§ 46. Измерение полных сопротивлений обмоток электрических машин
В некоторых случаях для выяснения целости обмоток и соединений между отдельными элементами обмоток, отсутствия витковых замыканий целесообразно измерять полные сопротивления отдельных обмоток электрических машин переменному току. Подводя к обмотке переменное напряжение от постороннего источника, измеряют силу тока и напряжение, после чего подсчитывают полное сопротивление обмотки. Если полные сопротивления одноименных элементов обмотки (катушек, секций) примерно одинаковы, можно считать их исправными. Эти измерения рекомендуется выполнять для обмоток индукторов явнополюсных машин переменного тока.
При измерении активных, индуктивных и полных сопротивлений электрических машин следует иметь в виду, что эти сопротивления зависят от частоты переменного тока. При питании измерительной схемы от мощных стабильных источников, например от электрической сети, связанной с электрической системой, частота переменного тока равна 50 Гц и не изменяется. Однако при монтаже новых электроустановок иногда приходится пользоваться автономными источниками переменного тока. В этом случае обязательно следует контролировать частоту тока.
§ 47. Снятие характеристик холостого хода и короткого замыкания
Основными частями, определяющими работу электрической машины и трансформатора, являются магнитная система и обмотки. Физические процессы в магнитной системе определяются магнитным потоком Ф, создаваемым намагничивающим током. Магнитный поток Ф можно определить, зная индуктированную э. д. е.:
где 1 — частота тока; w — число витков в обмотке, пронизываемой потоком Ф.
Чтобы установить состояние магнитной системы, необходимо выяснить ее поведение при различных значениях магнитного потока и соответствующих э. д. е., плавно изменяя их от нуля до значений, несколько превышающих номинальные. Для этого в электрических машинах, возбуждаемых постоянным током, плавно увеличивают силу тока в обмотке возбуждения и измеряют эту силу тока и э. д. е., индуктированные во всех обмотках для каждого заранее выбранного значения силы тока в обмотке возбуждения. В результате получают зависимость электродвижущей силы Е от тока возбуждения /в, которую называют характеристикой холостого хода и обычно представляют в виде графика.
Для асинхронных двигателей и трансформаторов аналогичную характеристику можно получить, плавно изменяя напряжение, подводимое к одной из обмоток, и измеряя в этой обмотке токи, соответствующие заранее выбранным напряжениям. Как правило, мри пусконаладочных работах ограничиваются измерением тока холостого хода асинхронного двигателя или трансформатора при пусковом опробовании.
Известно, что ряд данных, характеризующих работу электрических машин и трансформаторов (падение напряжения на внутреннем сопротивлении, потери в меди и др.), определяется силой тока в обмотках. Для определения этих данных проводят опыт короткого замыкания. При закороченных обмотках плавно увеличивают силу тока возбуждения (у электрических машин — ток в обмотке возбуждения), измеряют силу тока в рабочей обмотке при различных, заранее выбранных значениях силы тока возбуждения. По полученным данным, определяющим так называемую характеристику короткого замыкания, строят соответствующую кривую.
У асинхронных двигателей опыт короткого замыкания проводят, подавая пониженное напряжение на заторможенный двигатель. По характеристике, снятой при опыте короткого замыкания у синхронной машины, можно судить об исправности обмотки ротора, а у асинхронного двигателя — о величине пускового тока
где /к. з — сила тока при опыте короткого замыкания; f/K. з — напряжение при опыте короткого замыкания.
Одновременно со снятием характеристик холостого хода и короткого замыкания контролируют правильность работы цепей возбуждения, измерительных приборов, защиты, синхронизации, испытывают витковую изоляцию и выполняют другие работы, связанные с погрузкой проверяемой машины (или трансформатора) током или с включением ее под напряжение.
Вначале целесообразно снять характеристику короткого замыкания, так как при этом можно проконтролировать правильность работы релейных защит, которые отключат испытываемое оборудование во время снятия характеристики холостого хода, если имеются повреждения. Работы, связанные со снятием характеристик холостого хода и короткого замыкания, выполняют после установки и окончания монтажа всего оборудования.. Испытание проводят по специальной программе, предусматривающей последовательность и объем всех работ, взаимоотношение между монтажниками, наладчиками и эксплуатационным персоналом, необходимые подготовительные работы, организационные и технические мероприятия по технике безопасности. Измерительные приборы следует брать повышенной точности (класса 0,2—0,5), особенно при снятии характеристики холостого хода.
