Лабораторная работа по физике на тему»Определение числа витков в обмотках трансформатора.»

11класс Лабораторный практикум. Лабораторная работа №4. Тема : «Определение числа витков в обмотках трансформатора.» Цель работы: определить число витков в обмотке трансформатора. Оборудование: трансформатор лабораторный; источник переменного напряжения 12В; авометр АВО-63; провод изолированный. Ход работы. Краткие теоретические сведения. Для определения числа витков в обмотке трансформатора с неизвестными параметрами можно воспользоваться тем свойством трансформатора, что в режиме холостого хода отношение напряжений на первичной U₁ и вторичной U₂ его обмотках равно отношению числа витков N ₁ в первичной обмотке к числу витков N₂ во вторичной обмотке:

Намотав на сердечник трансформатора вторичную обмотку с известным числом витков N₂ и, измерив напряжение U₂ на первичную обмотку, можно определить число витков N₁ в первичной обмотке: N₁

=N_{2 .}

Ход работы:

1. Намотайте вторичную обмотку из 20-40 витков на сердечник исследуемого трансформатора. 2. Подключите выводы первичной обмотки трансформатора к источнику переменного напряжения U₁ = 12В, измерьте напряжение на вторичной обмотке. 3.По измеренным значениям напряжения и известному числу витков во вторичной обмотке, определите число витков в первичной обмотке. 4. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

опыта

, В

, В

N₁

N₂

1

12

2

12

5.Запишите вывод: что вы измеряли, и какой получен результат.

Контрольные вопросы:

1.Что называют трансформатором?

2.На каком явлении основан принцип действия трансформатора?

3. Что называют коэффициентом трансформации?

4.Что называется КПД трансформатора?

5. Что будет с трансформатором, если его включить в цепь постоянного тока?

Как определить число витков вторичной обмотки трансформатора

Для расчёта количества витков вторичной обмотки необходимо знать, сколько витков приходится на один Вольт. Если количество витков первичной обмотки неизвестно, то это значение можно получить одним из предложенных ниже способов.

Первый способ.

Перед удалением вторичных обмоток с каркаса трансформатора, нужно замерить на холостом ходу (без нагрузки) напряжение сети и напряжение на одной из самых длинных вторичных обмоток. При размотке вторичных обмоток, нужно посчитать количество витков той обмотки, на которой был произведён замер.

Имея эти данные, можно легко рассчитать, сколько витков провода приходится на один Вольт напряжения.

Второй способ.

Этот способ можно применить, когда вторичная обмотка уже удалена, а количество витков не посчитано. Тогда можно намотать в качестве вторичной обмотки 50 -100 витков любого провода и сделать необходимые замеры. То же самое можно сделать, если используется трансформатор, имеющий всего несколько витков во вторичной обмотке, например, трансформатор для точечной сварки. Тогда временная измерительная обмотка позволит значительно увеличить точность расчётов.

Когда данные получены, можно воспользоваться простой формулой:

 

ω1 / U1 = ω 2 / U2

ω 1 – количество витков в первичной обмотке,

ω 2 – количество витков во вторичной обмотке,

U1 – напряжение на первичной обмотке,

U2 – напряжение на вторичной обмотке.

Пример:

Я раздобыл вот такой трансформатор без вторичной обмотки и опознавательных знаков.

Намотал в качестве временной вторичной обмотки – 100 витков.

Намотал я эту обмотку тонким проводом, который не жалко и которого у меня больше всего. Намотал «в навал», что значит, как попало.

Результаты теста.

Напряжение сети во время замера – 216 Вольт.

Напряжение на вторичной обмотке – 20,19 Вольт.

Определяем количество витков на вольт при 216V:

100 / 20,19 = 4,953 вит./Вольт

Здесь на точности не стоит экономить, так как погрешность набегает при замерах. Благо, считаем-то не на бумажке.

Рассчитываем число витков первичной обмотки:

4,953 * 216 = 1070 вит.

Теперь можно определить количество витков на вольт при 220V.

1070 / 220 = 4,864 вит./Вольт

Рассчитываем количество витков во вторичных обмотках.

Для моего трансформатора нужно рассчитать три обмотки. Две одинаковые «III» и «IV» по 12,8 Вольт и одну «II» на 14,3 Вольта.

4,864 * 12,8 = 62 вит.

4,864 * 14,3 = 70 вит.

Видео: Перемотка трансформатора своими руками — как это делаю Я

Данное видео посвящено перемотке трансформатора. В частности, я вместе с вами произведем перемотку вторичной обмотки трансформатора. Абсолютно аналогичным образом осуществляется и перемотка первичной обмотки.

План-конспект урока по физике (11 класс) на тему: Лабораторная работа «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ВИТКОВ В КАТУШКЕ».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ числа витков в катушке.

• Цель работы:  .

1. Рассмотреть принцип действия трансформатора, достоинства, практическое применение.

Порядок выполнения работы

1. Определить цену деления амперметра и вольтметра.
2. С помощью стрелок можно изменять число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
3. С помощью левого выключателя подается напряжение на первичную обмотку трансформатора.
4. С помощью правого выключателя вторичная обмотка подключается к нагрузке.
5. Для изменения нагрузки на вторичную обмотку используется реостат. Переместить ползунок.

1. Результаты измерений занести в таблицу 1.

№	I1 А	U1 В	I2 А	U2 В	N1	N2	Р1	Р2	к	η
1.	10	0,06	?	0,12	25	?
2.	10	?	14	0,22	?	50
3.	?	0,50	14	0,60	200	?
4.	10	20	14	?	?	100

1.рассчитайте по формуле  количество витков в катушке

2.рассчитайте по формуле  коэффициент трансформации

3. Расчитайте  мощность

4. Рассчитайте

5. Построить график зависимости P(U). И I(N)

Контрольные вопросы

1. Какова роль индуктивности и сопротивления в цепи переменного тока? Как определяется величина индуктивного сопротивления, емкостного сопротивления, полного сопротивления в цепи переменного тока?

