Испытания трансформатора на нагрев

Для испытаний на нагрев нормируются допустимые значения превышений температуры отдельных элементов трансформатора над температурой охлаждающей среды (воздуха или воды) при нормальных напряжениях и токах. Эти значения зависят от конструкции трансформатора, нагревостойкости изоляции, температуры охлаждающей среды. Как правило, испытания на нагрев проводятся при положении переключающего устройства, соответствующем основному ответвлению. Длительность испытания должна быть такой, чтобы установился тепловой режим трансформатора. Однако, в отдельных случаях могут также нормироваться превышения температур для режимов работы на других ответвлениях, и для кратковременных режимов. Такие требования указываются в НТД на отдельные типы трансформаторов. В табл. 1 приведены допустимые превышения температур по ГОСТ 11677—75, соответствующие условиям работы, предусмотренным ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70 для исполнения У, а также среднесуточной температуре воздуха не более 30 °С, среднегодовой не более 20 °С и температуре охлаждающей воды у входа в охладитель не более 25 °С.
Если же температура окружающего воздуха иная, то ее следует учитывать при выборе нормальной мощности трансформатора в соответствии с ГОСТ 14209—69. По требованию заказчика могут выпускаться трансформаторы, рассчитанные на температуру охлаждающей воды выше 25 °С, но не выше 33 °С. В этом случае допустимое превышение температуры обмоток, указанное в табл.1, снижается на разность между нормированной температурой и 25 °С.
Для трансформаторов мощностью более 63 MB-А в отдельных точках поверхности магнитной системы и металлоконструкций допускается превышение температуры поверхности до 85 °С.
Превышение температуры переключающих устройств проверяется при испытании последних отдельно от трансформатора и должно соответствовать НТД на эти устройства.

Таблица 1. Допустимые превышения температуры, К

*Числитель — при принудительной циркуляции с направленным потоком масла, знаменатель — в остальных случаях.
**Числитель — при негерметичном баке без расширителя, знаменатель — в остальных случаях.

Испытания проводятся при номинальных условиях по нагреву и охлаждению. За номинальные условия охлаждения принимают условия, соответствующие нормальной работе трансформатора при следующих характеристиках окружающей среды:
• температура охлаждающего воздуха от 10 до 40 °С, охлаждающей воды у входа в охладитель — от 5 до 33 °С; погрешность измерения этих температур ±1 °С;
• относительная влажность воздуха от 45 до 80 % (при температуре воздуха выше 30 °С — не выше 70 %), погрешность измерения ±5 %;
• атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа, погрешность измерения ±0,666 кПа;
• высота установки над уровнем моря не выше 1000 м (для трансформаторов на напряжения 750 кВ и выше до 500 м), погрешность определения ±50 м;
• ветер, дождь, солнечная или другая тепловая радиация отсутствуют. Номинальные условия по нагреву — такие, когда потери в трансформаторе равны сумме потерь, измеренных в опытах КЗ и XX и приведенных к номинальным напряжению и току и расчетной температуре — Рк&р + + Р0. Если испытания проводятся методом КЗ и XX, то разрешается за номинальные условия принимать такие, когда потери равны нормированным (без допуска) — Ркн + Polv
Для масляных трансформаторов превышение температуры верхних слоев масла допускается определять при потерях, сниженных на 20 %, а для трансформаторов мощностью выше 250 МВ-А — на 40 %, с последующим приведением к номинальным условиям.
Превышение температуры каждой из обмоток и металлоконструкций определяется при номинальных токах и номинальной частоте (допустимое отклонение для частоты ±2 %). Допускается проводить эти измерения при токах от 90 до 110 % номинальных, для масляных трансформаторов — при токах, соответствующих номинальным условиям по нагреву, и для трансформаторов мощностью выше 250 MB • А — при токах не ниже 75 % номинального. В этих случаях результаты измерений должны быть приведены к номинальным токам.
Превышение температуры поверхности магнитной системы определяется при возбуждении номинальным напряжением при номинальной частоте с допуском ±1 %.
Для создания в трансформаторе номинальных условий по нагреву могут применяться метод непосредственной нагрузки, когда к одной из обмоток подводят номинальное напряжение, а к другой подключают нагрузку, потребляющую номинальный ток, и метод взаимной нагрузки. В последнем случае параллельно испытываемому трансформатору включают второй такой же трансформатор или трансформатор большей мощности, желательно с такими же номинальными напряжениями и группой соединений. Вторичные обмотки соединяют в общую цепь, в которую включают последовательно обмотку третьего трансформатора, напряжение на котором регулируют так, чтобы во вторичной цепи протекал номинальный ток испытываемого трансформатора. Допускается с этой целью вместо использования третьего трансформатора включать вторичные обмотки на разные регулировочные ответвления, или использовать второй трансформатор с другим коэффициентом трансформации, чем у испытываемого.
Эти методы могут использоваться при испытаниях всех трансформаторов. Для испытаний мощных масляных трансформаторов более удобен другой метод — метод КЗ и XX. По этому методу сначала проводят нагрев в режиме КЗ одной из обмоток при токе, обеспечивающем потери КЗ, равные сумме потерь КЗ и XX (номинальные условия нагрева), и при номинальных условиях охлаждения. В этом режиме определяют превышение температур масла над температурой охлаждающей среды. Затем снижают ток до номинального и определяют превышение температур обмоток и металлоконструкций над температурой масла. Наконец, проводят нагрев в режиме XX при номинальном напряжении (система охлаждения при этом может быть полностью или частично отключена). При этом определяют превышение температур поверхностей магнитной системы над маслом.

