Что такое холостой ход (ХХ) трансформатора?
Величина потерь силового трансформатора состоит из так называемых потерь в меди и потерь в стали. Первые связаны с протеканием тока нагрузки через проводники обмоток, имеющие определенное электрическое сопротивление. Потери же в стали обусловлены вихревыми токами, токами намагничивания, возникающими в магнитопроводе.
Орлов Анатолий Владимирович
Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей
Задать вопрос
При проведении опыта холостого хода на одну обмотку подключается напряжение, другая остается разомкнутой. Мощность, потребляемая при этом трансформатором из сети, тратится в большей степени на намагничивание стали магнитопровода, в меньшей – на нагрев проводников обмотки, чем можно пренебречь.
Поэтому этот опыт позволяет измерить мощность потерь в стали, называемыми потерями холостого хода.
Дополнительно, подключив вольтметр к оставшейся разомкнутой обмотке, можно измерить на ней напряжение, и по показаниям двух вольтметров рассчитать коэффициент трансформации. Но это измерение к самому опыту холостого хода не относится.
Опыт холостого хода при вводе в эксплуатацию подвергаются
- Все сухие трансформаторы, а также имеющие в качестве изолирующей и охлаждающей среды жидкий негорючий диэлектрик.
- Маслонаполненные трансформаторы, мощность которых более 1600 кВА.
- Трансформаторы собственных нужд электростанций, вне зависимости от их мощности.
В эксплуатации такие измерения проводятся только для трансформаторов с мощностью 1000 кВА и более, и только после капитального ремонта, связанного со сменой обмоток или ремонтом магнитопровода.
По сетевым правилам возможно проведение измерений по распоряжению технического руководителя предприятия после того, как хроматографический анализ газов, растворенных в масле, дал настораживающие результаты. Но это касается только силовых трансформаторов с обмотками на напряжение 110 кВ и выше.
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.
Силовые трансформаторы. Измерение сопротивления обмоток постоянному току.
Измерение можно производить способом падения напряжения или с помощью моста.
Величина постоянного тока при измерении не более 0,2 от номинального тока.
При измерении сопротивления одной обмотки, другие обмотки должны быть разомкнуты при всех положениях переключающего устройства.
В качестве источника питания постоянного тока при измерениях применяется аккумуляторная батарея. Допускается применение выпрямительного устройства с пульсацией напряжения не более 1 %.
Измерение способом падения напряжения. Если измеряемое сопротивление меньше 10 Ом, то применяют схему при измерениях 7.1а. , если же сопротивление больше 10 Ом , то применяют схему при измерениях 7.1б. Для сокращения времени установки тока, применяют схему 7.1в. Сокращение времени установки тока достигается кратковременным форсированием тока замыканием резистора R. Величина резистора R должна быть в 5 – 10 раз больше сопротивления измеряемой обмотки.
Измерение при помощи моста производится в соответствии с инструкцией на измерительный мост.
Измерение сопротивлений менее 0,0001 Ом производится с помощью двойного измерительного моста.
Измерение диэлектрических параметров изоляции. К таким параметрам относятся сопротивление изоляции R ,тангенс угла диэлектрических потерь tg и емкость изоляции С.
Измерительные приборы:
1.Мегаомметр постоянного напряжения не менее 2500 В. Допускается применение мегомметра на 1000 В для измерения сопротивления изоляции трансформатора с высшим напряжением до 10кВ включительно.
Рекомендуется применять мегаомметр типа Ф4108или другие класса точности не менее 2,5.
2.Измерительный мост с питанием от источника переменного напряжения 50 гц для измерения tg и С обмоток.
Температура обмотки при измерении не менее + 10 С.
Измерение сопротивления изоляции обмоток и определение коэффициента абсорбции. Измерение сопротивление изоляции проводят по схеме.
Обмотка на которой Заземление части
производится трансформатора
НН ВН, бак
ВН НН, бак
ВН + НН бак
Выводы обмоток (НН – обмотка низкого напряжения, ВН – обмотка высокого напряжения), на которых производится измерение, соединяются между собой.
