Контрольные и типовые испытания трансформаторов. испытания баков

Все выпускаемые заводом-изготовителем силовые трансформаторы проходят контрольные испытания. Под контрольными испытаниями подразумеваются в основном электрические испытания трансформаторов.

В заводских условиях контрольные испытания являются одним из элементов контроля качества выпускаемых изделий и проводятся они не только для окончательно собранных трансформаторов, но также и на отдельных стадиях их изготовления. В последнем случае испытаниям подвергаются основные узлы трансформатора (магнитопровод, обмотки, переключатели и т. д.) и некоторые магнитные, проводниковые и изоляционные материалы, применяющиеся при его изготовлении.

Контрольные испытания предназначены как для выявления дефектов, могущих произойти при изготовлении трансформатора, так и для проверки соответствия его основных характеристик требованиям ГОСТа, техническим условиям и расчетным данным.

В объем контрольных испытаний согласно требованиям ГОСТ 11677—65 входят следующие виды испытаний:

а)проверка коэффициента трансформации для всех ответвлений обмоток;

б)проверка группы соединения обмоток;

в)измерение сопротивления обмоток постоянному току;

г)испытание электрической прочности пробы масла, взятой из бака трансформаторов класса напряжения 35 кв и трансформаторов мощностью более 1000 ква независимо от напряжения;

д)измерение тангенса угла диэлектрических потерь пробы масла у трансформаторов класса напряжения ПО кв и выше;

е)измерение сопротивления изоляции обмоток по отношению к заземленным частям и между обмотками;

ж)измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции и емкости у трансформаторов класса напряжения 35 кв мощностью 10 000 ква и более и у трансформаторов класса напряжения ПО кв и выше;

з) испытание электрической прочности изоляции приложенным напряжением частоты 50 гц и индуктированным напряжением при повышенной частоте;

и) измерение потерь и тока холостого хода (опыт холостого хода);

к) измерение потерь и напряжения короткого замыкания (опыт короткого замыкания);

л) испытание переключающих устройств трансформаторов с ПБВ или РПН.

м) испытание баков трансформаторов на давление (испытание на плотность).

Каждый вновь разработанный тип трансформатора подвергается типовым испытаниям, которые, кроме перечисленных выше видов контрольных испытаний, включают в себя еще следующие испытания:

н) испытание на нагрев;

о) импульсное испытание изоляции;

п) испытание на устойчивость при коротком замыкании;

р) испытание баков трансформаторов мощностью 1000 та и более на механическую прочность при вакууме;

с) испытание баков на механическую прочность при повышенном внутреннем давлении.

Типовые испытания повторяются полностью или частично при изменении конструкции, материалов или технологии производства, если эти изменения могут оказать существенное влияние на работу трансформатора.

Испытания по пп. а, б, в, е, ж, и, к, м, н, п проводятся по методике ГОСТ 3484—65; испытания по пп. г, д - по методике ГОСТ 982 —68, ГОСТ 6581—66 и ГОСТ 10121—62; испытания по пп. з. о - по методике ГОСТ 1516—68; испытание по п. л — по методике ГОСТ 8008—70; испытания по пп. р, с — по методике предприятия-изготовителя.

При испытании трансформаторов важно соблюдать определенную последовательность проведения некоторых видов испытания. Такая последовательность предписана ГОСТ 3484—65. Нарушение последовательности отдельных видов испытания может вызвать повреждение вполне доброкачественных трансформаторов. Так, например, нельзя производить испытание электрической прочности изоляции трансформатора до того, как было проверено качество залитого масла и измерено сопротивление изоляции. При несоблюдении этого правила во время испытания электрической прочности изоляции может наступить ее пробой вследствие, например, неудовлетворительной сушки трансформатора, которая могла быть обнаружена при измерении сопротивления изоляции или испытании пробы масла.

При испытании электрической прочности изоляции приложенным напряжением возможно повреждение изоляции отдельных витков вследствие частичных разрядов, в результате чего может произойти замыкание между витками и пробой витковой изоляции. Чтобы эти повреждения были обнаружены, испытание изоляции индуктированным напряжением следует проводить после испытания приложенным напряжением.

