Измерение потерь хх при малом напряжении для проверки отсутствия витковых замыканий

Перед включением трансформаторов на параллельную работу целесообразно проверить их исправность весьма несложными измерениями. ГОСТ 3484-55 дает два метода проверки измерением потерь холостого хода при малом напряжении:
Измерение потерь с приведением их к номинальному напряжению и сравнение распределения потерь с данными заводских испытаний.
Измерение потерь без приведения их к номинальному напряжению и сравнение распределения потерь по отдельным фазам трансформатора.
Измерение потерь холостого хода при малом напряжении производится на заводе для определения следующих дефектов в обмотках:
а)       металлических замыканий между соседними витками («витковое»);
б)      замыканий между параллельными проводами в непрерывных обмотках (например, в местах транспозиции) ;
в) неодинаковое число витков в параллельно включенных цепях.
В условиях же монтажа и эксплуатации это испытание, как было сказано ранее, служит также для определения потерь холостого хода при номинальном напряжении.
Начнем со второго метода. К одной из обмоток трансформатора подводят от сети переменного тока произвольное напряжение 127, 220, 380 или 500 В в пределах от 1 до 50% номинального напряжения возбуждаемой обмотки. Другая обмотка трансформатора должна быть при этом разомкнутой, т. е. не нагруженной. В этих условиях производят измерение потерь холостого хода по одной из схем рис. 1 для однофазных трансформаторов и рис. 3 для трехфазных. По схеме рис. 1  и 3 измеряют потери и ток холостого хода как с         непосредственным включением ваттметров, амперметров, вольтметров и частотомера, так и по мере необходимости включением приборов через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис 1. Измерение потерь холостого хода однофазных трансформаторов при малом напряжении.
а — непосредственное включение приборов; б — включение приборов через измерительные трансформаторы тока и напряжения; в — измерение потерь в приборах.
Трехфазную мощность измеряют по схеме двух ваттметров, а также и методом трех ваттметров. При измерениях через трансформаторы тока и напряжения схемой (рис. 2, в) предусмотрено измерение трех величин тока и напряжения двумя трансформаторами тока и двумя трансформаторами напряжения. Трансформаторы напряжения включены по  схеме открытого треугольника.
Следует иметь в виду, что при измерении трехфазной мощности по методу двух ваттметров необходимо брать алгебраическую сумму показаний приборов. В этом случае поступают гак: если применяемые ваттметры снабжены переключателями полярности катушек напряжения, то у обоих ваттметров переключатели устанавливают в нормальное ( + ) положение.

Рис. 2. Измерение потерь холостого хода трехфазных трансформаторов при малом напряжении.
а — непосредственное измерение методом двух ваттметров, б — непосредственное измерение методом трех ваттметров, в— измерение через измерительные трансформаторы тока и напряжения методом двух ваттметров; г— измерение через трансформаторы тока и напряжения методом трех ваттметров, д — измерение потерь в приборах при методе двух ваттметров.

Если при таком положении стрелка одного из ваттметров будет давать при измерениях отклонение в левую сторону, то следует изменить полярность катушки напряжения установкой переключателя на положение минус (—), и тогда показания ваттметров следует не складывать, а вычитать. Изменение полярности в тех случаях, когда катушка напряжения ваттметра не снабжена переключателем, можно производить переключением концов этой катушки или токовой катушки ваттметра. Если заранее известно, какой из ваттметров схемы должен давать отрицательные показания, то нужную полярность ваттметра следует обеспечить заблаговременно.
При трехфазных измерениях подводимое напряжение определяют как среднее арифметическое трех измеренных линейных напряжений. ГОСТ допускает принимать за подводимое линейное напряжение на вводах а—с или А—С. При измерениях, когда производится сравнение потерь между отдельными фазами трансформатора, могут применяться приборы и невысоких классов точности (1,0 или 1,5).
В тех случаях, когда измеренные при малом напряжении потери приводятся к номинальному напряжению и сравниваются с данными заводских испытаний, приборы следует брать класса 0,5. В измерениях приборами более высоких классов точности (0,2 или 0,1) нет надобности.

Рис. 3. Упрощенные схемы измерения потерь холостого хода трансформаторов
а — измерение потерь однофазных трансформаторов; б— измерение потерь трехфазных трансформаторов.
Если номинальное напряжение обмотки НН составляет несколько киловольт, то к этой обмотке подводят напряжение см сети 127, 220 пли 380 в непосредственно, т. е. без трансформаторов тока и напряжения. При напряжении же обмотки НН 220—525 в измерение потерь производится со стороны ВН. В этих случаях схемы измерений значительно упрощаются, а измерять все напряжения и токи всех фаз не всегда нужно. На рис. 3  даны упрощенные схемы измерения потерь холостого хода однофазных и трехфазных трансформаторов с непосредственным включением приборов.