По результатам выполненной работы сделайте вывод

 

www.all-fizika.com/virtual/transf.php копия ещё 

Как рассчитать количество витков первичной обмотки трансформатора

Да сих пор мы исходили из посыла, что первичная обмотка цела. А что делать, если она оказалась оборванной или сгоревшей дотла?

Оборванную обмотку можно размотать, восстановить обрыв и намотать заново. А вот сгоревшую обмотку придётся перемотать новым проводом. Конечно, самый простой способ, это при удалении первичной обмотки посчитать количество витков.

Если нет счётчика, а Вы, как и я, используете приспособление на основе ручной дрели, то можно вычислить величину редукции дрели и посчитать количество полных оборотов ручки дрели. До тех пот, пока мне не подвернулся на базаре счётчик оборотов, я так и делал.

Но, если обмотка сильно повреждена или её вообще нет, то рассчитать количество витков первичной обмотки трансформатора можно по приведённой формуле. Эта формула подходит для частоты сети равной 50 Герц.

ω = 44 / T * S

• ω – число витков на один вольт,
• 44 – постоянный коэффициент,
• T – величина индукции в Тесла,
• S – сечение магнитопровода в квадратных сантиметрах.

 

Пример.

Сечение моего магнитопровода – 6,25см².

Магнитопровод витой, броневой, поэтому я выбираю индукцию 1,5 Т.

44 / 1,5 * 6,25 = 4,693 вит./вольт

Определяем количество витков первичной обмотки с учётом максимального напряжения сети:

4,693 * 220 * 1,05 = 1084 вит.

Допустимые отклонение напряжения сети принятые в большинстве стран: -10… +5%. Отсюда и коэффициент 1,05.

Величину индукции можно определить по таблице

Тип магнитопровода	Магнитная индукция max (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,1-1,3	1,3	1,3-1,35	1,35	1,35-1,2
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Тороидальный витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Не стоит использовать максимальное значение индукции, так как оно может сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Видео: Расчет трансформатора питания. Простая электроника

Расчет понижающего трансформатора

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Простой расчет понижающего трансформатора.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Магнитопроводы бывают:

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

КАК РАССЧИТАТЬ ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт.
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт, нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 • I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8.
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1, мощности потребляемой от сети 220 вольт, зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 • √P1

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 • √75 = 1,2 • 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 • w = 220 • 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 • w = 36 • 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

d = 0,8 √I

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d1 = 0,8 √I 1 = 0,8 √0,34 = 0,8 * 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d2 = 0,8 √I 2 = 0,8 √1,67 = 0,8 * 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА, то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 • d²

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 • d² = 0,8 • 1,1² = 0,8 • 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм. и площадью по 0,5 мм².

Или два провода:

— первый диаметром 1,0 мм. и площадью сечения 0,79 мм²,
— второй диаметром 0,5 мм. и площадью сечения 0,196 мм².
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

И конечно можно воспользоватся программой для расчета

Еще записи по теме

Режимы работы трансформатора. Часть 1

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказывал об устройстве трансформатора и его работе. Также я указывал, что для анализа трансформатора используют эквивалентные схемы, содержащие основные параметры трансформатора и позволяющие оценить его характеристики в различных режимах. В процессе своей работы трансформатор может находиться в трёх основных режимах: режим холостого хода, режим короткого замыкания и номинальный режим.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Для рассмотрения работы трансформатора в различных режимах мы будем использовать схему замещения трансформатора.

Рабочий процесс трансформатора

Процесс работы трансформатора рассмотрим на основе эквивалентной схемы замещения из предыдущей статьи

Эквивалентная схема замещения трансформатора.

При наличии нагрузки Z_H на выводах вторичной обмотки 3-4 и напряжении U₁ на выводах первичной обмотки 1-2 в магнитопроводе трансформатора создается магнитный поток, который индуцирует в обмотках ЭДС: в первичной – Е₁, а во вторичной – Е₂. В результате приложенное напряжение в первичной обмотке U₁ уравновешивается ЭДС Е₁ и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки R₁ и реактивном сопротивлении L_s1 индуктивности рассеяния. Аналогичным образом происходит уравновешивание напряжения и во вторичной обмотке трансформатора.

Определение основных параметров трансформатора: напряжения U₁ и U₁, ЭДС Е₁ и Е₂, потери в обмотках и в магнитопроводе происходит при рассмотрении режимов работы трансформатора, а определение их реальных значений – из опытов холостого хода и короткого замыкания.

От чего зависит ЭДС в обмотках трансформатора?

В прошлой статье я указал, что мгновенное значение ЭДС  в обмотке трансформатора определяется числом витков ω провода в ней и скоростью изменения магнитного потока dΦ/dt

где ω – число витков обмотки трансформатора,

dФ_В/dt – скорость изменения магнитного потока.

Однако в большинстве случаев нам интересно не мгновенное значение ЭДС, а действующее. Поэтому выведем выражение, определяющее действующее значение ЭДС в обмотках трансформатора. Это можно сделать аналитически проинтегрировав функцию изменения магнитного потока dΦ/dt, либо же путем нахождения среднего значения ЭДС E_cp и коэффициента формы ЭДС k_ф. Я буду выводить выражение вторым способом.

Магнитный поток протекая в сердечнике трансформатора изменяется в соответствии с некоторой периодичной функцией имеет два амплитудных значения максимальное +Ф_m и минимальное –Ф_m, тогда полное изменение магнитного потока за полупериод Т/2 будет иметь значение

Тогда среднее значение ЭДС Е_ср в обмотке трансформатора будет иметь вид

где ω – число витков обмотки трансформатора,

Т/2 – полупериод изменения функции магнитного потока,

f – частота изменения магнитного потока,

Ф_m – амплитуда магнитного потока.

