Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к измерениям параметров трансформатора.

Известен способ определения постоянной времени нагрева трансформатора, реализуемый в устройстве для контроля температуры трансформатора, заключающийся в измерении веса, теплоемкости, площади охлаждения, коэффициента теплопереноса трансформатора и расчет его постоянной времени нагрева [Выложенная заявка Германии DE 19510970 А1, einen Transformator, МПК⁷ Н02 Н6/00, Н02Н 7/04, опубл. 26.09.1996, стр. 3].

Недостаток известного способа заключается в необходимости проведения сложных измерений различных физических величин.

Известен метод испытания трансформатора, включающий замыкание обмотки низкого напряжения на амперметр, установку значения этого тока, близкого к номинальному с одновременным измерением этого значения [ГОСТ 3484.2-88 Трансформаторы силовые. Испытания на нагрев, п. 2.3.1, пункт 2.3.1].

Известный метод не предназначен для определения постоянной времени нагрева трансформатора.

Известен способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора [Патент 2683031 РФ, МПК Н02Н 7/04, опубл. 26.03.2019], включающий замыкание обмотки низкого напряжения на амперметр, установку значения тока обмотки низкого напряжения (вторичной обмотки), близкого к номинальному, измерение трех значений этого тока через равные интервалы времени и вычисление по трем значениям тока постоянной времени нагрева. Этот способ принят за прототип.

К недостаткам прототипа относится недостаточная точность вычисленной постоянной времени нагрева сухого трансформатора. Это связано с тем, что значения тока в данных измерениях зависят от двух параметров: от постепенно нагревающегося сопротивления вторичной обмотки R и от напряжения U на этой обмотке Время трех измерений токов для мощных трансформаторов составляет несколько часов, в течение которых напряжение сети и, следовательно, напряжение первичной обмотки трансформатора может меняться в большей или меньшей степени, поэтому меняется также величины токов, по которым рассчитывается конечный ток I_К и постоянная времени нагрева, их значения получаются искаженными. Стабилизация подаваемого на трансформатор переменного напряжения связана со значительным удорожанием измерений.

Изобретение решает задачу повышения точности определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора в условиях колебания напряжения.

Техническим результатом от использования изобретения является возможность точного определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора в условиях колебания питающего напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора, включающем замыкание обмотки низкого напряжения (вторичной обмотки) на амперметр, установку значения тока обмотки низкого напряжения, близкого к номинальному и измерение трех значений этого тока через равные интервалы времени, согласно изобретению, одновременно измеряют напряжения первичной обмотки, а постоянную времени нагрева определяют по формуле

где t_и - интервал времени между измерениями;

I₀, U₀ - ток вторичной обмотки и напряжение первичной обмотки в момент начального измерения;

I₁, U₁ - ток вторичной обмотки и напряжение первичной обмотки в момент первого измерения;

I_K - конечный ток, определяемый по формуле

где I₂, U₂ - ток вторичной обмотки и напряжение первичной обмотки в момент второго измерения.

Заявляемый способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора отличается тем, что, расчет постоянной времени производят по формулам, учитывающим значения напряжений, зафиксированных в моменты измерений токов.

Формулы, связывающие значение постоянной времени нагрева трансформатора с измеренными значениями токов и напряжений, выведены автором впервые.

Способ осуществляют следующим образом.

К обмотке высокого напряжения сухого трансформатора подают напряжение короткого замыкания U_1к, при котором ток в обмотке низкого напряжения близок к номинальному. Одновременно с подачей напряжения включают секундомер и измеряют ток обмотки низкого напряжения (вторичной обмотки) I₀ и напряжение первичной обмотки U₀≈U_1к.

По истечении времени t_и, которое соизмеримо с ожидаемой постоянной времени нагрева, фиксируют величину тока I₁, а по истечении времени 2t_и фиксируют величину тока I₂.

В процессе измерений токов I₁ и I₂ напряжение сети меняется случайным образом, поэтому значения измеренных токов искажаются, и результат расчета постоянной времени нагрева становится неточным и невоспроизводимым. Поэтому значения токов I₁ и I₂ умножаются на корректирующие коэффициенты соответственно за базовую величину в которых принято напряжение U₀ начального измерения. Например, если напряжение сети к моменту первого измерения повысилось на 5%, ток I₁ будет на 5% больше. Этот ток, умноженный на коэффициент будет соответствовать значению, полученному бы при отсутствии колебания напряжения. Таким образом, из результатов вычислений исключается погрешность, связанная с колебанием питающего трансформатор напряжения.

Вычисляют значение конечного тока I_к, который протекал бы по обмотке низкого напряжения в установившемся тепловом режиме при неизменном напряжении обмотки высокого напряжения U₀, по формуле (2)

Затем вычисляют постоянную времени нагрева по формуле (1)

Пример осуществления способа.

Для трансформатора ТПП-269-220-50К мощностью 70 ВА при замыкании обмотки низкого напряжения на амперметр и подаче на первичную обмотку пониженного напряжения U₀=36 В с интервалом 4 минуты измерялись значения напряжений первичной обмотки и токов вторичной обмотки. Результаты измерений представлены в таблице.

Значение конечного тока, рассчитанное по способу - прототипу (без учета колебаний напряжения)

Постоянная времени нагрева, рассчитанная по способу - прототипу при t_и=4 мин

Наибольшее отклонение напряжения в процессе измерений составило

Значение конечного тока по предлагаемому способу рассчитаем по формуле (2)

При t_и=4 мин по формуле (1) рассчитаем постоянную времени нагрева

Таким образом, после исключения влияния на результаты измерений колебания напряжения ΔU=0,83% получено уточненное значение постоянной времени нагрева сухого трансформатора, которое составило 7,48 минуты, и которое на 4,7% отличается от искаженного значения, полученного по способу прототипа. Результаты измерений становятся инвариантны по отношению к возмущающему воздействию в виде изменения подаваемого на трансформатор напряжения.