Jaké poruchy transformátoru lze zjistit měřením odporu stejnosměrných vinutí?

Proudový transformátor je zařízení, které proporcionálně převádí střídavý primární proud na redukovaný sekundární proud pro použití v relé, elektroměrech, řídicích zařízeních a dalších přístrojích. CT jsou široce používány v elektroenergetice a hrají důležitou roli při monitorování a ochraně elektrických napájecích systémů. Vadný CT může způsobit značné poškození hlavních elektrických zařízení, což může ovlivnit kontinuitu napájení kritických spotřebitelů elektřiny. Pro zajištění spolehlivého provozu systémů jsou periodicky kontrolovány proudové transformátory, jejichž hlavním účelem je kontrola jejich funkčnosti a posouzení jejich technického stavu.

Vzhledem k tomu, že CT jsou zařízení různých typů a velikostí – od malých zařízení uvnitř terminálů až po objemné konstrukce instalované na železobetonových podpěrách ve venkovních rozváděčích (obr. 1), – jejich testování vyžaduje zkušební zařízení s širokým rozsahem výkonu a měřených parametrů.

a) b)
Rýže. 1. Proudové transformátory: a) 660 V 150/5A; b) 500 kV 1500/5A

Mezi hlavní příčiny poruch CT patří poškození izolace, poškození magnetického obvodu a defekty ve vinutí. Periodická kontrola umožňuje odhalit závady v rané fázi a předejít vážným následkům způsobeným poškozením proudových transformátorů. Vizuální kontrola umožňuje posoudit čistotu povrchů, přítomnost třísek v izolaci, stav připojovacích svorek a také zjistit přítomnost vnějších vad. Pro úplnou analýzu je nutné provést elektrické zkoušky, které jsou popsány v regulační dokumentaci [1-9] a budou dále diskutovány.

1. Měření izolačního odporu

Izolační odpor se měří na zkratovaném vinutí vzhledem k pouzdru. Druhé vinutí musí být zkratováno a uzemněno. Odečty odporu se zaznamenávají 1 minutu po zahájení měření. Prudký pokles hodnot izolačního odporu během měření ukazuje na zhoršení kvality izolace a k diagnostice problému je zapotřebí další testování.

U proudových transformátorů s napětím nad 600 V se měření provádí pomocí megohmetru 2500 V a u proudových transformátorů nižší napěťové třídy se obvykle měří při 1000 V.

Na Obr. Obrázek 2 ukazuje testovací diagram s použitím zařízení RETOM-6000. Díky vestavěnému megohmetru umožňuje přístroj měřit izolační odpor CT v rozsahu od 100 kOhm do 2 GOhm. V tomto případě jsou měření maximálně automatizovaná – uživatel nastaví úroveň testovacího napětí a na obrazovce se zobrazí svodový proud a doba měření.

Rýže. 2. Měření izolačního odporu primárních obvodů PTP

U kaskádových proudových transformátorů se izolační odpor měří pro proudový transformátor jako celek. Pokud jsou výsledky neuspokojivé, v každé fázi se navíc měří izolační odpor. Mezní hodnoty izolačního odporu jsou uvedeny v příslušné regulační dokumentaci [1].

2. Měření transformačního poměru

Poměr CT je poměr primárního vstupního proudu k sekundárnímu výstupnímu proudu. Naměřená hodnota tohoto koeficientu je porovnána s pasovými údaji za účelem identifikace zkratovaných závitů vinutí. Při absenci zkušebního zařízení s požadovaným rozsahem výkonu střídavého proudu lze pro měření použít zdroj napětí, který se připojí na sekundární vinutí a výstupní napětí se měří na primárním vinutí. Pro zajištění přesnosti s tímto přístupem je nutné vzít v úvahu ztráty, takže vzorec pro výpočet transformačního poměru CT bude vypadat takto (1):

kde ty_TEST – napětí přivedené na sekundární vinutí CT,

I_TEST – proud protékající sekundárním vinutím během měření,

R_OBM – odpor sekundárního vinutí,

U_PRVNÍ – napětí na primárním vinutí CT.