После испытания изоляции индуктированным напряжением следует провести опыт холостого хода, чтобы при этом обнаружить пробой витковой изоляции, который мог произойти в последние секунды испытания или при снятии напряжения.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току должно производиться после опыта короткого замыкания, чтобы тем самым могли быть проверены места паек и контакты после нагрузки их номинальным током.

Таким образом, необходимо соблюдение следующей последовательности видов испытаний:

а)испытание электрической прочности трансформаторного масла;

б)измерение сопротивления изоляции обмоток;

в)испытание электрической прочности изоляции приложенным напряжением;

г)испытание электрической прочности изоляции индуктированным напряжением;

д)опыт холостого хода.

После этого могут быть проведены опыт короткого замыкания и измерение сопротивления обмоток постоянному току. Последовательность проведения измерения коэффициента трансформации и определения группы соединения обмоток не обусловливается.

Контрольные испытания трансформаторов разделяются на предварительные и окончательные.

Предварительным испытаниям подвергаются отдельные узлы и части трансформатора в процессе изготовления и сборки, чтобы, во-первых, избежать установки на трансформатор дефектных узлов и деталей и, во-вторых, проверить те узлы и детали, которые не могут быть испытаны на готовом трансформаторе. К таким узлам относятся ь первую очередь обмотки, магнитопроводы и переключатели.

Объем предварительных испытаний определяется на каждом предприятии-изготовителе в зависимости от их целесообразности, определяемой уровнем производства, количеством и характером брака и др.

Предварительные испытания проходят все обмотки как наиболее ответственные узлы трансформаторов. На контрольном пункте обмоточного цеха проверяются число витков и отсутствие витковых замыканий.

Магнитопроводы (остовы) трансформатора испытываются на качество изоляции стяжных шпилек (при наличии таковых) и на сопротивление лаковой изоляции пластин. Изоляцию стяжных шпилек, ярмовых балок, накладок и других деталей от активной стали магнитопро-вода испытывают приложенным напряжением 1000—2000 в промышленной частоты в течение 1 мин. Качество изоляции пластин проверяется измерением сопротивления постоянному току между крайними пластинами и между отдельными пакетами магнитопровода.

Испытания переключателей подразделяются на механические и электрические. Сначала производятся механические испытания, которые заключаются в испытании на механическую прочность и измерении динамометром давления контактов.

При испытании на механическую прочность переключатель подвергается определенному числу переключений, после чего проверяется отсутствие повреждений контактов, пружин и покрытий.

Электрические испытания переключателя заключаются в проверке электрической прочности изоляции;

а)между контактами ответвлений каждой фазы;

б)между фазами;

в)между всеми контактами и осью переключателя;

г)изолированной части оси переключателя.

Рис. 15.1. Стандартный разрядник (сосуд с электродами) для испытания электрической прочности масла

Окончательным испытаниям подвергаются полностью собранные, высушенные, помещенные в баки и залитые трансформаторным маслом трансформаторы.

Для испытания электрической прочности масла берут его пробу из каждого трансформатора класса напряжения 35 кв и выше. У трансформаторов габаритов I и II класса напряжения ниже 35 кв отбор пробы масла может производиться у одного из партии трансформаторов или из маслопроводной системы (емкости), из которой непосредственно производится заливка трансформаторов маслом.

Испытание электрической прочности масла производится в стандартном разряднике, показанном на рис. 15.1, с расстоянием между электродами 2,5 мм. Электрическая прочность пробы масла должна быть не ниже 40 кв. Пробивное напряжение определяется как среднее арифметическое из результатов пяти пробоев из шести (первый пробой не учитывается).

Большая величина сопротивления изоляции обмоток трансформатора позволяет убедиться в том, что в трансформаторе нет грубых дефектов, он не загрязнен и хорошо просушен. Это дает гарантию того, что он не будет поврежден при испытании электрической прочности изоляции. Кроме того, сравнение значений сопротивлений изоляции, измеренных перед выпуском трансформатора с завода и перед включением его в эксплуатацию, в сочетании с другими показателями позволяет судить о степени увлажненности трансформатора и возможности включения его в работу без дополнительной сушки. Абсолютная величина сопротивления изоляции не нормируется, так как установить ее по ряду причин невозможно. Сопротивление изоляции обмоток зависит от степени их увлажнения и температуры. Сопротивление изоляции измеряют мегомметром у обмоток каждого напряжения относительно заземленных частей и между обмотками разных напряжений, как это показано на рис. 15.2.

