Основные методы проверки трансформаторов тока

Основные методы проверки трансформаторов тока

Проверка вольт-амперных характеристик. Вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость напряжения U₂ подаваемого на вторичную обмотку, от тока намагничивания_. Она отличается от характеристики намагничивания за счет падения напряжения в сопротивлении z₂ от тока и идет выше, так как U₂ подается на зажимы вторичной обмотки и при снятии характеристики больше, чем Е₂.

Вольт-амперные характеристики являются основными для оценки исправности обмоток трансформатора тока. Наиболее вероятные витковые замыкания не выявляются другими простыми способами и сравнительно легко обнаруживаются по изменению вольт-амперной характеристики (рис. 29).

Рис. 29. Изменения вольт-амперных характеристик при витковых замыканиях:

а – встроенный трансформатор тока ТНМ110 600/5; 1 – исправный трансформатор; 2 – замкнуты два витка; б – шинный трансформатор тока ТШВ20 10000/5; 1 – исправный трансформатор тока; 2 – замкнут один виток;

3 – замкнуты пять витков

Рис. 30. Вольт-амперные характеристики одного и того же трансформатора тока, снятые разными способами, и соответствующие им формы кривых тока намагничивания и напряжения U_2.

а – характеристики: 1 – снятая при синусоедальном токе намагничивания _; 2 – снятая при синусоедальном напряжении U₂; б – кривые тока и напряжения при применении реостатной схемы; в – кривые тока намагничивания и напряжения при регулировании напряжения автотрансформатором

Следует иметь в виду, что витковые замыкания представляют большую опасность для трансформаторов тока, поскольку через короткозамкнутые витки (или виток) протекает большой ток, вызывающий значительный местный нагрев обмотки, который может привести к перегоранию провода и обрыву вторичной цепи.

Вольт-амперные характеристики получаются различными в зависимости от применяемых схем регулирования тока и типов измерительных приборов. На рис. 30, а показаны две вольт-амперные характеристики, полученные для одного и того же трансформатора тока разными способами: нижняя снята при регулировании напряжения автотрансформатором типа ЛАТР (рис. 31, б), а верхняя – при регулировании тока реостатом (рис. 31, а): приборы в обоих случаях были электродинамические, измеряющие действующие (эффективные) значения тока и напряжения. Значительное расхождение характеристик объясняется разной формой кривой тока и напряжения при их снятии. При регулировании напряжения автотрансформатором оно сохраняло синусоидальную форму (как в питающей сети), и при насыщении сердечника искажалась форма кривой тока намагничивания (рис. 30, в). Возникновение такой кривой тока было ранее объяснено ее построением на рис. 6. При регулировании тока реостатом, сопротивление которого значительно больше, сохранялась синусои­дальная форма кривой тока намагничивания, поскольку напряжение питающей сети синусоидально. При этом, когда наступало насыще­ние сердечника из-за не­линейности вольт-амперной характеристики иска­жалась форма кривой на­пряжения (рис. 30,б).

Рис. 31. Схемы проверки вольт-амперных характеристик:

а – с реостатом; б – с автотрансформатором; в – с двумя автотрансформаторами

Рабочей характери­стикой трансформатора тока при погрешности ни­же 10%-ной является нижняя, полученная при синусоидальном напряжении. Поэтому следует отдавать предпочтение схеме с ЛАТР (рис. 31, б).

Однако при этом далеко не всегда удается обеспе­чить синусоидальное на­пряжение вследствие искажения его формы из- за падения напряжения в подводящих питание проводах от несинусоидального тока намагничивания. Чтобы это падение напряжения не сказывалось, нужно подавать питание проводами очень большого сечения. Из-за искажений формы кривой напряжения снятые в разное время характеристики значительно отличаются одна от другой и их изменение не характеризует состоя­ния трансформатора тока.

Стабильность снимаемых вольт-амперных характери­стик достигается при применении способа их проверки, предложенного инж. [3]. Этот способ за­ключается в применении выпрямительного вольтметра для измерения напряжения и амплитудного амперметра для измерения тока намагничивания. Выпрямительный вольтметр представляет собой магнитоэлектрический прибор, включенный через выпрямитель. Он измеряет среднее значение напряжения U_2cр, которое можно пред­ставить как высоту прямоугольника с основанием, рав­ным времени за полупериод, и имеющего площадь, рав­ную площади ограниченной кривой напряжения за тот же полупериод (рис. 32).

