6. Особливості випробувань трансформаторів і окремих видів електричних машин

6.1 Випробування трансформаторів на стійкість під час раптового короткого замикання

Випробування проводяться для перевірки надійності механічного кріплення обмоток, відводів та інших деталей трансформатора, а також нагрівостійкості ізоляції обмоток при дії струмів раптового короткого замикання. Трансформатор повинен витримувати без пошкоджень зовнішні КЗ при значеннях кратністю I_ко і тривалості t_к струму КЗ.

Величина струмів КЗ при випробуваннях трансформаторів на динамічну стійкість (dynamic (al) stability) розраховується таким чином. Якщо найбільша допустима потужність струму КЗ не вказана в стандартах або технічних умовах, то для двообмоткових трансформаторів потужністю менше 1 МВ×А [16].

,                                 (6.1)

         де  – усталений струм КЗ відгалуження, для якого розрахункові механічні зусилля максимальні, А;

         ,  – номінальна напруга та напруга КЗ цього відгалуження, кВ і %, відповідно;

          – номінальна напруга обмотки, що розглядається, кВ;

          – номінальний струм обмотки на основному відгалуженні, А.

Для двообмоткових трансформаторів потужністю 1 МВ×А і більше:

,                                  (6.2)

         де  – номінальна потужність трансформатора, МВ×А;

           – потужність КЗ мережі, МВ×А (таблиця 6.1).

Найбільший допустимий (ударний) струм КЗ, відносно якого виконуються випробування

.                                       (6.3)

Величина , називається ударним коефіцієнтом, який залежить від параметрів трансформатора (активної і реактивної складових напруги короткого замикання) і складає:

Таблиця 6.1 – Потужність короткого замикання мережі , МВ×А

Найбільша тривалість КЗ  c (при КЗ на стороні з номінальною напругою 35 кВ і менше) і 3 с (при КЗ на стороні з номінальною напругою 110 кВ і вище). Для масляних і заповнених негорючим діелектриком трансформаторів тривалість КЗ дорівнює:

,                                       (6.4)

         де .

Для складання програми випробувань необхідно мати:

- розрахунок трансформатора, який містить у собі розрахунок механічних зусиль;

- креслення активної частини, монтажу обмоток і всього трансформатора;

- принципову електричну схему;

- вимоги до стійкості при КЗ;

- дані про технологічне оброблення обмоток;

- розрахунок стійкості і міцності кріплень трансформатора при транспортуванні;

- значення струму і втрат холостого ходу; струму, втрат і опору КЗ; опору ізоляції.

Програма випробувань містить такі розділи:

- аналіз розрахункових даних і попередні висновки про міцність конструкції (виконується розробником);

- обґрунтування вибору режимів КЗ, на відповідність яким проводяться випробування, і основні параметри режимів (визначаються згідно з технічними умовами на даний трансформатор);

- розрахунок параметрів КЗ в усіх режимах випробувань (найбільші значення усталених струмів КЗ, найбільші значення ударних струмів КЗ в усіх обмотках, повні опори КЗ зі сторони живлення трансформатора) для вибору схеми випробувань на випробувальному стенді;

- силові і вимірювальні схеми випробувань;

- перелік контрольних вимірювань та допоміжних випробувань;

- порядок проведення випробувань.

Живлення трансформатора, що випробовується, здійснюється, як правило, зі сторони ВН для зменшення струмів в схемі живлення (рисунок 6.1, а). Обмотка НН замикається накоротко до початку випробувань. Генератор змінного струму 1 збуджують до заданої напруги з урахуванням коефіцієнта трансформації проміжного підвищувального трансформатора 3 при вимкненому вимикачі 2. Потім вимикач 2 вмикається і випробувальна напруга подається на трансформатор 4, що випробовується. Значення струму і напруги вимірюють за допомогою трансформаторів струму 6 та напруги 5, які з’єднані з осцилографом. Для зменшення спаду напруги в живильній мережі шинопроводи виконуються прямими з максимальним зближенням фазних шин, а елементи схеми розташовують по можливості ближче один до одного.