Действующее значение ЭДС и её среднее значение связывает коэффициент формы кривой ЭДС k_ф, тогда действующее значение ЭДС в обмотке трансформатора будет определяться следующим выражением

где k_ф – коэффициент формы ЭДС,

f – частота изменения ЭДС,

ω – число витков обмотки трансформатора,

B – магнитная индукция в сердечнике,

S_c – площадь сечения сердечника трансформатора.

Приведём примеры действующего значение ЭДС для синусоидального, прямоугольного (меандр) и треугольного изменения

Из вышесказанного следует, что при условии постоянства электромагнитной индукции B, ЭДС пропорциональна конструктивным параметрам трансформатора сечению магнитопровода S_c и количеству витков ω. Правильный выбор величины электромагнитной индукции В является одной из ключевых задач при проектировании трансформатора. Кроме того, с ростом частоты f увеличивается ЭДС, поэтому для реализации одинаковой ЭДС с ростом частоты требуются меньшие размеры и вес трансформатора. Данный фактор является основным преимуществом трансформаторов высокой частоты, которые чаще всего применяются в настоящее время.

 Режим холостого хода

Данный режим характеризуется отсутствием нагрузки во вторичной обмотке или же бесконечно большой величиной сопротивления Z_H = ∞, то есть разомкнутая цепь вторичной обмотки.

Тогда ток во вторичной обмотке будет равен нулю I₂ = 0. Тогда в соответствии с первым законом Кирхгофа (закон баланса токов) получим

где I₁ – ток в первичной обмотке трансформатора,

I₀ – ток намагничивания магнитопровода,

I’₂ – приведённый ток вторичной обмотки трансформатора.

Возникновение тока намагничивания I₀ связанно с потерями энергии: на создание основного магнитного потока, замыкающегося через магнитопровод (мощность намагничивания P_L) и потери мощности в сердечнике Р_А, а так же вследствие потерь в первичной обмотке магнитопровода от протекания тока намагничивания. Так как трансформатор в режиме холостого хода не создает тока во вторичной обмотке I₂ = 0, то такой ток называют током холостого хода.

Очевидно, что ток холостого хода имеет активную I_a и реактивную I_L составляющие, которые определяются следующими выражениями

где Е₁ – ЭДС самоиндукции, возникающая в первичной обмотке,

R_C – сопротивление активных потерь в сердечнике,

L_C – сопротивление реактивных потерь в сердечнике.

Так как сопротивления R_C и L_C имеют нелинейных характер, то в инженерных расчётах пользуются графическими зависимостями параметров сердечников, в первую очередь кривой намагничивания материала магнитопровода (зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н Dynamic magnetization curves). Кроме того необходимо знать геометрические параметры используемого сердечника: эквивалентную площадь сечение S_e(A_e), эквивалентную длину магнитной силовой линии l­_e и эквивалентный объем сердечника V_e. Кроме того для нахождения потерь мощности в сердечнике Р_А необходимо воспользоваться графической зависимостью магнитных потерь в сердечнике (Relative core losses) от различных факторов: индукции B, температуры T и частоты f.

Как определить ток холостого хода трансформатора?

Вычисление тока холостого хода трансформатора может происходить следующим образом:

1. Определяем величину магнитной индукции в сердечнике трансформатора, допуская тот факт, что значение ЭДС Е₁ в первичной обмотке очень близко по значению с приложенным к ней напряжением U₁

   

   где k_ф – коэффициент формы ЭДС,

   f – частота изменения ЭДС,

   ω – число витков обмотки трансформатора,

   S_c – площадь сечения сердечника трансформатора.

2. По кривой намагничивания материала сердечника определяем напряженность Н магнитного поля в магнитопроводе.
3. Определяем реактивную I_L составляющую тока холостого хода

   

4. Находим мощность активных потерь Р_А в сердечнике трансформатора по графическим зависимостям мощности удельных объёмных потерь P_V от индукции в сердечнике B и значению эффективного объема сердечника V_e.
5. Определяем активную составляющую I_a тока холостого хода

   

6. Определяем ток холостого хода

   

Полученное токам образом значение тока холостого хода практически не отличается от реальной величины тока, протекающего в первичной обмотке при работе трансформатора в режиме холостого хода.

Опыт холостого хода

После изготовления трансформатора необходимо провести ряд испытаний, одним из которых является опытом холостого хода. Данное испытание трансформатора проводится при разомкнутой вторичной обмотке и подачей номинального напряжения на первичную обмотку. По результатам проведения опыта холостого хода определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе.

Для проведения опыта холостого хода собирают схему изображенную ниже

Схема опыта холостого хода.

Как видно на схеме к первичной обмотке трансформатора необходимо подключить вольтметр PV1, амперметр РА1 и ваттметр PW1, а к вторичной обмотке – вольтметр PV2.

Для снятия характеристик холостого хода трансформатора на его первичную обмотку подают номинальное напряжение = U_H, которое можно изменять при необходимости снятия динамических характеристик примерно от 30% до 110% U_H. После подачи напряжения в первичную обмотку снимают показания по приборам: ток холостого хода I_ХХ, мощность холостого хода Р_ХХ, напряжение на вторичной обмотке U₂ трансформатора.

По результатам проведения опыта холостого хода можно определить следующие параметры:

— процентное отношение тока холостого тока I_XX%

где I_H – номинальное значение тока в первичной обмотке трансформатора.

— коэффициент трансформации трансформатора k

где U₁ и U₂ – напряжения, снимаемые с вольтметров PV1 и PV2, соответственно.

— активное сопротивление намагничивающего контура R_C

где Р_ХХ – мощность, снимаемая с ваттметра PW1.

— полное сопротивление намагничивающего контура Z_C

— реактивное сопротивление намагничивающего контура Х_С

— коэффициент мощности холостого хода cos φ_XX

При проведении опыта холостого хода следует отметить, что в начальный момент подачи напряжения возникает недопустимо большой ток в разы превышающий номинальный, а так как ток холостого хода составляет 3 – 10 % от номинального тока, то пусковой ток превышает ток холостого тока в десятки раз. Поэтому в начальный момент необходимо замкнуть выводы амперметра РА1.