Rýže. 3. Schéma měření transformačního poměru CT

Pro tento typ testování se používají komplexy RETOM-21 nebo RETOM-25, které umožňují dodávat proud od stovek miliampér do 3,5 kA (při použití jednotky PET-3000 dohromady), což zajišťuje měření transformačního poměru téměř celého řada CT. Příklad schématu měření pomocí zařízení RETOM-21 je na Obr. 3. Zkouška se provádí přivedením proudu do primárního vinutí a měřením jeho výstupní hodnoty na sekundárním vinutí. Současně s tímto měřením lze provést fázovou chybu a kontrolu polarity (popsáno níže), což umožňuje rychlejší testování CT.

3. Kontrola polarity CT

Polarita CT znamená určité uspořádání vývodů jeho sekundárního vinutí, které poskytuje podmínky pro přenos proudového signálu v požadované fázi.

Existuje několik způsobů, jak zkontrolovat polaritu CT pomocí zařízení NPP “Dynamics”:

• použití komplexů RETOM-21/25, které zajišťují testování libovolného CT. Schéma zapojení odpovídá diagramu měření transformačního poměru (obr. 3), je však nutné nakonfigurovat zařízení tak, aby zobrazovalo na obrazovce hodnotu fázového rozdílu mezi primárním a sekundárním měřičem proudu. Je-li fázový rozdíl nulový, má se za to, že cívky jsou správně zapojeny, jinak (fázový rozdíl je 180 stupňů) je nutné prohodit kontakty druhého vinutí.
• použití fázového měřiče voltampérmetru RETOMETER-M2 (obr. 4), který poskytuje speciální režim pro stanovení přímého nebo zpětného zapojení vinutí CT o výkonu do 10 VA. Zařízení automaticky detekuje polaritu svorek a také signalizuje přítomnost externího napětí nebo přerušení vinutí CT.
• použití jednotky PET-PT, která umožňuje zjišťovat polaritu CT s výkonem až 10 VA a také integritu obvodů (obr. 5). Jednotka se snadno používá díky své kompaktnosti, autonomii a snadnému použití – testování se provádí doslova stisknutím tlačítka.

Rýže. 4. Kontrola polarity CT pomocí VAF RETOMETER-M2

Rýže. 5. Kontrola polarity CT pomocí jednotky PET-PT

Výběr zařízení pro testování polarity CT je určen účelem testu, místem, kde se provádí, a testovacím zařízením, které má uživatel k dispozici. Pro komplexní kontrolu CT je vhodné použít přístroj RETOM-21/25, pro expresní kontroly pak kompaktnější přístroje RETOMETER-M2 nebo RET-PT.

4. Kontrola magnetizačních charakteristik CT

Magnetizační charakteristika (neboli proudově-napěťová charakteristika) proudového transformátoru je závislost napětí na svorkách sekundárního vinutí na proudu, který jím protéká, a je jednou z nejdůležitějších charakteristik CT. Při této zkoušce zůstávají svorky primárního vinutí rozpojené a svorky sekundárního vinutí jsou napájeny regulovaným napětím z nezávislého zdroje.

Pro měření proudově-napěťové charakteristiky lze použít komplex RETOM-25 – pro kontrolu PTP se saturačním napětím 250 V, nebo RETOM-21 – pro PTP se saturačním napětím 500 V.

Na Obr. Obrázek 6 ukazuje diagram pro měření magnetizačních charakteristik CT pomocí RETOM-21 a také jednotky RET-VAKH-2000, která zvyšuje výstupní napětí zařízení na 1800 V povolených regulační dokumentací.