Рис. 4. Однофазное измерение потерь холостого хода трехфазного трансформатора с соединением возбуждаемой обмотки в звезду  с доступной нейтралью или в треугольник
а и г — измерение потерь фазы А; б и д — измерение потерь фазы В\ в и е — измерение потерь фазы С.
Измерение методом сравнения потерь холостого хода для трехфазных трансформаторов состоит в следующем: производят три однофазных измерения с приведением трехфазного трансформатора к условному однофазному путем поочередного подведения однофазного напряжения к обмоткам одной или двух его фаз при разомкнутых остальных обмотках. При проведении измерений потерь ГОСТ 3484-55 рекомендует руководствоваться табл. 1 и действительной схемой соединения обмоток.
На рис. 4  даны схемы однофазных измерений потерь холостого хода трехфазных трансформаторов с соединением возбуждаемой обмотки в звезду с доступной нейтралью и в треугольник. На рис. 5  приводятся схемы для трансформатора с соединением возбуждаемой обмотки в звезду без доступной нейтрали. 

Измерять потери при всех трех опытах следует при одинаковом подводимом напряжении. Если трансформатор не имеет дефектов, то приближенное соотношение фазных потерь при обычной конструкции трехстержневого магнитопровода будет следующее: при схеме соединения возбуждаемой обмотки в звезду с выведенной нейтралью или в треугольник потери, измеренные при подведении питания к вводам каждой из крайних фаз (А или С), практически одинаковы, и как правило, не менее чем на 25% больше потерь, измеренных при подведении питания к вводам средней фазы (В).

Рис. 5. Однофазное измерение потерь холостого хода у трехфазного трансформатора с соединением возбуждаемой обмотки в звезду
без доступной нейтрали. а — измерение фаз А—В; б — измерение фаз В—С; в — измерение фаз Л—С.

При схеме соединения возбуждаемой обмотки в звезду без доступной нейтрали потери, измеренные при подведении питания к вводам средней и каждой из крайних фаз, практически одинаковы, а потери, измеренные при подведении питания к вводам двух крайних фаз, как правило, не менее чем на 25% больше потерь, измеренных при подведении питания к вводам любой крайней и средней фазы.

Теперь рассмотрим метод измерения потерь с приведением их к поминальному напряжению и сравнение этих потерь с данными заводских испытаний. К одной из обмоток трансформатора при разомкнутых других обмотках подводят трехфазное напряжение в пределах 5—10% номинального напряжения возбуждаемой обмотки.

Рис. 6. Однофазное измерение потерь холостого хода трехфазного трансформатора с соединениями возбуждающей обмотки в А или Y и с -поочередным закорачиванием фаз трансформатора.

По схемам рис. 1 и 2 измеряют подводимое напряжение U' и мощность Ризм. Далее измеряют по схемам рис. 1,в или 2  и определяют мощность, потребляемую измерительными приборами Рир. Потери в трансформаторе Р'о при малом напряжении U' определяют по формуле
 
Если измерение потерь трехфазного трансформатора необходимо произвести от однофазной сети, то проводят три измерения потерь с приведением трехфазного трансформатора к однофазному путем поочередного замыкания накоротко одной из его фаз и возбуждения двух других,
Первое измерение. Фаза А одной из обмоток трансформатора замкнута накоротко, возбуждаются фазы В и С — производят измерение потерь Р'0 в_с.
Второе измерение. Фаза В одной из обмоток трансформатора замкнута накоротко, возбуждаются фазы А и С — производят измерение потерь
Третье измерение. Фаза С одной из обмоток трансформатора замкнута накоротко, возбуждаются фазы А и В — производят измерение потерь Р'ол_в-
Потери трансформатора (Р'о) ПРИ напряжении U' определяются:
 
где Р'0А_В, Рг0в-с и Р'оа-с — измеренные потери за вычетом потерь в приборах, измеренных при одинаковых значениях подводимого напряжения.
Если трансформатор не имеет дефектов, то приближенные соотношения в нем фазных потерь следующие: потери, измеренные при закорачивании обмотки каждой из крайних фаз (А или С), практически одинаковы, т. е.
 
Потери, измеренные при закорачивании обмотки средней фазы (В), как правило, не менее чем на 35% больше потерь, измеренных при закорачивании обмоток одной из крайних фаз (А или С), т. е.
 
При однофазных измерениях потерь у трехфазных трансформаторов замыкать накоротко обмотки той или иной фазы можно на соответствующих вводах любой из обмоток трансформатора ВН или НН. Например, измерения могут производиться со стороны обмотки ВН, а закорочена может быть фаза обмотки НН или наоборот. Можно производить измерения также со стороны той обмотки, фаза которой закорочена. На рис. 6 показаны девять схем измерения потерь холостого хода для трех наиболее часто встречающихся соединений обмоток трансформаторов.
Приведение измеренных потерь Р'о к поминальному напряжению U для случая соединения возбуждаемой обмотки в треугольник или в звезду с доступной нейтралью производят по формуле
 