Кроме опыта холостого хода для испытания трансформатора проводят опыт короткого замыкания, о котором я расскажу в следующей статье.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Как выполнить проверку коэффициента трансформации силового трансформатора

Коэффициент трансформации обмоток

Проверка соотношения витков силового трансформатора — это испытание низкого напряжения переменного тока , которое определяет соотношение обмотки высокого напряжения ко всем остальным обмоткам без нагрузки. Проверка соотношения витков выполняется на всех отводах каждой обмотки.

Проверка коэффициента трансформации силового трансформатора

Измеритель коэффициента трансформации трансформатора (TTR) — это устройство, используемое для измерения отношения витков между обмотками (пример показан ниже).

Напряжение подается на провода с маркировкой H и измеряется испытательным комплектом на проводе с маркировкой X.

Измерения отношения проводятся во всех положениях ответвлений и рассчитываются путем деления значения наведенного напряжения на значение приложенного напряжения. Когда проводятся испытания коэффициента трансформации на трехфазных трансформаторах, соотношение измеряется по одной фазе с трехфазным TTR до тех пор, пока не будут завершены измерения соотношения всех трех фаз.

Рисунок 1 — Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора (TTR) Схема подключения.

Изменения измеренного отношения должны находиться в пределах 0,5% от отметок на паспортной табличке.

Некоторые TTR могут выполнять измерение коэффициента трансформации, а также оценивать, исправны ли контакты устройства РПН во время его перехода из одного положения РПН в другое.

Пример однофазного TTR с ручным приводом — набор для испытания коэффициента трансформации трансформатора (измеряет коэффициент трансформации и ток возбуждения обмоток силовых трансформаторов, трансформаторов напряжения и тока.)

Процедура проверки коэффициента трансформации, шаг за шагом

Шаг 1.

Изолируйте оборудование , примените рабочее заземление ко всем входящим и исходящим кабелям и отсоедините все входящие и исходящие кабели от клеммных соединений вводов трансформатора.

Отсоединенные кабели должны иметь достаточный зазор от клемм распределительного устройства больше, чем расстояние между фазами. При необходимости используйте нейлоновый трос, чтобы удерживать кабель на расстоянии от входных и выходных клемм.

Шаг 2.

Подсоедините обозначенный трехфазный измерительный провод H с разъемом в стиле милитари на одном конце к ответному соединению на испытательном комплекте, отмеченному буквой H. Убедитесь, что метка разъема совмещена правильно.

Шаг 3.

Подключите трехфазный тестовый разъема типа «милитари» X на одном конце к ответному соединению испытательного набора, отмеченному знаком X. Убедитесь, что метка разъема совмещена правильно.

Шаг 4.

Подключите обозначенный измерительный провод h2, h3, h4 к соответствующему зажиму / проходному изолятору h2, h3, h4 трансформатора . Подключите измерительный провод H0 , если клемма / втулка H0 присутствует.

См. Рисунок 1 .

Шаг 5.

Подключите назначенные измерительные провода X1, X2, X3 к соответствующим клеммам / вводам трансформатора X1, X2, X3. Подключите испытательный провод X0, если имеется клемма / втулка X0.

Шаг 6.

Выполните измерений передаточного отношения для всех положений РПН.

Шаг 7.

Убедитесь, что измеренные коэффициенты находятся в пределах 0,5% от рассчитанных.

Важное примечание:

Трансформаторы, которые имеют соединение звездой, но не имеют выведенной нейтрали звезды, должны быть испытаны на коэффициент передачи с трехфазным источником питания.

Любое неравенство в характеристиках намагничивания трех фаз приведет к смещению нейтрали и тем самым вызовет неравные фазные напряжения.При обнаружении такого неравенства соединение следует изменить на соединение треугольником или звездой и измерить линейные напряжения.

Когда оказывается, что они равны друг другу и правильным значениям (в 1,732 раза больше фазных напряжений при соединении звездой), соотношение является правильным .

Испытание силового трансформатора

Автоматическое измерение коэффициента передачи и сопротивления обмотки всех ответвлений / фаз.

Ссылка: Курс ввода в эксплуатацию подстанции — Раймонд Ли, технический инструктор

,

Оборудование для испытания трансформаторов | РПН

Устройство РПН предназначено для регулирования выходного напряжения трансформатора. Это достигается путем изменения количества витков в одной обмотке и, тем самым, изменения коэффициента трансформации трансформатора. Существует два типа устройств РПН с трансформатором: устройство РПН (РПН) и устройство РПН без напряжения (DETC). Обратите внимание, что не все трансформаторы имеют переключатели ответвлений.

РПН изменяет коэффициент трансформации трансформатора, когда трансформатор находится под напряжением и несет нагрузку.Принцип коммутации основан на концепции контактов «замыкает перед размыканием». Соседний ответвитель замыкается перед разрывом контакта с несущим ответвлением с целью передачи нагрузки с одного ответвления на другой без прерывания или значительного изменения тока нагрузки. В положении перемычки (т. Е. Контакт осуществляется с двумя ответвлениями) присутствует некоторая форма импеданса (резистивная или реактивная) для ограничения циркулирующего тока. В быстродействующем устройстве РПН резистивного типа для поглощения энергии используется пара резисторов, а положение перемычки не используется в качестве рабочего.В РПН реактивного типа используется реактор, рассчитанный на непрерывную нагрузку, например, защитный автотрансформатор, и поэтому положение перемычки используется в качестве рабочего положения.

Существует две основных конструкции устройства РПН. Дивертерная конструкция, используемая для более высоких напряжений и мощности, имеет как избиратель ответвлений, так и отдельный дивертерный переключатель (также называемый переключателем дуги). Переключающая дуга может возникать в масле или может содержаться в вакуумном баллоне. В конструкции без дивертора, используемой для более низких номинальных напряжений, просто используется так называемый селекторный переключатель (также называемый переключателем ответвлений дуги), который сочетает в себе функции дивертерного переключателя и избирателя ответвлений.