Rýže. 6. Schéma měření magnetizačních charakteristik CT pomocí RETOM-21 a RET-VAKH-2000

Postup měření magnetizačních charakteristik je popsán v mnoha regulačních dokumentech, včetně PUE-7 (ustanovení 1.5.17), STO 34.01-23.1-001-2017, GOST-7746-2001 (ustanovení 9.8), RD 153-34.0-35.301 – 2002 (bod 3.7), IEC 60044, IEC 61869-2, IEEE C57/13 [1-9]. Seznámení s těmito dokumenty nám umožňuje dospět k závěru, že různé normy upravují různé typy měření pro měření charakteristiky proud-napětí (tabulka 1), stejně jako různé výstupní výsledky: několik bodů charakteristiky proud-napětí, celý graf nebo vypočítaný inflexní bod. Přijatou normou je odchylka výsledků nejvýše o 10 %. Proto je důležitým aspektem tohoto testu dostupnost měřičů proudu a napětí v testovacím zařízení, které podporují různé standardy. RETOM-21/25 implementuje všechny typy měření a umožňuje vypočítat inflexní bod podle kterékoli z norem uvedených v tabulce.

Tabulka 1. Typy měření pro měření proudově-napěťové charakteristiky CT
Standardní	Typ měření napětí/proudu
GOST 7746-2001	Průměr/RMS
RD 153-34.0-35.301-2002	Průměr/RMS
IEC 60044-1	RMS/RMS
IEC 60044-6	RMS (EMF)/amplituda
IEC 61869-2	Středně opravené/RMS
IEEE C57/13	RMS (EMF)/RMS

Program „Current Transformer“, který je součástí softwaru komplexů RETOM-21/25, umožňuje zcela automatizovat proces čtení charakteristik proud-napětí. Při práci s tímto programem stačí uživateli vybrat schéma zapojení podle požadované maximální úrovně proudu a napětí proudově-napěťové charakteristiky, nastavit krok a spustit test. Program automaticky vytváří magnetizační křivku, zvyšuje výstupní napětí a zaznamenává hodnoty proudu a napětí v každém kroku. Po dokončení stavby program automaticky plynule sníží napětí a tím CT demagnetizuje (obr. 7). Výsledkem je vygenerování zkušební zprávy, která zobrazuje graf magnetizační křivky, tabulkové hodnoty napětí a proudů a také kontrolní body I-V charakteristiky specifikované uživatelem.

Rýže. 7. Magnetizační charakteristika proudového transformátoru 3000/5

5. Měření odporu vinutí CT

Měření stejnosměrného odporu vinutí je důležitý test k určení jeho integrity a přítomnosti otevřených/krátkých závitů, a proto se doporučuje provádět jej v pravidelných intervalech.

Odpor vinutí proudového transformátoru je určen poměrem úbytku napětí na vinutí (měřeno stejnosměrným milivoltmetrem) a stejnosměrného proudu protékajícího vinutím (2). Schéma je znázorněno na Obr. 7.

I přesto, že indukční složka odporu CT je mnohem nižší než u výkonových transformátorů, je nutné měření provádět pomocí zdrojů stabilizovaného stejnosměrného proudu při nasycení magnetického obvodu transformátoru (obr. 8). Zvlnění zkušebního proudu nebo nedostatečná magnetizace magnetického obvodu může výrazně zvýšit chybu měřeného odporu. Po změření odporu vinutí by měl být CT demagnetizován, aby se zabránilo rázům v magnetizačním proudu při jeho uvedení do provozu.

a) b)
Rýže. 8. a) Schéma měření odporu vinutí;
b) diagram změn proudu a napětí při měření

Odpor vinutí CT lze měřit pomocí mikroohmmetru RET-MOM.2 (obr. 9, a) nebo komplexů RETOM-21/25 spolu s vyhlazovacím filtrem RET-SF (obr. 9, b).

a) b)
Rýže. 9. Schémata měření odporu vinutí CT: a) pomocí RET-MOM.2 b) pomocí RETOM-21 spolu s RET-SF

Vzhledem k tomu, že odpor vodičů závisí na teplotě, porovnání výsledků měření s továrními (certifikátovými) údaji je možné pouze při uvedení měřeného odporu na požadovanou teplotu. Odpor se přepočítá pomocí vzorce (3).

kde R₁ – odpor měřený při teplotě t₁,

К – koeficient rovný 245 pro hliníková vinutí a 235 pro měděná vinutí.

