Результат интеллектуальной деятельности: Способ измерения активных сопротивлений постоянному току обмоток силового трансформатора

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при эксплуатации, ремонте или сушке трансформаторов.

Известен способ определения сопротивления обмоток трансформатора по патенту RU 2544889 C1, G01R 27/02 с помощью трехфазного комплекта измерительных приборов с амперметром, вольтметром и ваттметром. Способ предполагает выполнение измерения сопротивления короткого замыкания для двух разных схем включения обмоток трансформатора и использование источника питания трехфазного напряжения.

Недостатком способа является необходимость выполнять переключения схемы соединения обмоток, что для силовых масляных трансформаторов является проблематичным, а также необходимость дважды выполнять измерения с последующей обработкой результатов. Кроме того, при двукратных измерениях требуется дождаться окончания переходного процесса. Эти обстоятельства определяют существенно большую трудоемкость измерения сопротивления обмоток трансформатора. Кроме того, для определения сопротивления обмоток трансформатора требуется трехфазный источник питания с регулируемым напряжением и относительно большой мощности, что удорожает измерительное оборудование.

Наиболее близким к заявленному является способ по патенту RU 2531850 C1, G01R 27/08, заключающийся в том, что через последовательно соединенные обмотку и эталонный резистор пропускают постоянный стабилизированный ток, величину которого рассчитывают на основе предварительного измерения сопротивления обмотки. Измеряют падение напряжения на обмотке и эталонном резисторе и вычисляют их отношение, на основе чего получают сопротивление обмотки. Способ предполагает раздельное измерение сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Недостатками этого способа являются:

1) значительные затраты времени на переключение измерительных приборов, эталонного резистора и источника питания из цепи первичной обмотки в цепь вторичной обмотки;

2) при больших коэффициентах трансформации сопротивления обмоток постоянному току значительно отличаются (примерно, пропорционально квадрату коэффициента трансформации), что требует применения измерительных приборов с разными диапазонами измерений и разных эталонных резисторов и усложняет их настройку;

3) перед каждым измерением требуется завершение переходного процесса при включении цепи со значительной индуктивностью, что увеличивает время измерения;

4) в области малых сопротивлений погрешность измерений, вносимая собственными сопротивлениями измерительных приборов, возрастает.

Техническим результатом является снижение трудоемкости измерения активного сопротивления обмоток трансформатора.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения активных сопротивлений постоянному току обмоток силового трансформатора, включающем измерение тока и напряжения и определение сопротивления на первичной и вторичной обмотках, согласно изобретению вторичную обмотку замыкают, первичную обмотку подключают к источнику постоянного напряжения через цепь, содержащую амперметр, вольтметр и переключатель полярности напряжения на обмотке, а трансформатор подключают к источнику постоянного напряжения до установившегося режима, измеряют установившиеся напряжения и ток первичной обмотки и определяют ее активное сопротивление, затем переключателем полярности напряжения на обмотке мгновенно изменяют полярности напряжения на первичной обмотке и в расчетный момент времени от начала переходного процесса, которое определяют по формуле: где i₀₀ - начальный ток первичной обмотки в долях установившегося тока в этой обмотке при заданном напряжении (i₀₀=I_0(-)/I), где I_0(-) - измеренный ток в первоначальный момент после переключения полярности источника; 1/р₁ - наибольшая постоянная времени переходного процесса при постоянном напряжении, подаваемом на первичную обмотку, при короткозамкнутой вторичной обмотке, которую находят по формуле: где U_нф - номинальное фазное напряжение первичной обмотки трансформатора; U_и - напряжение источника при холостом ходе; U - установившееся напряжение на первичной обмотке при предыдущем измерении; I₀ - ток холостого хода первичной обмотки; ƒ_и - номинальная частота трансформатора; R₁ - внутреннее сопротивление источника; r_1п, r'_2п - паспортные сопротивления первичной и приведенной вторичной обмоток, измеряют мгновенные значения напряжения и тока первичной обмотки, затем определяют суммарное значение r активных сопротивлений первичной и приведенной вторичной обмоток (r=r₁+r'₂) отношением r=U_изм/I_изм; затем определяют приведенное сопротивление вторичной обмотки r'₂ по формуле r'₂=r-r₁ и собственное активное сопротивление вторичной обмотки определяют r₂=r'₂/k², где k - коэффициент трансформации фазных напряжений.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что за счет выполнения определенных действий снижается трудоемкость измерения суммарного активного сопротивления первичной и приведенной к ней вторичной обмоток, так как измерение сопротивлений постоянному току обмоток силового трансформатора осуществляется одним действием и подключением измерительных приборов только к одной обмотке.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре представлена схема устройства, с помощью которого реализуется способ измерения сопротивлений постоянному току обмоток силового трансформатора.