Рис. 32. Среднее значение напряжения

Из теории электротехники изве­стно, что среднее значение э. д. с., наведенной магнитным потоком, не­зависимо от формы кривой всегда пропорционально максимальному значению (амплитуде) этого маг­нитного потока. Этому же макси­мальному значению потока соответ­ствует и амплитуда создающего его тока намагничивания. Поэтому измеряемые по рассмат­риваемому способу среднее значение напряжения U₂ и амплитудное значение I характеризуют магнитное со­стояние сердечника в момент максимального значения магнитного потока. Снятые этим способом вольт-амперные характеристики при любой схеме регулирования то­ка всегда точно совпадают.

Выпрямительный вольтметр и амплитудный ампер­метр градуируются при синусоидальной форме кривой напряжения и тока и на их шкалах наносятся действую­щие значения измеряемых величин. Поэтому при неси­нусоидальных напряжении и токе каждый из них пока­зывает величину, соответствующую как бы эквивалент­ной синусоиде с такими же средним значением напряже­ния и максимальным значением тока.

Вольт-амперная характеристика, снятая такими при­борами, идет несколько ниже рабочей характеристики (кривая 2 на рис. 30, а), так как действующее значение тока эквивалентной синусоиды, отсчитанное по ампли­тудному амперметру, несколько больше действующего значения несинусоидального тока (рис. 30, в), соот­ветствующего рабочей вольт-амперной характеристике. Однако для оценки исправности трансформатора тока это не имеет значения.

Рекомендуемый метод дает существенные преиму­щества, когда отличие характеристики поврежденного трансформатора от исправного не очень значительно, что возможно при замыкании одного витка многовиткового трансформатора тока (рис. 29, б).

Применение этого метода может оказаться затруд­нительным из-за отсутствия нужных приборов. Дело в том, что большин­ство выпрямительных вольтметров не пригод­но для измерения сред­него значения напря­жения из-за использо­вания в них нелиней­ной части характери­стики выпрямителей, а амплитудные ампер­метры промышленно­стью не выпускаются.

У каскадных трансформаторов тока (ТФНК-400, ТФНК-500) при новом включении снимаются вольт-амперные характеристики отдельно для верхней ступени и каждого сердечника нижней ступени. При полных про­верках достаточно снимать вольт-амперные характери­стики только, для сердечников нижней ступени, при этом неисправность верхней ступени обнаруживается.

По вольт-амперным характеристикам, кроме исправ­ности трансформаторов тока, можно также оценивать их соответствие 10%-ной кратности, указанной на щитке с техническими данными. Такую оценку можно сделать на основании сопоставления характеристики намагни­чивания, построенной по снятой вольт-амперной характе­ристике, с типовой. Типовые характеристики намагничи­вания для некоторых распространенных типов транс­форматоров тока приведены в [Л. 4]. Построение характеристики намагничивания можно выполнить, вы­читая в нескольких точках из U₂ на вольт-амперной ха­рактеристике падение напряжения z_2.

Если типовая характеристика намагничивания пойдет выше полученной из вольт-амперной, то, учитывая, что ГОСТ на трансформаторы тока допускает снижение дей­ствительной 10%-ной кратности против установленной на 20%, типовую характеристику нужно понизить на 20%.

Это понижение следует выполнить, как указано на рис. 34, уменьшая в нескольких точках на 20% Е₂ и I₀. Если эта пониженная характеристика тоже окажется выше построенной по вольт-амперной характеристике, то действительная 10%-ная кратность трансформатора тока ниже паспортной.

Если действительная характеристика намагничивания совпадает с типовой (или с пониженной на 20%) или идет выше, то фактическая 10%-ная кратность со­ответствует паспорт­ной.

Сравнение с типо­вой характеристикой производят для транс­форматора тока, имею­щего самую низкую действительную харак­теристику из всех вхо­дящих в комплект, пи­тающий устройство за­щиты. В большинстве случаев действитель­ная характеристика

Рис. 34. Понижение на 20% типовой характеристики намагничивания

оказывается не ниже типовой непониженной характеристики.

При этом расчетную проверку трансформаторов тока на 10%- ную погрешность следует выполнять без применения по­нижающего на 20% коэффициента, т. е. считать d = 1.