Mikroohmmetr RET-MOM.2 je speciálně navržen pro měření aktivního odporu obvodů s vysokou indukčností (vinutí transformátorů, generátorů, motorů) a umožňuje testování v automatickém režimu, uvedení odporu na požadovanou teplotu.

Při absenci specializovaného zařízení pro testování vinutí se doporučuje používat komplexy RETOM-21/25 s přídavným vyhlazovacím filtrem RET-SF, který umožňuje zcela eliminovat zvlnění, které může negativně ovlivnit přesnost měření odporu indukčního obvody.

Závěr

Neexistuje jediná univerzální metoda pro testování proudových transformátorů. Každá z výše uvedených metod poskytuje pouze část informací o technickém stavu proudového transformátoru. Proto je nutné využívat integrovaný přístup k jejich testování pomocí testovacích metod a nástrojů, které splňují všechny moderní požadavky. Článek uvádí hlavní etapy testování proudových transformátorů na zařízení řady RETOM, které poskytuje komplexní testování proudových transformátorů se získáním spolehlivých výsledků měření a umožňuje tak posouzení jejich celkového technického stavu. Aktuální informace o technickém stavu proudového transformátoru umožní v případě potřeby organizovat opatření k odstranění zjištěných nedostatků k zajištění spolehlivého provozu reléových ochran a automatizačních systémů, jakož i zachování nepřetržitého napájení spotřebitelů.

Literatura

1. PUE 7. Pravidla pro instalaci elektroinstalace. Vydání 7.
2. Pravidla pro technický provoz spotřebitelských elektroinstalací.
3. STO 34.01-23.1-001-2017. „Rozsah a standardy testování. Elektrické zařízení.
4. GOST-7746-2001 „Proudové transformátory. Všeobecné technické podmínky“.
5. GOST IEC 60044-1-2013 Přístrojové transformátory. Část 1.
6. GOST R IEC 61869-2-2015 Přístrojové transformátory. Část 2.
7. RD 34.45-51.300-97 “Rozsah a normy pro zkoušení elektrických zařízení.”
8. RD 153-34.0-35.301-2002 „Pokyny pro testování proudových transformátorů používaných v reléových ochranných a měřicích obvodech“.
9. C57.13-2016 – Standardní požadavky IEEE na přístrojové transformátory.

• Podíl:

Objemy a normy přejímacích zkoušek výkonových transformátorů stanoví PUE.
Program akceptačních zkoušek pro transformátory pro všeobecné použití zahrnuje následující:

• měření odporu vinutí proti stejnosměrnému proudu a izolačního odporu;
• kontrola transformačního poměru a skupiny připojení vinutí;
• zkouška vzorku oleje;
• testování izolace zvýšeným napájecím frekvenčním napětím (50 Hz) aplikovaným z externího zdroje;
• měření proudu naprázdno atd.

Před testováním transformátorů byste se měli seznámit s technickou dokumentací (návrhem a výrobcem) a také ji zkontrolovat, abyste zjistili úplnost instalovaného zařízení, jeho shodu s návrhem a nepřítomnost viditelného poškození konstrukčních prvků, izolace a koncovky. Testy se provádějí při teplotě okolí 10-40 °C.