Способ измерения сопротивлений постоянному току обмоток силового трансформатора осуществляется следующим образом.

Для осуществления способа используют устройство, которое состоит из амперметра 1, вольтметра 2, переключателя полярности напряжения 3, который может быть переключен в положение прямой полярности 4 или в положение обратной полярности 5 и трансформатора 6 (для упрощения представлен однофазный трансформатор или отдельная фаза трехфазного, у которого первичная обмотка соединена звездой с нейтралью), U - напряжение источника.

Предварительно перед измерениями переключатель 3 находится в положении 4. Вторичную обмотку трансформатора 6 соединяют накоротко (закорачивают), на первичную обмотку подают постоянное напряжение и по окончании переходного процесса измеряют напряжение U и ток I на обмотке и вычисляют сопротивление первичной обмотки постоянному току г, (по закону Ома). Далее переключатель 3 переводят в положение 5 без выдержки времени (мгновенно) и переключают полярность подаваемого на обмотку трансформатора напряжения U. Фиксируют начальный ток I_нач и начинают отсчет времени нового переходного процесса. В течение переходного процесса изменения токов в обмотках в расчетный момент времени производят измерение мгновенных значений напряжения U_изм и тока первичной обмотки I_изм. Время производства измерения мгновенных значений напряжения U_изм и тока I_изм от момента подачи на первичную обмотку напряжения измененной полярности t является временем перехода через нуль суммарного тока i₁+i'₂ (i₁+i'₂=0) определяют как решение уравнения суммы токов относительно времени по приближенной формуле

где 1/p₁ - наибольшая постоянная времени переходного процесса при постоянном напряжении, подаваемом на первичную обмотку, при короткозамкнутой вторичной обмотке;

i₀₀ - начальный ток первичной обмотки в долях установившегося тока в этой обмотке при заданном напряжении (i₀₀=I_0(-)/I), где I_0(-) - измеренный ток в первоначальный момент после переключения полярности источника.

Величина 1/p₁ определяется расчетом по формуле

где U_нф - номинальное фазное напряжение первичной обмотки трансформатора (паспортное); U_н - напряжение источника при холостом ходе (отключенном трансформаторе); U - установившееся напряжение на первичной обмотке при измерении; I₀ - ток холостого хода первичной обмотки (паспортный); I_н - номинальная частота трансформатора; R₁ - внутреннее сопротивление источника; r_1п, r'_2п - паспортные сопротивления первичной и приведенной вторичной обмоток. При отсутствии паспортных данных для трансформаторов с измененными параметрами (перемотанный трансформатор) следует использовать расчетные значения этих параметров и переменных.

Суммарное значение r активных сопротивлений первичной и приведенной вторичной обмоток (r=r₁+r'₂) при этом определяют отношением r=U_изм/I_изм, приведенное сопротивление вторичной обмотки r'₂ определяют по формуле r'₂=r-r₁; собственное активное сопротивление вторичной обмотки определяют как r₂=r'₂/k2, где k - коэффициент трансформации фазных напряжений (определяется предварительно или используется паспортный).

В основе предложенного способа измерения лежат особенности протекания переходного процесса при постоянном токе в обмотках трансформатора с закороченной вторичной обмоткой. Теоретически эти особенности рассмотрены в [Ионкин П.А. Теоретические основы электротехники. T 1. -М: ВШ, 1976. разд. 14-4]. Поскольку ток в первичной обмотке трансформатора не может изменяться скачком, переходный ток, изменяясь по экспоненциальному закону, переходит из отрицательной область в область положительных токов. Суммарный ток первичной и приведенной вторичной обмоток, трактуемый как ток намагничивания сердечника трансформатора, также переходит из отрицательной области в положительную, проходя через нуль. В момент времени t ток намагничивания трансформатора близок или равен нулю, а производные токов i₁ и i'₂ (di₁/Vd/ и di'₂/dt) имеют противоположные знаки и в сумме равны или близки нулю. В этом случае отношение напряжения U_изм к току I_изм первичной обмотки ограничивается только сопротивлением r=r₁+r'₂, без учета ЭДС самоиндукции по потокам рассеяния и взаимоиндукции в переходном процессе.

Положительный эффект состоит в том, что для измерения сопротивления вторичной обмотки не требуется переключения измерительных приборов в цепь этой обмотки, что упрощает измерение и сокращает время производства измерений. Измерения дополнительно существенно упрощаются и ускоряются при программировании вычислений времени t и сопротивлений по выше приведенным формулам и автоматизации измерения напряжения U_изм и тока первичной обмотки I_изм в расчетный момент времени.