Показание мегомметра не остается постоянным, а изменяется в зависимости от продолжительности измерений, так как для заряда.

Рис. 15.2. Измерение сопротивления изоляции:

1 — переносные соединительные провода; 2 — бакелитоваятрубка; 3 — медный пруток; 4 — зажим; 5 — сигнальная

лампа; 6 —кнопка сигнала на пульт

емкости обмотки требуется некоторое время. Поэтому для оценки степени увлажнения изоляции обмотки производят два отсчета измерения: через 15 и 60 сек. При сильно увлажненной изоляции показания мегомметра быстро устанавливаются и коэффициент абсорбции К_аб=R₆₀/R₁₅ близок к единице. При малоувлажненной изоляции показания мегомметра нарастают медленно и коэффициент абсорбции может стать равным двум и более (но не ниже

1,3).

Сопротивление изоляции обмоток в большой степени зависит от температуры, поэтому сравнительные измерения сопротивлений производят при одинаковой температуре. Если измерения производят при температуре, отличной от той, при которой производили предыдущие измерения, то значения обоих измерений приводят к одной температуре. При этом исходят из того, что на каждые 10° понижения температуры сопротивление изоляции (одноминутное) увеличивается примерно в 1,5 раза, коэффициенты пересчета при этом следующие:

Разность температур
Коэффициент изменения сопротивления изоляции	1,2	1,5	1,8	2,3	2,8	3,4	4,1

Испытание электрической прочности изоляции обмоток и токоведущих частей приложенным и индуктированным напряжениями и нормы испытательных напряжений описаны в § 13.3.

Общий вид испытательного трансформатора, схема которого приведена на рис. 13.1, показан на рис. 15.3.

При опыте холостого хода (рис. 15.4) определяются ток и потери холостого хода и проверяется коэффициент трансформации. Первичную обмотку трансформатора включают в сеть переменного напряжения при ненагруженной вторичной обмотке.

Рис. 15.3. Испытательный трансформатор типа ИОМ-100/100, 100 ква,100/0,38 кв для испытания приложенным напряжением обмоток трансформаторов классов напряжения 10—35 кв

Включенные в схему измерительные приборы — амперметр А и ваттметр W — показывают ток и потери холостого хода трансформатора. Измеренные этими приборами характеристики (эксплуатационные параметры) не должны быть больше значений, предусмотренных ГОСТом или техническими условиями (с учетом допусков). По показаниям вольтметров определяют коэффициент трансформации (на всех ступенях регулирования напряжения), который не должен отличаться от заданного более чем на ±0,5%.

Рис. 15.4. Схема опыта холостого хода однофазного трансформатора

При опыте короткого замыкания (рис. 15.5) определяются потери и Рис. 15.4. Схема опыта холостого хода однофазного трансформатора напряжение короткого замыкания. Вторичную обмотку закорачивают (иногда ее замыкают на амперметр), к первичной обмотке через регулятор напряжения подводят пониженное напряжение, которое повышают от нуля до тех пор, пока амперметр А не покажет номинальное значение тока. Напряжение U_K, которое при этом покажет вольтметр V, называется напряжением короткого замыкания и представляет собой полное падение напряжения в трансформаторе. Напряжение U_K на векторной диаграмме треугольника короткого замыкания (см. рис. 5.4) изображается гипотенузой треугольника.

При опыте короткого замыкания номинальные токи устанавливаются в обеих обмотках, так как их намагничивающие силы согласно правилу Ленца (§ 5.1) должны быть равны. Поэтому ваттметр W покажет суммарные потери в обеих обмотках, которые называются потерями короткого замыкания. Потерями холостого хода ввиду их незначительной величины (э. д. с. при опыте короткого замыкания равна примерно 1/2 U_K, поэтому мал и Ф) пренебрегают.

