Испытание трансформаторов малой и средней мощности - Обмотки

а) Назначение испытания обмоток и выбор испытательных установок

Испытания обмоток целесообразно производить до их технологической обработки (запрессовка, сушка, пропитка) и передачи в сборку. Обнаруженные дефекты
до обработки и сборки, устраняются значительно легче и с меньшими затратами. Кроме того, ремонт дефектных обмоток на этой стадии не снижает их качества. Ремонт же обмотки, связанный со съемом ее с магнитопровода и повторной насадкой или же после запекания, может привести к некоторому снижению ее качества даже после устранения дефекта.
Наиболее частыми дефектами в обмотках являются неправильное число витков и межвитковые или междуслойные замыкания в слоевых обмотках.
Таким образом, основным назначением испытания обмоток является проверка правильности числа витков и отсутствия витковых и междуслойных замыканий.
При проверке числа витков необходимо проверить не только общее число витков, но также и правильность выполнения ответвлений обмотки и правильность направления намотки.
Проверка числа витков обмоток производится на магнитопроводе  с двумя стержнями и с одним съемным ярмом для того, чтобы была обеспечена возможность быстрой насадки на стержень , и съема с него испытуемой обмотки. Для того чтобы уменьшить рассеяние магнитного потока в зазорах между стержнями и съемным ярмом, торцы стержней и поверхность съемного ярма должны быть тщательно отшлифованы. Чем плотнее будет прилегать ярмо, тем меньше будет рассеяние магнитного потока и тем выше будет точность измерения на установке.
Испытательный магнитопровод должен быть универсальным и обеспечить возможность испытания наибольшего количества различных по размерам и напряжениям обмоток. Например, на одном магнитопроводе может быть обеспечена проверка всех обмоток трансформаторов мощностью от 5 до 560 кВА всех классов напряжений, а , на другом — обмоток трансформаторов мощностью от 560 до 5 600 кВА. Также на одном магнитопроводе может быть обеспечена проверка обмоток трансформаторов мощностью до 5 кВА. Для этого нужно, чтобы, во-первых, диаметр стержня испытательного магнитопровода (d1) позволял насадку обмотки наименьшего диаметра, во-вторых, высота стержня h позволяла насадку обмотки с наибольшим осевым размером и, в-третьих, окно (расстояние) между стержнями (1) испытательного магнитопровода допускало насадку на стержни испытуемой обмотки наибольшего диаметра и образцовой обмотки.

Проверка равномерности магнитного потока производится контрольной катушкой небольшого осевого размера, которую перемещают по высоте стержня. Измерение напряжения контрольной катушки на разных высотах стержня производится вольтметром с малым потреблением (ламповым или другой системы).

Рис. 2-4. Размещение возбуждающей обмотки на стержнях испытательного магнитопровода.
1 — стержень; 2 — возбуждающая обмотка.

В зависимости от веса испытуемых обмоток, имеющихся подъемных приспособлений и высоты стержней расположение магнитопровода может быть вертикальное или горизонтальное.
Для испытания небольших обмоток целесообразно испытательные магнитопроводы устанавливать вертикально (рис. 2-5). В тех же случаях, когда вес обмотки превышает 8—10 кг, целесообразнее магнитопровод располагать в горизонтальном положении (рис. 2-6), при этом обмотку 2 завозят на стержень 1 специальной тележкой 3.

Рис. 2-5. Магнитопровод испытательный, установленный в вертикальном положении.
1 — испытательный пульт; 2 — магнитопровод; 3 — отодвигающееся ярмо, закрепленное на поворотном ограждении; 4 — поворотное ограждение.

Рис. 2-6. Испытательный магнитопровод, установленный в горизонтальном положении.
1 — стержень магнитопровода; 2 — испытуемая обмотка; 3 — тележка; 4 — поворотное ярмо.