DETC — это устройство РПН, которое нельзя перемещать, пока трансформатор находится под напряжением. Часто имеет 5 позиций (A, B, C, D, E или 1,2,3,4,5). Если DETC не выполняется на регулярной основе, существует повышенный риск того, что DETC не будет работать должным образом при следующем перемещении.

Переключатели ответвлений исторически были одной из основных причин отказов трансформаторов (Cigre_WG 12-05 «Международный обзор отказов больших силовых трансформаторов в эксплуатации», Electra № 88, 1983, и ANSI / IEEE, 1985).Неисправности РПН могут быть классифицированы как диэлектрические неисправности (связанные с качеством масла или зазором), тепловые неисправности (из-за проблем закоксовывания или обжатия) или механические неисправности (износ и несоосность контактов, концевые выключатели, срезанные штифты на рычаге, который управляет реверсивным переключателем. , проблемы со смазкой и т. д.). Следующие ниже электрические полевые испытания предоставляют информацию о целостности устройства РПН трансформатора.

Диагностика РПН

Электрические полевые испытания:

• Ток возбуждения ; Испытания возбуждающим током позволяют обнаружить множество проблем с переключателем ответвлений трансформатора (DETC и OLTC), в том числе: несоосность, закоксовывание и износ контактов, ослабление подвижных контактов, неправильная проводка от обмотки ответвления к устройству РПН, обратное подключение к профилактическому автотрансформатор (PA) РПН, разомкнутые или короткозамкнутые витки или соединения с высоким сопротивлением в РПН PA, последовательный автотрансформатор или последовательный трансформатор и многое другое.
• Сопротивление обмотки постоянного тока ; Испытание сопротивления обмотки постоянному току используется для обнаружения любой проблемы, которая влияет на целостность пути прохождения тока между выводами обмотки, включая переключатель ответвлений. Он особенно эффективен для определения условий частичного разомкнутого контура.
• Динамическое сопротивление обмотки ; динамическое испытание сопротивления обмотки — это измерение постоянного тока и сопротивления (как функция времени), когда РПН изменяет положение РПН.Он особенно эффективен при выявлении проблем с дивертерным переключателем, контактами дивертерного переключателя и переходными резисторами РПН резистивного типа. Как правило, тест оценивает целостность любого компонента, который создает, пропускает или отключает ток во время операции РПН.
• Анализ частотной характеристики развертки (SFRA) ; механическая целостность обмоток ответвлений и их выводов оценивается в диапазоне средних и высоких частот при испытании FRA на трансформаторе

Тесты масел:

• DGA ; нормальные схемы выделения газов (образующиеся при ухудшении изоляционных материалов) различаются для каждого семейства устройств РПН.Анализ DGA на образце масла из РПН является эффективным инструментом для выявления таких проблем, как локальный перегрев или чрезмерное искрение, которое приведет к изменению типичного газообразования РПН (например, изменение соотношения углеводородных газов).
• Диэлектрическая прочность ; проверяет, что напряжение диэлектрического пробоя масла в устройстве РПН превышает минимальный порог. На это влияет относительная насыщенность воды маслом и наличие проводящих частиц (количество и размер).
• Влажность ; испытание на наличие избыточного количества воды в устройстве РПН, которое снижает диэлектрическую прочность масла на пробой и может ускорить старение контактов

Другие тесты:

• Инфракрасный; проверяет разницу температур между основным баком трансформатора и отсеком отводов; нетипично, чтобы отсек крана был таким же горячим или более горячим, чем основной бак,
• Акустика
• Инспекция

,

Анализ повреждений машин и обмоток трансформаторов

Эффективное сопротивление при повреждении

Анализ повреждений обмоток синхронных машин и трансформаторов представляет особую трудность, поскольку эффективные импедансы затронутых обмоток в условиях внутреннего повреждения обычно не известны.

Анализ неисправностей в обмотках машин и трансформаторов (на фото: эти генераторы, расположенные в самом глубоком районе Нью-Йорка, приводили в действие железнодорожную систему Нью-Йорка. Во время Второй мировой войны они охранялись от немецких солдат; фото: Васаби Боб через Flickr)

Методы анализа сильно ограничены и обычно связаны с получением разумной оценки, основанной на определенных упрощающих допущениях.

Частным случаем, в котором упрощающие допущения могут дать довольно точные результаты, является анализ замыканий на землю на обмотках , заземленных через полное сопротивление. , где полное сопротивление заземления нейтрали можно считать большим по сравнению с полным сопротивлением обмотки.

В комплекте:

1. Неисправности обмоток генератора
   1. Методы обнаружения межвитковых повреждений:
      1. Схема A
      2. Схема B
      3. Схема C
      4. Схема D
      5. Схема E
2. Неисправности обмоток трансформатора

1.Неисправности обмоток генератора

Рассмотрим генератор, показанный на рисунке 1, и предположим, что условие короткого замыкания возникает в точке F , на расстоянии на единицу расстояния x от нейтральной точки генератора.

Рисунок 1 — Синхронная машина с местом повреждения F, расстояние на единицу x от нейтральной точки

Предположим далее, что генерируемая ЭДС (значение фазы а) в той части обмотки между нейтральной точкой и точкой повреждения составляет xE , где E — значение, соответствующее полной обмотке, е.m.f, в остальной части обмотки, таким образом, (1 — x) E .

Обмотка генератора теперь может рассматриваться как трехконтактная цепь , причем этими тремя концами являются нейтральный конец N, конец линии или фазного вывода L и точка повреждения F.

Следовательно, цепи прямой, отрицательной и нулевой последовательности генератора будут иметь форму, показанную на рисунке 2 ниже.

Следует отметить, что теперь есть три значения импеданса генератора, которые необходимо учитывать для каждой из трех цепей чередования фаз, а именно Z _N , Z _L и Z _F , соответственно, с соответствующими суффиксами чередования фаз. , значения этих полных сопротивлений в зависимости от места повреждения x и нормальных значений полных сопротивлений чередования фаз генератора Z ₁ , Z ₂ и Z ₀ при полной обмотке.