При всех методах нагрева режим продолжают, как правило, до установившегося состояния. Для масляных трансформаторов этому состоянию соответствует неизменность превышения температуры верхних слоев масла над температурой охлаждающей среды (допускается изменение не более чем на 1 °С в час в течение четырех часов). При определении нагрева обмоток в случае испытания по методу КЗ и XX для достижения установившегося состояния обмотки (неизменности превышения ее температуры над температурой масла) режим следует выдерживать не менее 1 ч. При этом предыдущий режим нагрева суммарными потерями должен продолжаться т,е менее 2 ч. В опыте XX режим ведут до установившегося превышения температуры поверхности магнитной системы над температурой верхних слоев масла (критерий аналогичен критерию в опыте КЗ).
Нагрев масла в опыте КЗ допускается проводить до состояния, когда превышение температуры верхних слоев масла меняется не более чем на 3 °С в час. В этом случае весь режим следует вести при одинаковых условиях нагрева и охлаждения — форсировка в начале режима с целью ускорения нагрева (например, за счет частичного отключения системы охлаждения) не допускается. По результатам измерений строят зависимость изменений (приращений) температуры за равные промежутки времени от соответствующих превышений температуры верхних слоев масла, которая представляет собой прямую линию. Экстраполируя эту зависимость до точки, соответствующей приращению, равному нулю, определяют установившееся превышение температуры.
Для сухих трансформаторов режим ведут до установившегося превышения температур магнитной системы или кожуха (для системы охлаждения СГ) и обмоток.
Для измерений температур используются термоэлектрические термометры (термопары), ЭДС которых измеряется милливольтметром класса точности не ниже 0,5, ртутные и спиртовые термометры (для измерений температур масла и охлаждающей среды) с ценой деления 0,1 °С. Допускается применять термометры с ценой деления не более 1 °С, погрешностью измерений ±1 °С. Можно также применять другие термопреобразователи той же точности.
Среднюю температуру обмоток определяют по изменению их сопротивления постоянному току. Перед испытанием измеряют сопротивление обмотки в «холодном состоянии» Rx при известной температуре 0Х, за которую принимают для сухих трансформаторов температуру воздуха в помещении, где трансформатор находится не менее 16 ч (за это время он не должен подвергаться какому-либо нагреву). Температура воздуха не должна меняться более чем на 1 °С в час; ее определяют как среднюю показаний двух термометров — у верхнего и нижнего краев поверхности одной из наружных обмоток. Для масляных трансформаторов за температуру в «холодном состоянии» принимают среднюю температуру масла.
Температура измеряется не ранее, чем через 6 ч после заливки трансформатора маслом. Она должна быть не выше 40 °С.
После нагрева определяют сопротивления обмоток в «нагретом состоянии» — Rq
Измерение сопротивлений производится при помощи моста класса точности не ниже 0,1, или по одновременному измерению тока и падения напряжения на обмотке приборами класса точности не ниже 0,2, или по одновременному измерению падений напряжения на обмотке и эталонном сопротивлении (образцовый резистор и вольтметры должны быть класса точности не ниже 0,2).
Для измерения сопротивления после нагрева трансформатор отключают от источника питания, и если обмотка была замкнута накоротко, то снимают закоротку. После этого производят измерение. При этом делают несколько измерений через равные промежутки времени. Сопротивление в момент отключения режима определяют путем экстраполяции полученной зависимости сопротивления от времени, прошедшего после отключения.
Обычно используют метод экстраполяции, графически изображенный на рис. По результатам измерений строят зависимость сопротивлений от времени, отсчитываемого с момента отключения. Для получения более точных результатов рекомендуется делать измерения в течение 30 мин. Влево от оси ординат откладывают уменьшения сопротивления через равные промежутки времени и проводят прямую Л. Конец отрезка AR\ соединяют прямой линией с точкой

*0       Ч        *2       Ь       U       *5 At0 At2
At0 = At-, = At2 = ...
Определение температуры обмотки в момент отключения после нагрева.

Ri на оси ординат и из точки Л0 проводят параллельную линию до пересечения с осью ординат. Точка Rq определяет значение сопротивления в момент отключения.
При измерении сопротивлений следует учитывать, что установлению постоянного тока в обмотке предшествует переходный процесс. Если постоянная времени этого процесса велика, то необходимо учитывать поправку на сопротивление, измеренное в «горячем состоянии». Поправку можно определить, сняв зависимость измеренного сопротивления от времени после включения тока в «холодном состоянии».
Если постоянная времени переходного процесса при измерении сопротивления слишком велика, или велико время, требуемое для снятия закоротки, для измерения сопротивления применяют метод наложения. Метод заключается в пропускании через обмотку во время нагрева одновременно с переменным рабочим током постоянного тока (не более 2 % номинального тока обмотки), используемого для измерений. Источником постоянного тока служит аккумуляторная батарея, в цепь которой включается индуктивность, препятствующая протеканию через нее переменного тока. Измерения при использовании этого метода можно проводить в течение всего времени нагрева.
Места установки термопар для измерений температур магнитной системы, металлоконструкций и масла определяются разработчиком трансформатора.