MĚŘENÍ ODPORU VINNUTÍ DC A IZOLAČNÍHO ODPORU

Při měření stejnosměrného odporu vinutí transformátoru je nutné používat přístroje se zvýšenou přesností třídy 0,5; 1,0, protože výsledky těchto měření odhalují charakteristické vady: nekvalitní pájení a špatné kontakty ve vinutí a připojení vstupů; přerušení jednoho nebo více paralelních drátů ve vinutí.
Měření odporu vinutí se provádí především můstkovou metodou nebo metodou voltmetr-ampérmetr.
Při měření malých odporů (méně než 1 Ohm) jsou vodiče obvodu voltmetru připojeny přímo na svorky transformátoru (obr. 1, a při měření vysokých odporů se používá obvod znázorněný na obr. 1); 0,5, b. Odpor vodičů obvodu voltmetru by neměl překročit 5 % jeho odporu. Voltmetr by se měl zapnout poté, co proud v obvodu měřeného vinutí dosáhne ustálené hodnoty, a vypnout, dokud se proudový obvod nepřeruší pomocí tlačítka XNUMXL.

Rýže. 1. Schéma měření stejnosměrného odporu: a – malý, b – velký.
Izolační odpor se určuje pomocí 1000, 2500 V megaohmmetru s horní mezí měření ne menší než 10 000 MOhm. Před měřením je testované vinutí uzemněno na 2-5 minut, aby se odstranil případný kapacitní náboj. Měření se provádějí mezi každým vinutím a pouzdrem a mezi vinutími se zbývajícími vinutími odpojenými a uzemněnými ke skříni.
Stav izolace vinutí je dán nejen absolutní hodnotou jejího odporu, ale také koeficientem absorpce cabs = R60/R15. Měření izolačního odporu umožňuje posoudit jak lokální vady, tak i stupeň vlhkosti v izolaci vinutí transformátoru. Hodnota izolačního odporu R60 není standardizovaná, ale musí být porovnána s údaji z továrního testu. Absorpční koeficient také není normován, ale obvykle při 10–30 °C u transformátorů s nesmáčenými vinutími s napětím do 35 kV včetně je v rozsahu 1,3 a výše, u transformátorů 110 kV a výše – v rozsahu 1,5–2,0 . U transformátorů s mokrým vinutím se tento koeficient blíží 1,0. Při uvádění do provozu se měří izolační odpor při různých teplotách. Pro srovnání jsou naměřené výsledky izolačního odporu Rbo znovu odečteny při různých teplotách a pomocí koeficientu K jsou uvedeny na průměrnou hodnotu. Je bráno v úvahu, že s každým poklesem teploty o 10 °C se odpor zvýší 1,5krát.
Hodnoty koeficientu K pro přepočet izolačního odporu v závislosti na teplotním rozdílu jsou uvedeny níže.

Izolační odpor R60, měřený při uvádění do provozu a snížený na teplotu měření uvedenou v pasu, musí být minimálně 70 °C odporu uvedeného v tomto pasu.

MĚŘENÍ JEDNOTLIVÝCH PARAMETRŮ TRANSFORMÁTORŮ

Stanovení transformačního poměru.

Během měření se kontroluje transformační poměr na všech větvích vinutí a pro všechny fáze, jeho soulad s pasovou hodnotou a také správná instalace napěťového spínače na stupních. Transformační poměr je určen poměrem napětí vinutí VN, VN, NN s přihlédnutím k jejich schématu zapojení. Pro měření transformačního poměru se používá metoda dvou voltmetrů a volí se přístroje třídy 0,5. Při zkoušení třífázových transformátorů se současně měří lineární napětí odpovídající stejným lineárním vývodům zkoušených vinutí. Dodávané napětí by mělo být od jedné do několika desítek procent jmenovitého napětí, přičemž větší hodnoty se vztahují k transformátorům nižšího výkonu a menší hodnoty k transformátorům vyššího výkonu. Transformační poměr se zpravidla měří při třífázovém buzení vinutí transformátoru.

Kontrola skupiny zapojení vinutí výkonového transformátoru.