Рисунок 2 — Цепи чередования фаз синхронной машины на рисунке 1 выше

Для применения схем чередования фаз генератора, показанных на Рисунке 2, конечно, необходимо определить требуемые значения полного сопротивления , учитывая значения x, Z ₁ , Z ₂ и Z ₀ ,

Следовательно, для получения этих значений необходимо сделать некоторое предположение, и самое простое из них — предположить, что:

1. отсутствует взаимная связь между участками обмотки между нейтралью и коротким замыканием, а
2. , что импедансы, соответствующие каждой из этих двух секций обмотки, пропорциональны длинам этих секций.

Рисунок 3 — Цепи чередования фаз синхронной машины, показанной на рисунке 1, при линейном распределении полного сопротивления обмоток.

Цепи чередования фаз, которые являются результатом этих предположений, показаны на Рисунке 3, из которого видно, что:

, остальные импедансы Z _F1 , Z _F2 и Z _F0 равны нулю .

Рассматривая простой случай, в котором предполагается, что не поступает на место повреждения от клемм генератора , значения полного сопротивления последовательности фаз сразу от точки повреждения составляют xZ ₁ , xZ ₂ и xZ ₀ , пробивное напряжение в точке повреждения (значение фазы а) составляет xE .

Следовательно, учитывая трехфазное замыкание на F , результирующее значение тока короткого замыкания определяется как:

значение тока повреждения, таким образом, не зависит от места повреждения. Аналогично, для межфазного замыкания на F значение тока замыкания фазы определяется по формуле:

, который также не зависит от места повреждения. Учитывая теперь, что — однофазное замыкание на землю при F , значение тока замыкания определяется как:

и если Z _n намного больше, чем Z ₁ , Z ₂ и Z ₀ , выражение для тока короткого замыкания сводится к приблизительному виду:

Легкость состояния короткозамкнутых витков может быть решена путем предположения, что короткозамкнутый участок обмотки составляет часть x полной обмотки , как показано на рисунке 4.

Далее предполагается, что ток короткого замыкания I _f совершенно не зависит от положения короткозамкнутых витков внутри обмотки.

Рисунок 4 — Подключение цепей чередования фаз генератора, показанных на рисунке 3, к цепям, применимым к остальной части системы.

При этих предположениях значение тока короткого замыкания будет точно таким же, как и для замыкания между фазой и нейтралью на расстоянии на единицу расстояния x от нейтральной точки , поэтому ток замыкания определяется по формуле:

Таким образом, значение тока короткого замыкания не зависит от доли обмотки, охваченной коротким замыканием.

Во всех вышеупомянутых условиях неисправности влияние аварийного питания с клемм генератора можно учесть, подключив цепи чередования фаз генератора, показанные на рисунке 3, к цепям, применимым к остальной части системы.

Важно отметить, что схемы чередования фаз генератора на фиг. 3 основаны на конкретном и несколько произвольном предположении относительно подразделения значений импеданса генератора. Следовательно, полученные результаты нельзя рассматривать как нечто большее, чем очень грубое приближение к реальным условиям.

Следует также отметить, что это простое рассмотрение применимо только к случаю генератора с однопроводной обмоткой статора.

Более строгий подход, , применимый к генераторам с обмотками статора, имеющими несколько параллельных путей , дается В.А. Киницкий в своей работе «Расчет токов внутренних замыканий в синхронных машинах».

Вернуться к содержанию ↑

1.1 Методы обнаружения межвитковых замыканий

Генератор часто имеет двухслойную многооборотную обмотку.Обмотка генератора может быть одноцепной или может иметь 2, 4, 6 или 8 параллельных ветвей. При нормальной работе существует очень небольшая разница в токе в каждой ветви .

Однако во время внутреннего повреждения токи будут циркулировать между параллельными ветвями обмотки в пределах одной фазы. Защита от расщепления фаз использует эту характеристику, измеряя несимметрию тока между этими параллельными ветвями. В гидравлических машинах значительный процент отказов статора начинается с межвитковых замыканий.

Из-за очень высокого эффективного передаточного числа между обмотками и закороченного витка, межвитковые замыкания вызывают чрезвычайно высокие токи в неисправной петле, что приводит к быстро прогрессирующему повреждению .

Эти повреждения не обнаруживаются дифференциальной защитой статора или защитой от замыкания на землю, поскольку нет разницы между токами на выходе и клеммах нейтрали, а также отсутствует путь для тока замыкания на землю. Если эти неисправности могут быть обнаружены до того, как они перерастут в замыкания на землю или фазы, то повреждение машины и связанное с этим время простоя можно значительно сократить.

Следовательно, в идеале защита с расщепленной фазой должна быть достаточно чувствительной для срабатывания однооборотного замыкания в обмотке машины .

Вернуться к содержанию ↑

В настоящее время используется несколько методов:

1.1.1 Схема A

В схеме А для каждой параллельной цепи выведена нейтральная точка. Между каждой нейтралью включен элемент максимального тока. Во время межвиткового замыкания в поврежденной фазе возникает циркулирующий ток, который проходит между нейтралью.

Рисунок 5 — Схема обнаружения межвитковых повреждений А

Вернуться к содержанию ↑

1.1.2 Схема B

В этой схеме дифференциальный сигнал и сигнал ограничения выводятся с использованием токов с обеих сторон машины. Один ток представляет собой общий ток в машине, а другой — ток от трансформатора тока, представляющий 1/2 общего тока.

Эта схема также известна как «комбинированное разделение фазы и дифференциал» или «частичный продольный дифференциал» .

Рисунок 6 — Схема обнаружения межвитковых повреждений B

Вернуться к содержанию ↑

1.1.3 Схема C

В схеме C токи из каждой параллельной цепи используются для получения дифференциального сигнала и сигнала ограничения. Реле имеет характеристику крутизны в процентах.