Випробування на стійкість складається з п’яти залікових дослідів КЗ, у тому числі чотири тривалістю 0,5¸1,0 с, п’ятий тривалістю  для перевірки нагрівостійкості. Якщо після п’яти дослідів ставиться під сумнів питання про позитивні результати випробувань, то допускається проведення шостого досліду тривалістю (0,5¸1,0) с. Трансформатор випробовують після попереднього нагріву так, щоб в кінці п’ятого досліду температура обмоток досягла максимально допустимого значення.

Кількість режимів випробувань (для кожної обмотки), як правило, не повинна перевищувати одного, щоб не ускладнювати цих випробувань. Якщо програмою випробувань передбачено два або більше режимів випробувань, то випробування обмотки більше, ніж в одному режимі допускається за умови, що струм у будь-який її частині дорівнює найбільшому струму КЗ для цієї частини тільки в одному з режимів, а в інших не перевищує 80% цього струму. Послідовність режимів випробувань вибирається відповідно очікуваному збільшенню розрахункових зусиль.

Для трифазних трансформаторів, які мають два й більше режимів випробувань, а також для трансформаторів потужністю більше 1600 кВ×А з метою отримання більшого об’єму інформації про міцність конструкції віддають перевагу однофазним випробуванням на стійкість при КЗ (на рисунку 6.1, б фаза, що випробовується, позначена двома стрілками). Допускаються однофазні випробування без використання двох інших фаз, тобто кожна фаза розглядається як окремий трансформатор. У цьому випадку обмотки сусідніх фаз повинні бути замкнені накоротко, а з’єднання обмоток у трикутник повинні бути розімкнені.

1 – генератор змінного струму; 2 – вимикач; 3 – підвищувальний трансформатор; 4 – трансформатор, що випробовується; 5 – трансформатор напруги (voltage measuring transformer); 6 – трансформатор струму (current transformer)

Рисунок 6.1 – Принципова схема досліджень трансформатора

на динамічну стійкість:

а) – однофазного; б) – трифазного

Випробування проводять у такому порядку: ревізія активної частини, допоміжні випробування й контрольні вимірювання (визначення опору ізоляції, втрат і напруги КЗ, втрат і струму холостого ходу, вимірювання для розрахунку фазних індуктивностей і поперечного поля розсіювання), налагоджувальні й залікові досліди КЗ, допоміжні випробування й контрольні вимірювання після кожного залікового досліду КЗ, ревізія, й розбирання активної частини після закінчення випробувань.

Оцінювання результатів випробувань проводяться з урахуванням допоміжних випробувань після дослідів і результатів ревізії активної частини. Трансформатор вважається таким, що витримав випробування при виконанні таких умов:

- при ревізії або розбиранні активної частини після випробувань не виявлені сповзання витків, осьові або радіальні деформації окремих котушок, деформації через поворот обмоток, зсуви або розташування деталей ярмової ізоляції, залишкові деформації пресувальної конструкції (кілець, домкратів, ярмових балок, пресувальних шпильок), залишкові деформації відводів та ошиновки, зниження зусиль запресування обмоток;

- порівняння результатів усіх вимірювань до й після випробувань не вказує на появу будь-яких електричних пошкоджень або внутрішньої деформації;

- електрична міцність ізоляції обмоток, яка пройшла випробування напругою до 0,8 випробувальної, і внутрішня ізоляція витримала випробування за ГОСТ 1516.1-76.

Температура обмоток у п’ятому заліковому досліді не повинна перевищувати 250°С для масляних трансформаторів з мідними обмотками та 200°С – з обмотками з алюмінію. Для сухих трансформаторів допустиме перевищення температури складає: з обмотками з міді – 180°С (клас нагрівостійкості ізоляції А); 250°С (клас Е), 350°С (класи B, F, H); з обмотками з алюмінію – 180°С (клас А), 200°С (класи E, B, F, H). Вимірювання температури в різних частинах трансформатора здійснюється методом вбудованих давачів температури, чутливим елементом яких зазвичай є термопари.