Перед началом каждого измерения испытуемую обмотку заземляют на время 120 сек.
При измерении сопротивления изоляции отсчет производится дважды: через 15 и 60 сек. после появления на трансформаторе напряжения, при котором производится измерение. Действительное сопротивление изоляции это сопротивление изоляции, измеренное через 60 с.
Коэффициент абсорбции равен
R — величина R при отсчете через 60 с после появления на трансформаторе напряжения, при котором производится измерение, R — то же через 15 с.
Измерение tg С обмоток. Соединение обмоток при измерениях, такое же как и при измерениях сопротивления изоляции. Измерение производят с помощью моста переменного тока по схемам
а) б)
а) – перевернутая схема; б) – нормальная схема; Т – питающий трансформатор;
С1 – образцовый конденсатор; R2 – регулировочный резистор; С2 – регулировочный конденсатор; Сх – испытуемый объект; G – гальванометр.
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.
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.
Методика и теоретические основы проведения опыта
Режим холостого хода трансформатора достигается сравнительно просто. Для этого достаточно отключить нагрузку от всех его обмоток, оставив их разомкнутыми, а затем – включить его в сеть. Для точности эксперимента желательно, чтобы напряжение в сети было равно номинальному для данного агрегата.
Через первичную обмотку протекает ток Io, называемый током ХХ. Его величина не превышает 3-10 % от номинального. Напомним, никакой нагрузки на вторичной обмотке нет, поэтому стоит пояснить процессы, проходящие внутри, чтобы понять: откуда берется этот ток.
Ток ХХ создает магнитный поток Фо в магнитопроводе, пересекающий витки первичной и вторичной обмоток. За счет него на первичной обмотке возникает эдс самоиндукции Е1, во вторичной появляется эдс взаимоиндукции Е2.
Эдс самоиндукции Е1 на первичное напряжение U1 влияет незначительно. Если подключить к ней вольтметр, то он измерит величину U1. А эдс Е2 можно практически считать напряжением U2, поскольку ток ее нагрузки отсутствует. К примеру, напряжение холостого хода сварочного трансформатора порядка 60В, это – эдс Е2. При возникновении дуги Е2 резко снижается до десятка вольт – это величина под нагрузкой U2.
Потери полезной мощности в трансформаторе при его эксплуатации делятся на две составляющие: потери в меди и потери в стали. Под потерями в меди подразумевают мощность, рассеиваемую в качестве тепла в обмотках. При проведении опыта ХХ ток через первичную обмотку достаточно мал, и потерями в меди можно пренебречь.
Работа трансформатора в режиме холостого хода сопровождается расходом мощности на создание замкнутого магнитного потока в его магнитопроводе. Ее и называют мощностью потерь в стали. Она уходит на нагревание пластин магнитопровода. Он собран из отдельных тонких листов специального сплава, изолированных друг от друга лаком. При сборке не используется сварка, только болтовые соединения. Это сделано для минимизации вихревых токов, возникающих из-за того, что магнитный поток переменный.
Если изоляция между пластинами нарушается, то возникающие между ними вихревые токи нагревают магнитопровод. Это приводит к дальнейшему разрушению лакового слоя. Мощность потерь в стали при этом увеличивается, что увеличит потери холостого хода трансформатора.
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.
Испытание трансформаторного масла
В чистый и сухой сосуд для пробы берётся не менее 0,5 литра масла. Дают в разряднике отстоятся 20 минут. Затем повышается напряжение до пробоя. Для оценки обычно берется 6 пробоев.
Первый пробой не учитывается.
А всё потому, что требуется проверки в разогретом масле. Ведь нам нужно выяснить напряжение пробоя для трансформатора, длительно работающего в обычном режиме, а не только после запуска. Между каждой проверкой выдерживается интервал до 10 минут. Среднее арифметическое из пяти пробоев должно быть:
- при Uтрансф. до 15 кВ — больше 25 кВ;
- Uтрансф. от 15 до 30 кВ — свыше 30 кВ.
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 .