Сигнал ограничения обеспечивает защиту от ложного дифференциала, возникающего во время внешней неисправности , при этом обеспечивая быструю работу во время внутренних неисправностей.

Эту схему иногда называют «поперечный дифференциал» .

Рисунок 7 — Схема обнаружения межвитковых повреждений C

Вернуться к содержанию ↑

1.1.4 Схема D

Схема, показанная на рисунке 4, также реагирует на разницу между токами в двух цепях. Однако суммирование производится вне реле. Следовательно, этот способ не может вывести сигнал ограничения.

Элемент мгновенного действия, использующий этот сигнал, должен быть установлен на достаточно высоким, чтобы избежать срабатывания во время внешней неисправности .Это сделает элемент относительно неэффективным для обнаружения однооборотных неисправностей.

Как таковая, эта схема обычно использует для безопасности характеристики с независимым или обратнозависимым временем.

Рисунок 8 — Схема обнаружения межвитковых повреждений D

Вернуться к содержанию ↑

1.1.5 Схема E

В этой схеме трансформатор оконного типа используется для измерения разницы между токами в каждой цепи, как показано на рисунке 9.

Этот метод позволяет избежать ошибок CT схемы D .

Рисунок 9 — Схема обнаружения межвитковых неисправностей E

Вернуться к содержанию ↑

2. Неисправности обмоток трансформатора

В случае замыканий на землю обмоток трансформатора, особый случай обмоток, заземленных по сопротивлению, поддается упрощенной обработке, уже описанной в предыдущем разделе, при этом значение тока короткого замыкания представляет собой предаварийное напряжение между фазой и землей в точке повреждения, деленное на действующее значение полного сопротивления заземления системы.

Два случая, наиболее часто представляющие интерес, показаны на рисунках 10 и 11, а именно обмотка, соединенная звездой и обмотка, соединенная треугольником.

Рисунок 10 — Изменение тока короткого замыкания в зависимости от положения замыкания для обмотки, заземленной через полное сопротивление Рисунок 11 — Изменение тока короткого замыкания в зависимости от положения замыкания для обмотки, заземленной через полное сопротивление

Интересно отметить, что в случае обмотки, соединенной треугольником, напряжение между фазой и землей перед коротким замыканием имеет минимальное значение, когда короткое замыкание находится в центре затронутой обмотки, это минимальное значение равно единице. половина напряжения фаза-нейтраль.

Рисунок 12 — Напряжение между фазой и нейтралью перед повреждением в обмотке треугольником и его зависимость от места повреждения

Из приведенного выше правила косинуса получаем:

• E _f ² = E ² + (x√3E) ² — 2x√3E ² cos30 °
• подача: E _f = E√ (1 + 3x (x-1))
• где: x = bF / bc

Как видно из рисунка 12 выше, величина предаварийного межфазного напряжения E _f в точке повреждения составляет:

где:

• E — напряжение фаза-нейтраль обмотки, а
• x — это расстояние на единицу повреждения от одного вывода обмотки.

Случай замыкания на землю на глухозаземленной обмотке трансформатора, соединенной звездой, представляет особый интерес и был исследован путем испытаний трансформатора 132/33 кВ 45 МВА звезда / треугольник, результаты которых показаны на Рисунке 13.

Рисунок 13 — Изменение тока короткого замыкания в зависимости от положения замыкания при замыкании на землю в глухозаземленной обмотке, соединенной звездой трансформатора звезда / треугольник

Банкноты

Следует отметить, что в пределах ограниченного диапазона исследованных мест повреждения (доступных благодаря соединениям переключателя ответвлений) ток замыкания на землю является максимальным для короткого замыкания вблизи нейтральной точки , ток, протекающий в обмотка от клеммы фазы, имеющая минимальное значение нуля для повреждения в этом положении.

Распространяя эти результаты на случай короткозамкнутых витков, нетрудно увидеть , что ток короткого замыкания в короткозамкнутых витках может быть большим. , если доля короткозамкнутой обмотки мала, высокое значение тока в короткозамкнутых витках сопровождается относительно низким значением тока в остальной части обмотки.

Вернуться к содержанию ↑

Защита трансформатора от замыканий на землю (ВИДЕО)

В этом видео показаны основные элементы защиты трансформатора от замыканий на землю.

Вернуться к содержанию ↑

Источники:

1. Защита энергосистемы; Принципы и состав
2. Самонастраивающиеся методы защиты генератора, разработанные Д. Финни, Б. Кастенни, М. МакКлюр, Г. Брунелло — General Electric и А. ЛаКруа — Hydro Québec

,

5 состояний отказа трансформатора и способы защиты от них

Условия отказа трансформатора

Ряд аварийных состояний трансформатора может возникнуть практически в любое время в некоторых особых ситуациях. К ним относятся следующие 5 наиболее распространенных внутренних неисправностей, и несколько внешних:

5 типичных неисправностей трансформатора и способы защиты от них (на фото: обмотка трансформатора повреждена из-за отсутствия рекуперации масла; кредит: Globecore.ком)

1. Замыкания на землю
2. Неисправности сердечника
3. Межвитковые замыкания
4. Междуфазные замыкания
5. Неисправности резервуаров
6. Внешние факторы

1. Замыкания на землю

Повреждение обмотки трансформатора приведет к появлению токов, которые зависят от источника, полного сопротивления заземления нейтрали, реактивного сопротивления утечки трансформатора и положения повреждения в обмотках. Соединения обмоток также влияют на величину тока повреждения.

В случае Y-соединенной обмотки с нейтралью, соединенной с землей через полное сопротивление Z _g , ток повреждения зависит от Z _g и пропорционален расстоянию от точки замыкания до нейтральной точки ,

Если нейтраль прочно заземлена, ток повреждения регулируется реактивным сопротивлением утечки, которое зависит от места повреждения.