Рис. 15.5. Схема опыта короткого замыкания однофазного трансформатора

Рис. 15.5. Схема опыта короткого замыкания однофазного трансформатора

Сопротивление обмоток трансформатора постоянному току не нормируется ГОСТом и техническими условиями. Тем не менее измерение сопротивления обмоток является обязательным при контрольных испытаниях, поскольку оно помогает выявлять дефекты в токоведущих частях трансформатора. По результатам измерения сопротивления обмоток можно судить о качестве соединений и паек в обмотках, качестве контактов переключателей и в местах присоединения отводов к вводам, установить отсутствие обрывов в обмотках и в ее отдельных параллельных ветвях и обнаружить отклонение сечения проводов от расчетных между отдельными фазами или катушками на одной фазе. Наконец, измерением сопротивления обмотки пользуются для определения средней температуры обмоток (метод измерения температуры, § Ю.2).

Сопротивление обмоток измеряется у всех обмоток на всех доступных ответвлениях. У трехфазных трансформаторов измеряют сопротивление каждой обмотки для всех трех фаз. При наличии вывода нейтральной точки измеряется фазное сопротивление, при его отсутствии — линейные сопротивления. В последнем случае фазное сопротивление будет:

при схеме соединения звезда r_ф = 1/2 r_изм;

при схеме соединения треугольник r_ф -— 3/2 r_изм.

Если при измерении линейных сопротивлений (при схеме «звезда») получились разные их значения, то фазные сопротивления можно определить по формулам:

r_a=(r_ab+r_ac-r_bc)/2

r_b=(r_ab+r_bc-r_ac)/2

r_c=(r_ac+r_bc-r_ab)/2

Если расхождение измеренных сопротивлений разных фаз превышает ±2% от среднего значения, то необходимо установить причину расхождения, и только после этого может быть решен вопрос о пригодности трансформатора.

Измерение сопротивления обмоток обычно производят по методу падения напряжения, основанном на законе Ома.

Измерение производят по одной из схем, показанных на рис 15 6 в зависимости от величины сопротивления. Установка для измерения

Рис. 15.6 Схемы изменения сопротивления обмотки трансформатора:

а – при малом сопротивление; б – при большом сопротивление

Рис. 15.7. Пульт для измерения сопротивлвния по методу падения напряжения:

1 — ящик с приборами; 2 — реостаты; 3 — переключатель

фаз; 4 — переключатель схемы; 5 — шунт амперметра;

6 — кнопка включения контактора

сопротивления на испытательной станции представляет собой пульт (рис. 15.7), в котором собрана схема и расположен источник питания (аккумулятор на 12 в).

Рис. 15.8. Схема определения группы соединения трехфазного

Группа соединения обмоток трансформатора имеет большое значение при включении его на параллельную работу с другими трансформаторами. Такая работа допустима только для трансформаторов, имеющих одинаковые группы соединения.

Согласно ГОСТ 11677 — 65 стандартными группами соединения являются группа 0 для однофазных трансформаторов и группа 0 и 11 для трехфазных.

Проверку группы соединения производят главным образом двумя методами: двух вольтметров и фазометром.

По первому методу к одной из обмоток (трехфазного трансформатора) подводят напряжение U (пониженной величины трансформатора). Предварительно должны быть соединены одноименные вводы (Л и а) обмоток ВН и НН. Затем поочередно измеряют напряжения между вводами b—В, b—С и с—В, как это показано на рис. 15.8. По соотношению полученных трех измерений, по специальной таблице, определяют группу соединения.

Так, например, для стандартных групп соединения 0 и 11 измеренные напряжения должны быть равны указанным в табл. 15.1.

Группа соединения	Угловое смещение э.д.с	Напряжение между вводами
b - B	b - C	C - B
0	0	U(K-1)
11	330

В объем контрольных испытаний входит также испытание масляных баков на механическую прочность и на маслоплотность сварных швов и уплотнений.

Во время эксплуатации бак заполнен трансформаторным маслом. Так как уровень масла находится выше крышки бака (на уровне расширителя), то бак должен быть испытан на некоторое повышенное внутреннее давление. Для этой цели на крышку бака устанавливается контрольная трубка с воронкой высотой 1,5 м, заполняемая маслом. Трансформатор тщательно обтирается и отстаивается в течение 8 ч. Если после указанного времени не обнаружатся течи масла в швах и уплотнениях, бак считается выдержавшим испытание.

При вакуумной сушке активной части трансформатора в собственном баке последний испытывает внешнее давление, равное около 1 кПсм². Это испытание является более жестким, поэтому расчет бака на прочность ведется именно на это давление.