние. Для достоверной оценки состояния изоляции (увлажнения, загрязнения, старения) измеряется совокупность ее характеристик, поскольку недостатки одних измерений компенсируются преимуществами других.

Поляризация — это ограниченное смещение находящихся в изоляции связанных противоположных зарядов, происходящее под действием электрического поля. Реальные изоляционные материалы обладают несколькими видами поляризации, но преобладающим является какой-то один ее вид. У полярных диэлектриков, к которым относится изоляция обмоток трансформаторов, преобладает дипольно-релаксационный вид поляризации. Этот замедленный (инерционный) вид поляризации, продолжающийся десятки секунд, называется абсорбцией, а сопровождающий это явление ток — током абсорбции. Изменение тока абсорбции во времени при приложении к изоляции постоянного напряжения показано на рис. 7,а кривой 1. По мере завершения смещения связанных противоположных зарядов происходит спад этого тока. Установившееся значение тока утечки Iут через изоляцию определяется ее объемной и поверхностной проводимостью (сопротивлением).

Рис. 7. Изменение тока абсорбции (а) и сопротивления изоляции (б) при приложении к ней постоянного напряжения

Переходный процесс спада тока абсорбции можно представить увеличением сопротивления изоляции R во времени (кривая 1 рис. 7,б). Сопротивление изоляции измеряется мегаомметром, отсчет сопротивления производится приблизительно через 60 секунд. Этого времени, как правило, достаточно для завершения процесса абсорбции. Итак, одной из характеристик изоляции является установившееся значение ее сопротивления, обозначаемое R60.

Очевидно, чем больше сопротивление R60, тем выше качество изоляции. Наименьшие допустимые сопротивления изоляции обмоток масляных трансформаторов при температуре 10… 30°С составляют: R60 =300 МОм — для трансформаторов напряжением до 35 кВ ; R60 =600 МОм — для трансформаторов напряжением 110 кВ; R60 — не нормируется для трансформаторов напряжением 220 кВ.

Допустим, что кривые 1 рис. 7,а и б соответствуют нормальной сухой изоляции. При увлажнении (загрязнении, старении) изоляции ее характеристики ухудшаются: ток утечки возрастает, сопротивление изоляции R60 уменьшается (кривые 2 рис. 7, а и б).

Выполняя отсчет сопротивления изоляции по мегаомметру для двух моментов времени t и ti и сопоставляя между собой сопротивления Rt1 и Rt2, можно судить, в частности, об увлажнении изоляции. Обычно принимается t1=15 с, a t2=60 с, а отношение R6o/R15 называется коэффициентом абсорбции. Из кривых 1 и 2 рис. 9.7,6 видно, что для влажной изоляции коэффициент абсорбции будет меньше, чем для сухой.

Для нормальной изоляции коэффициент абсорбции, измеренный при температуре 10…30°С, должен быть не менее 1,3.

В соответствии с характером зависимостей, приведенных на рис. 7,6, реальную изоляцию можно представить схемой замещения, показанной на рис. 8,а.

Рис. 8. Схема замещения изоляции (а) и векторная диаграмма напряжения и токов (6)

Ветвь RaCa характеризует инерционность явления абсорбции, ветвь R60 — сопротивление изоляции после завершения смещения всех связанных противоположных зарядов.

При приложении к изоляции переменного напряжения U по ней протекает полный ток I, состоящий из тока абсорбции Iа и тока утечки Iут. Этот полный ток в соответствии с векторной диаграммой рис. 9.8,6 можно разложить на активную Ir и емкостную Iс составляющие. Произведение UIr определяет потери активной мощности в изоляции. Эти потери, идущие на нагревание изоляции, называются диэлектрическими потерями.

Отношение Ir/ Ic = tgS называется тангенсом угла диэлектрических потерь и характеризует стойкость изоляции по отношению к тепловому пробою, а также увлажнение изоляции и общее ее старение. Чем меньше tgS, тем выше качество изоляции.

Наибольшие допустимые значения tgS, %, при температуре обмоток 10… 30°С для масляных трансформаторов составляют: tgS =2,5% — для трансформаторов напряжением 35 кВ, мощностью более 10000 кВА; tgS =2,5% — для трансформаторов напряжением 110 кВ; tgS =1,3% — для трансформаторов напряжением 220 кВ. Потери активной мощности в изоляции в соответствии с обозначениями векторной диаграммы (рис. 9.8,6) определяются как AP = UIR=UIcoscp= Ulctgb. (9.24) Поскольку реальные значения tgS относительно малы, можно полагать, что /с = I- Тогда выражение (5.24) можно записать в виде AP = UItg8. (9.25) Из последнего выражения следует, что tgS = |f. (9.26)

Таким образом, tgS можно измерить по схеме с тремя измерительными приборами: ваттметром для измерения потерь активной мощности АР, вольтметром для измерения приложенного к изоляции напряжения U и амперметром для измерения протекающего через изоляцию тока /. Этот метод измерения достаточно прост, но точность измерений невелика. Более точное измерение tgS выполняют с помощью специальных высоковольтных мостов.

Измерение характеристик изоляции (R6o, R6o/R5, tgS) проводят для всех обмоток трансформатора. В частности, для двухобмоточного трансформатора измерения характеристик изоляции проводят по схеме: измерения на обмотке НН — заземлены обмотка ВН и бак; измерения на обмотке ВН — заземлены обмотка НН и бак; измерения на обмотках НН+ВН — заземлен бак.

⇐ Предыдущая12

Режимы работы трансформаторных устройств

На данный момент насчитывается порядка десяти типов различных трансформаторных устройств. Все их объединяет единый принцип изменения переменного напряжения и конструктивная схожесть. Соответственно, каждый из трансформаторов способен работать в трех основных режимах: холостого хода, короткого замыкания и нагрузки. Режим холостого хода позволяет производить рад замеров, данные которых необходимы для комплексного анализа эффективности работы устройств. Первые испытания проводятся для определения и проверки соответствия паспортным значениям технических данных трансформатора в целом и каждого из его узлов в частности перед сдачей прибора в эксплуатацию. Пусконаладочные работы выявляют скрытые неисправности и позволяют исправить их до начала интенсивного использования устройства. Какие-то из них проводятся еще на этапе сборки, а какие-то уже после того, как залито масло.

Этапы пусконаладочных испытаний ↑

Первичные тестирования на работоспособность проводятся сразу по нескольким направлениям. К обязательным относятся:

• Замеры данных по потерям холостого хода.
• Замеры омического сопротивления всех имеющихся обмоток.
• Определение коэффициента трансформации.
• Тестирование группы соединения обмоток.
• Проверка изоляции.

В данном случае важную роль играет последовательность произведения всех видов вышеназванных испытаний.

Инженерный имеет все необходимые инструменты для качественного проведения диагностики трансформаторов, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать диагностику трансформаторов или задать вопрос, звоните по телефону.