в) Проверка витковой изоляции

Испытание витковой изоляции обмоток напряжением, близким к их номинальному или более высоким, имеет смысл в том случае, если обмотки испытываются в запрессованном состоянии. Говоря о номинальном напряжении обмотки, мы имеем в виду расчетное напряжение на один виток, умноженное на количество витков данной обмотки. Испытанию же в запрессованном состоянии мешают стальные прессующие плиты или кольца, образующие во время испытания короткозамкнутые витки. Кроме того, испытание обмотки номинальным напряжением и более высоким требует в ряде случаев, в особенности для обмоток трансформаторов с масляным охлаждением, особой осторожности во избежание пробоев между слоями или началом и концом обмотки. Это относится, в частности, к цилиндрическим многослойным обмоткам с фазным напряжением обмотки более 6 000 в, для которых испытательное напряжение не должно превышать 20—50% номинального.
Обмотки, имеющие разрывы по высоте, допустимо испытывать номинальным напряжением данной обмотки и даже более высоким, но все же следует предварительно проверить, не будет ли слишком большое напряжение между близко- находящимися друг от друга отдельными частями обмотки.
Испытание витковой изоляции у обмоток в незапрессованном виде не всегда эффективно и при этом испытании обнаруживают лишь глухое замыкание витков. Такую проверку легко проводить вместе с проверкой количества витков.
Для этого в цепь возбуждающей обмотки испытательного магнитопровода включают ваттметр, измеряющий мощность, потребляемую магнитопроводом. Если в испытуемой обмотке, насаженной на магнитопровод, короткозамкнутые витки отсутствуют, то мощность, потребляемая магнитопроводом остается без изменений, так как потребляемая мощность до насадки испытуемой обмотки и после будет соответствовать режиму холостого хода.
Если же в испытуемой обмотке окажутся короткозамкнутые витки, то измеряемая мощность увеличится за счет тепловых потерь, создаваемых током в короткозамкнутых витках, и показание ваттметра увеличится. Увеличение показания ваттметра и будет указывать на витковое замыкание в обмотке.
При этом следует иметь в виду, что если обмотка выполнена проводом очень малого сечения, т. е. диаметром порядка 0,2—0,5 мм, то этот метод не является достаточно дефективным, так как из-за большого сопротивления короткозамкнутого витка циркулирующий в нем ток мал и лишь незначительно увеличивает показание ваттметра, которое может быть не замечено.
На рис. 2-9 представлена схема установки для проверки числа витков и определения короткозамкнутых витков и обмотках силовых трансформаторов. Возбуждающая обмотка 3 магнитопровод 1 состоит из двух частей, которые могут соединяться параллельно или последовательно. На одном сердечнике насажена испытуемая обмотка 2, а на другом —образцовая 4, соединенная с четырьмя декадными переключателями 5, которыми набирают требуемое количество витков образцовой обмотки. Общее количество витков образцовой обмотки 3· 1 000 -- 9· 100 —— 9-10 —— 9-1 = 3 999 виткам.
И качестве индикатора разности э. д. с. применяется ваттметр 7, у которого параллельная катушка включена на разность э. д. с., а через последовательную пропускается поминальный ток ваттметра от сети через трансформатор 9, при этом ток регулируется реостатом. В качестве индикатора может быть применен любой ваттметр 5 а, но для повышения чувствительности его параллельную катушку следует перемотать на напряжение 5—10 в.
На случай каких-либо ошибок при испытаниях (неверная установка переключателей образцовой обмотки, неправильное соединение образцовой и испытуемой обмоток) при большой ошибки в числе витков испытуемой обмотки, допущенной при ее изготовлении, повреждение ваттметра предупреждается загоранием сигнальной неоновой лампы 12, которая включается через трансформатор 8.
Если при включении установки неоновая лампа не светится, то, нажав кнопку 13, включают параллельную катушку ваттметра. При свечении лампы включение параллельной катушки ваттметра недопустимо.
Ваттметром 6 проверяется отсутствие короткозамкнутых витков в испытуемой обмотке.
Отсутствие короткозамкнутых витков может определяться без насадки обмотки на испытательный магнитопровод индукционным методом *.