где Р0 прив — потери холостого хода, соответствующие номинальному напряжению U\ Р'о — потери холостого хода, измеренные при малом напряжении Uf\ п — показатель степени, зависящий от сорта электротехнической стали. ГОСТ 3484-55 указывает следующие приближенные значения для п при возбуждении трансформатора напряжением 5—10% от номинального:
для горячекатаной электротехнической стали       1,8
для холоднокатаной высокопроницаемой электротехнической
стали 1,9
Если измеренные потери Р'оав, Р'овс и P'qac получены не при одинаковых значениях подводимого напряжения U\ а при разных, то поступают следующим образом: каждую величину этих потерь по отдельности по формуле (2-18) приводят к номинальному напряжению, а затем полные потери Роприв определяют как их полусумму по формуле.
При соединении возбуждаемой обмотки в звезду без выведенной нейтрали потери, измеренные при однофазном возбуждении трехфазного трансформатора, приводятся к номинальному напряжению (U) по формуле

В табл. 2 приведены токи и потери холостого хода трехфазных масляных трансформаторов, изготовляемых по ГОСТ 401-41.

ГОСТ «ряды номинальных мощностей силовых трансформаторов и автотрансформаторов мощностью от 10 кВА и выше»., определяет номинальные мощности трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов, которые должны соответствовать данным табл. 3.

Таблица 3
Ряды номинальных мощностей силовых трансформаторов и автотрансформаторов, кВА

* Трансформаторы и автотрансформаторы мощностью 32 000 кВА допускался изготовлять только при наличии технико-экономических обосновании.
В табл. 3  указана мощность для трехобмоточных трансформаторов наиболее мощной его обмотки. Для автотрансформаторов указана проходная мощность для электрически связанных между собой обмоток.
Исключение по мощностям (по данным табл. 3) составляют трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы, предназначающиеся для питания индивидуальных машин и установок (например, трансформаторы и автотрансформаторы для электропечей, преобразовательных установок, электровозов). Номинальные мощности таких трансформаторов и автотрансформаторов выбираются согласно другой таблице, которую дает ГОСТ 9680-61.
Номинальные мощности однофазных трансформаторов и автотрансформаторов как предназначенных, так и не предназначенных для работы в трехфазной группе, должны составлять одну треть номинальных мощностей, указанных в табл. 2-5.
Изготовление силовых масляных трехфазных трансформаторов общего назначения мощностью от 25 до 630 кВА на напряжения до 35 кВ включительно предусматривается по новому ГОСТ 12022-66; потери и ток холостого хода согласно табл. 2-6, а для силовых трехфазных трансформаторов мощностью от 1 000 до 63 000 кВА согласно ГОСТ 11920-66 на те же напряжения, потери и ток холостого хода — табл. 2-7.

Выпуск трансформаторов с потерями холостого хода нормального уровня согласно табл. 2-6 возможен при использовании электротехнической стали Э-330.
Ранее допускался выпуск трансформаторов с нормированными значениями потерь холостого хода на 25% больше нормального уровня и тока холостого хода на 40% больше, чем указано в табл. 3.
В табл. 4  даны потери и ток холостого хода для следующих типов трансформаторов:
ТМ1000 — 6 300 кВА трехфазных масляных, двухобмоточных мощностью от 1 000 до 6 300 кВА.
ТМН1000—6 300 кВА трехфазных масляных двухобмоточных с РПН мощностью от 1 000 до 6 300 кВА.
ТД10000 — 40 000 кВА трехфазных масляных, двухобмоточных с дутьем мощностью от 10 000 до 40 000 кВА\ ТДН10 000 — 16 000 кВА трехфазных масляных, двух- обмоточных с дутьем, с РПН мощностью от 10 000 до 16 000 кВА.
Для трансформаторов с повышенным значением напряжения короткого замыкания мощностью от 1 000 до 63 000 кВА ГОСТ разрешает ранее выпуск трансформаторов с нормированным значением потерь и тока холостого хода, превышающими на 15% нормальный уровень. Выпуск трансформаторов с потерями холостого хода нормального уровня возможен только при использовании электротехнической стали Э-330.

Согласно ГОСТ измеренные (действительные) потери и ток холостого хода трансформаторов могут отличаться от значений, данных в табл. 2-6 и 2-7, не более чем на +15%  для потерь холостого хода и на +30% для тока холостого хода.
Все изготовляемые в настоящее время силовые трансформаторы и автотрансформаторы имеют номинальные мощности в соответствии с ГОСТ 9680-61.
Для облегчения вычислений значений (2-18) в приложении 1 и 2 даны таблицы значения (U/Uf)n для горячекатаной (д=1,8) и холоднокатаной высокопроницаемой (я=1,9) электротехнической стали. (U[U')n вычислено при возбуждении трансформатора напряжением от 4,016 до 10%  его номинального значения.
Включению трансформаторов на параллельную работу, как было сказано ранее, должна предшествовать проверка напряжений каждого трансформатора. Дополнительной проверкой равенства напряжений служит проверка по схеме рис. Эта схема применяется также для проверки соответствия групп и фаз трансформаторов, включаемых на параллельную работу.