Рассмотрим более подробно методику снятия характеристик холостого хода и короткого замыкания синхронного генератора.
Для снятия характеристики короткого замыкания собирают схему, показанную на рис. 169, а. Убеждаются, что синхронный генератор Г вращается с нормальной частотой, шунтовой реостат находится в начальном положении, соответствующем минимальному току возбуждения, а также в том, что лица, участвующие в проведении испытания, находятся на своих местах и готовы к работе. Затем включают автомат гашения поля.
Постепенно увеличивая ток ротора шунтовым реостатом возбудителя, устанавливают поочередно 4—5 значений тока статора (например, 0,25; 0,5; 0,75 и 0,9—1 номинального), при которых снимают показания приборов, измеряющих силу тока в роторе и статоре (во всех трех фазах). По полученным данным строят характеристику короткого замыкания (рис. 169, б) и сравнивают ее с заводской или с соответствующей характеристикой, полученной на однотипной машине при предыдущих испытаниях. Несоответствие характеристики короткого замыкания заводской, особенно если она не исходит из начала координат, свидетельствует о возможной неисправности, например замыкании витков обмотки ротора. При опыте короткого замыкания проверяют все токовые защиты генератора.
Рис. 169. Снятие характеристики короткого замыкания синхронного генератора: а — схема, б — характеристика короткого замыкания
Для снятия характеристики холостого хода собирают схему, показанную на рис. 170, а. Убеждаются, что генератор Г вращается с нормальной частотой, выключатель В и автомат гашения поля АГП отключены, шунтовой реостат РВ находится в начальном положении, соответствующем минимальному, току возбуждения, защиты генератора включены с минимальными уставками по току и времени, а также все лица, участвующие в испытаниях, находятся на местах.
Затем измеряют остаточное напряжение (при отключенном автомате гашения поля) генератора. Это измерение выполняют, непосредственно подключая вольтметр к выводам генератора и соблюдая соответствующие предосторожности (автомат гашения поля должен быть отключен и заклинен, генераторный выключатель и соответствующие разъединители — отключены, а приводы их заперты, оперативный ток снят).
Рис. 170. Снятие характеристики холостого хода синхронного генератора: а — схема, б — характеристика холостого хода
Подают оперативный ток, расклинивают и включают автомат гашения поля. Постепенно шунтовым реостатом возбудителя В увеличивают ток в роторе. Снимают восходящую ветвь 2 характеристики холостого хода (рис. 170, б), устанавливая последовательно 8—12 значений э. д. с. до 1,3 номинального (для гидрогенераторов до 1,5 номинального), и измеряют силу тока ротора э. д. с. всех фаз статора, частоту вращения генератора и при необходимости ряд других величин по соответствующим приборам (например, ток возбуждения и напряжение на обмотке возбуждения возбудителя).
Выдержав наибольшее напряжение в течение 5 мин, при котором испытывается витковая изоляция генератора, плавно снижают ток возбуждения и снимают нисходящую ветвь характеристики холостого хода.
Таблица 14
Нормальная характеристика холостого хода синхронного генератора (в относительных единицах)
В частности, для турбогенератора можно принять следующие значения э. д. с. в относительных единицах, при которых снимают показания приборов: 1,3; 1,25; 1,2; 1,1; 1,0; 0,7; 0,5; 0,3 и остаточное напряжение при отключенном автомате гашения поля. По результатам измерений строят нисходящую ветвь / характеристики холостого хода и сравнивают ее с заводской характеристикой или с нормальной характеристикой холостого хода (табл. 14). Приводят значения э. д. с. Е к нормальной частоте вращения пп, если измеренное значение э. д. с. равно Е при измеренной частоте вращения и, по формуле
Снимая характеристику холостого хода, следует учитывать значительную инерцию электромагнитной системы электрических машин, особенно крупных турбогенераторов. Поэтому запись показаний всех приборов надо вести одновременно по команде руководителя работ, когда переходные процессы, связанные с изменением силы тока ротора, в основном прекращаются и соответственно сила тока ротора и э. д. с. статора почти не изменяются.
В заключение рассмотрим, как на основании результатов измерения параметров электрических машин и снятых характеристик холостого хода и короткого замыкания можно получить другие характеристики и некоторые данные, определяющие работу соответствующих машин при различных режимах работы.