*Н. В. Порозов, Определение места «металлических» витковых замыкании в обмотках трансформаторов, «Электрические станции»,

Рис. 2-9. Схема установки для испытания обмоток.
1 — испытательный магнитопровод; 2— испытуемая обмотка; 3 — возбуждающая обмотка; 4 — образцовая обмотка; 5 — переключатель выбора количества витков образцовой обмотки; 6 — ваттметр, указывающий наличие короткозамкнутых витков; 7 — ваттметр для измерения разности э. д. с. образцовой и испытуемой обмоток; 8 — трансформатор 120/12 в; 9 — трансформатор 110 — 220/12 в; 10 — реостат; 11— магнитный пускатель, включающий установку;

Этот метод основан на определении наличия электромагнитного поля вокруг короткозамкнутого витка, которое создается в нем индуктированным током короткого замыкания. Наличие и место  короткозамкнутого витка обнаруживают сначала по высоте обмотки, а затем по окружности витка особой катушкой, называемой «искателем», к которой подключается чувствительный прибор.

Рис. 2-10. Искатель.
1 — сердечник; 2 — катушка; 3 — защитный кожух из электротехнического картона; 4 — указательный прибор.

Для определения места витковых замыканий индукционным методом применяется весьма простой измерительный и питающий аппарат, состоящий из искателя и указателя. Искатель представляет небольшую многовитковую катушку на сердечнике, состоящем из нескольких небольших листов электротехнической стали (рис. 2-10) и присоединенного к ней указывающего прибора. Основные размеры искателей и катушки приведены в табл. 2-2.

Таблица 2-2

В качестве катушки искателя можно применять сетевую катушку на 220 в от электрического звонка ЗД-З, изготовляемого МТЗ.
Указательный прибор (рис. 2-11) состоит из микроамперметра типа М-592 на 50 мка, селенового двухполупериодного выпрямителя (по одной шайбе диаметром 18 мм в каждом плече) и регулятора чувствительности с общим сопротивлением 50 000 — 75 000 Ом.
Напряжение в проверяемой обмотке индуктируется так называемым «питателем». Для возбуждения одной секции проверяемой обмотки применяется секционный питатель—прибор, подобный по своему устройству искателю с той лишь разницей, что его катушка подключается не к указательному прибору, а к сети.
Для возбуждения всей обмотки применяется общий питатель,  выполненный в виде длинного (1 000—1500 мм) разомкнутого сердечника из электротехнической стали, по всей длине которого намотана возбуждающая обмотка.

Рис. 2-11. Схема указательного прибора.
1 — микроамперметр; 2 — селеновый выпрямитель; 3 — регулятор чувствительности.

Толщина сердечника 3—3,5 мм.
Если обмотка насажена на магнитопровод  трансформатора, то для определения места замыкания искателем  питатель не требуется. Проверяемая обмотка может быть возбуждена обычным путем из расчета десятых или сотых долей вольта на виток. При этом необходимо следить за тем, чтобы напряжение на проверяемой обмотке не превышало безопасного значения (см. гл. 11). Рекомендуется подводить напряжение к обмотке ВН, расположенной на другом сердечнике.
Место замыкания определяют следующим образом. Дефектную обмотку возбуждают общим питателем или на магнитопроводе, или каждую секцию обмотки в отдельности секционным питателем. Затем каждую секцию возбужденной обмотки проверяют искателем. При этом, если обмотка возбуждается секционным питателем, то искатель охватывает ту же секцию, что и питатель на некотором расстояний от него (200—300 мм). Перемещая искатель в осевом направлении, определяют секцию, в которой отклонение указательного прибора наибольшее, а затем, перемещая искатель по окружности этой секции на различную глубину (в радиальном направлении), можно приблизительно установить место замыкания.
При определении места дефекта в цилиндрической обмотке искатель перемещают ,по образующей поверхности обмотки так, чтобы щель его была параллельна направлению витков. Место  виткового замыкания по высоте обмотки обнаружится по наибольшему показанию  прибора.

Для определения замыкания в обмотках с параллельными проводами через два замкнутых провода (которые  определяют предварительно мегомметром или лампочкой) пропускают со стороны одного из отводов переменный ток порядка 10—30 а и место замыкания определяют по прекращению показаний указательного прибора.
Испытания обмоток изложены здесь весьма кратко. Более подробно этот вопрос предполагается осветить в книге 11. В. Порозова «Испытание обмоток».