Připojovací skupina transformátoru je důležitá pro její paralelní provoz s ostatními. Jednou z hlavních podmínek pro přípustnost paralelního provozu transformátorů je identita připojovacích skupin jejich vinutí. Pokud neexistují žádné pasové údaje nebo pokud existují pochybnosti o jejich spolehlivosti, před instalací se obvykle kontroluje skupina spojení vinutí. Musí odpovídat údajům v pasu a označení na štítu. Skupina zapojení se kontroluje pomocí dvou voltmetrů, stejnosměrné pulzní metody a fázového měřiče. V praxi uvádění do provozu jsou první dvě metody široce používány.
Metoda dvou voltmetrů pro určení spojovací skupiny je založena na kombinaci vektorových diagramů primárního a sekundárního napětí. Pomocí získaných výsledků je sestrojen vektorový diagram pro určení hodnot napětí.
Metoda stejnosměrného pulsu spočívá v střídavém určování polarity („+“ nebo „-“) svorek ab, bc, ca transformátoru pomocí galvanometru. V tomto případě je na svorky AB, BC, CA vysokonapěťového vinutí přiváděno napětí 2-12 V z galvanické baterie. V nízkonapěťovém vinutí se indukuje EMF určitého znaménka.
Získané výsledky jsou porovnány s údaji uvedenými ve speciální tabulce. Jako galvanometr se používají libovolné galvanometry magnetoelektrického systému, například Ml06, M45M, M250.

Test vzorku oleje.

Výkonové transformátory velikosti I a II se obvykle dodávají k instalaci naplněné olejem. V takových případech, pokud existují tovární testy, které splňují normy, provedené ne více než 6 měsíců předem. Před uvedením transformátoru do provozu je dovoleno provést zkoušku oleje podle zkráceného programu: na elektrickou pevnost a vizuální stanovení obsahu mechanických nečistot. Vzorek oleje se odebírá ze dna nádrže po propláchnutí vypouštěcího otvoru. Nádoba, ve které se vzorek oleje odebírá, musí být čistá, dobře vysušená a těsně uzavřená. Minimální průrazné napětí oleje se zjišťuje pomocí zařízení AII-70 v nádobě na testování oleje se standardním jiskřištěm, které je vyrobeno ve formě dvou mosazných elektrod o průměru 25 mm se zaoblenými hranami a vzdáleností mezi elektrodami 2,5 mm. Olej nalitý do nádoby se udržuje po dobu 30 minut. k odstranění vzduchových bublin. Náběh napětí do průrazu se provádí plynule rychlostí až 2 kV/s a provádí se 5-6 průrazů s intervalem 10 minut. mezi nimi. První členění se nebere v úvahu. Elektrická pevnost oleje se určí jako aritmetický průměr a porovná se s tabulkovými údaji v PUE. Pokud neexistuje protokol o továrním testu, provede se úplná analýza vzorku oleje. Přípustná hodnota elektrické pevnosti oleje pro transformátory s napětím 15 kV je 30 kV.

Zkouška izolace zvýšeným napětím průmyslové frekvence (50 Hz).

Tyto zkoušky se provádějí společně se svorkami (vstupy) z externího zdroje zvýšeného napětí. V praxi je uvádění do provozu prováděno speciálními autoelektrickými laboratořemi. Zkušební napětí napájecí frekvence mají v závislosti na třídě napětí vinutí následující hodnoty:
Třída napětí vinutí, kV do 0,69 3 6 10
Zkušební napětí ve vztahu ke skříni a jiným vinutím, kV:
pro normální izolaci 4,5 16,2 22,5 31,5
» lehká » 2,7 9 15,4 21,6

Měření proudu naprázdno.

Při této zkoušce se kontroluje stav magnetického obvodu transformátoru. Při jeho poškození se poškodí např. izolace mezi plechy, zvýší se ztráty a proud naprázdno. Prudký nárůst proudu naprázdno je navíc indikátorem přítomnosti zkratu mezi závity jednoho z vinutí, lokálního ohřevu atd. Při měření proudu naprázdno je jmenovité sinusové napětí a jmenovitá frekvence aplikován na nízkonapěťové vinutí s ostatními vinutími otevřenými. Proud naprázdno se měří podle obvodu znázorněného na Obr. 2. Získané během měření by se neměly lišit od továrních údajů o více než 30 %.

Rýže. 2. Obvod měření proudu naprázdno