Реактивное сопротивление уменьшается по мере приближения точки короткого замыкания к нейтральной точке.В результате ток короткого замыкания является самым высоким для замыкания вблизи нейтральной точки. В случае повреждения обмотки, соединенной по схеме ∆, диапазон тока короткого замыкания меньше, чем для обмотки, соединенной по схеме Y, при этом фактическое значение контролируется методом заземления, используемым в системе.

Токи замыкания фазы могут быть низкими для обмотки, соединенной по схеме ∆ , из-за высокого сопротивления замыкания обмотки по схеме ∆. Этот фактор следует учитывать при разработке схемы защиты такой обмотки.

Вернуться к условиям неисправности трансформатора ↑

2. Неисправности сердечника

Неисправности сердечника из-за пробоя изоляции может позволить протекать вихревым током, достаточным для того, чтобы вызвать перегрев, который может достигнуть величины, достаточной для повреждения обмотки.

Рисунок 1 — Повреждение внутренней части пакета обмоток масляного трансформатора (фото: forensic.cc)

Вернуться к условиям неисправности трансформатора ↑

3. Межвитковые замыкания

Межвитковые замыкания возникают из-за пробоев обмоток , вызванных скачками напряжения в сети .Короткое замыкание нескольких витков обмотки вызовет высокие токи в короткозамкнутых контурах, но токи на клеммах будут низкими.

Рисунок 2 — Межвитковая неисправность трансформатора (фото: electricindia.in)

Вернуться к условиям неисправности трансформатора ↑

4. Междуфазные замыкания

Междуфазные замыкания встречаются редко, но приводят к значительным токам величиной , аналогичным замыканиям на землю .

Вернуться к условиям неисправности трансформатора ↑

5.Неисправности резервуаров

Неисправности резервуара, приводящие к потере масла, ухудшают изоляцию обмоток, а также вызывают аномальный рост температуры.

Рисунок 3 — Неисправность бака трансформатора (фото: sintef.no)

Вернуться к условиям неисправности трансформатора ↑

Внешние факторы

Помимо условий неисправности в трансформаторе, аномальных условий, вызванных внешними факторами , приводят к нагрузкам на трансформатор.

Эти условия включают:

1. Перегрузка,
2. Системные неисправности,
3. перенапряжения и
4. Работа на пониженной частоте.

Пусковой ток намагничивания

Когда трансформатор включается в любой точке волны напряжения питания, пиковые значения волны магнитного потока сердечника будут зависеть от остаточного магнитного потока, а также от времени переключения. Пиковое значение потока будет выше соответствующего установившегося значения и будет ограничено насыщением сердечника.

Ток намагничивания, необходимый для создания магнитного потока в сердечнике, может иметь пик в восемь-десять раз больше обычного пика при полной нагрузке и не имеет эквивалента на вторичной стороне.Это явление называется пусковым током намагничивания и проявляется как внутренняя неисправность.

Максимальный бросок тока возникает, если трансформатор включается при нулевом напряжении питания. Понимание этого важно при разработке дифференциальных реле для защиты трансформатора, чтобы не происходило отключение из-за пускового тока намагничивания. Для предотвращения отключения из-за больших пусковых токов используется ряд схем, основанных на гармонических свойствах пускового тока.

Защита от перегрева

Для трансформаторов предусмотрена защита от перегрева путем размещения термочувствительного элемента в баке трансформатора .

Реле максимального тока используются в качестве резервной защиты с большей выдержкой времени, чем для основной защиты.

Ограниченная защита от замыканий на землю используется для обмоток, соединенных треугольником. Эта схема показана на рисунке 4. Сумма фазных токов сбалансирована относительно тока нейтрали, и, следовательно, реле не будет реагировать на повреждения вне обмотки.

Рисунок 4 — Ограниченная защита от замыканий на землю для Y-обмотки

Дифференциальная защита — это основная схема трансформаторов. Принцип работы системы дифференциальной защиты прост. Здесь токи на каждой стороне защищаемого устройства для каждой фазы сравниваются в дифференциальной цепи. Любая разница в токе сработает с реле.

На рисунке 5 показана схема реле только для одной фазы . При нормальной работе через реле проходит только разница между токами намагничивания 1 m i и 2 m i трансформатора тока.

Рисунок 5 — Базовое дифференциальное подключение

Это связано с тем, что при отсутствии неисправностей в защищаемом аппарате входящие и уходящие токи равны i . Если между двумя наборами трансформаторов тока возникает короткое замыкание, один или несколько токов (в трехфазной системе) с левой стороны внезапно увеличиваются, а с правой стороны может уменьшаться или увеличиваться с изменение направления. В обоих случаях через реле будет протекать полный ток короткого замыкания, заставляя его срабатывать.

В блоках, где нейтраль недоступна, дифференциальные реле не используются, а вместо них используются реле обратной мощности.

При применении дифференциальной защиты следует учитывать ряд факторов, в том числе:

1. Коэффициент трансформации: Трансформаторы тока должны иметь номинальные характеристики, соответствующие номинальным токам обмотки трансформатора, к которой они подключены.
2. Из-за изменения фазы на 30 ° между обмотками, соединенными по схеме Y и с соединением по ∆, а также из-за того, что величины нулевой последовательности на стороне Y не появляются на выводах стороны ∆, трансформаторы тока должны быть подключены в Y для ∆ обмотки и ∆ для обмотки Y. Рисунок 6 — Дифференциальная защита ∆ / Y трансформатора

   На рисунке 6 показана схема дифференциальной защиты трансформатора ∆ / Y. Когда трансформаторы тока подключены в ∆, их вторичные номиналы должны быть уменьшены до 1 / √3 раз больше вторичных номиналов трансформаторов с Y-соединением .

3. Следует сделать поправку на переключение ответвлений за счет использования ограничительных катушек (смещения). Смещение должно превышать эффект максимального отклонения отношения.

Вернуться к условиям неисправности трансформатора ↑

Ссылка // Электроэнергетические системы Мохамеда Э.Эль-Хавари (покупка бумажной копии на Amazon)

,