а) Общие сведения
Мощные трансформаторы, особенно трехобмоточные с автотрансформаторным соединением обмоток, имеют большое реактивное сопротивление, т. е. большой магнитный поток рассеяния при нагрузке.
При сильном потоке рассеяния в массивных металлических частях активной части и стенках бака трансформатора возникают значительные добавочные потери, суммарное значение которых в некоторых случаях может превышать основные потери в обмотках. При определенных значениях индукции поля рассеяния добавочные потери, сконцентрированные в отдельных местах, могут вызвать недопустимо высокие нагревы и даже аварию трансформатора. При конструировании трансформаторов для снижения добавочных потерь от потоков рассеяния применяют следующие методы: 1) управление полем рассеяния, например канализацией части потока рассеяния магнитными экранами из трансформаторной стали на баке и на полках ярмовых балок, применением витых прессующих колец из. ленточной трансформаторной стали и пр.; 2) выбор материала элементов конструкции, например применение непроводящих материалов (пластмассы) для прессующих колец и полок ярмовых балок, материалов с пониженной магнитной проницаемостью и повышенным удельным электрическим сопротивлением (немагнитная сталь) для нажимных пластин и пр.; 3) изменение размеров и формы элементов конструкции (расщепление провода, разделение прессующих колец, разрывы контуров тока и потока в конструкции и пр.).
Для успешного решения задачи снижения добавочных потерь применяют комплексные методы изучения, включающие также исследование полей рассеяния, потерь и нагрева на реальных трансформаторах. Проводимые при квалификационных испытаниях мощного трансформатора специальные электромагнитные испытания методом КЗ служат для определения картины распределения магнитного ноля рассеяния и возможных мест сосредоточения добавочных потерь.
Испытания проводят по специальной программе в процессе и после второй сборки активной части трансформатора без бака и в баке, но без масла при токах (0,2—0,9). В программу специальных испытании обычно входят: 1) измерение распределения токов по параллельным ветвям обмотки НИ; 2) опыт КЗ без бака и в баке для определения добавочных потерь в баке; 31 измерение потоков рассеяния и индукции поля рассеяния в различных местах активной части и бака согласно указаниям расчетной записки трансформатора.
б) Измерение распределения токов в параллельных ветвях обмоток.
Измерение токов имеет целью выявить уравнительные токи в параллельных ветвях обмоток мощных трансформаторов, которые могут представлять серьезную опасность для надежной работы трансформатора [Л. 7-3].
Уравнительные токи могут быть вызваны несовершенством транспозиции параллельных ветвей обмотки, неравномерностью или несимметрией радиальной составляющей поля рассеяния. Опасные уравнительные токи могут быть вызваны и осевой составляющей поля рассеяния. Так, неодинаковое расположение витков в радиальном направлении может вызвать опасные циркулирующие токи от осевой составляющей поля рассеяния даже при симметричном поле [Л. 7-4]. По этим соображениям измерение токов в параллельных ветвях обмоток мощных трансформаторов и реакторов в настоящее время обычно входит в программу квалификационных испытаний.
Наиболее удобным и безопасным прибором для измерения токов в параллельных ветвях обмоток в условиях испытательной станции являются токоизмерительные клещи, которые практически не вносят в первичную цепь существенного сопротивления и не искажают результаты измерения. Согласно [Л. 7-4] специальные измерения и расчеты показали, что клещи типа Ц класса 2,5 вносят в первичную цепь сопротивление менее 1 · 10-4 Ом на пределе 15 А и 5·10-5 Ом на пределе 30 А. Это соответствует электрическому сопротивлению обмоточного провода длиной несколько сантиметров.
в) Измерение магнитных полей рассеяния
Осевую и радиальную составляющие индукции поля рассеяния при опыте КЗ определяют путем измерений весьма малыми измерительными катушками с чувствительным электронным вольтметром или векторметром. Последние служат для измерения среднего значения э.д. с., наведенной полем рассеяния в измерительной катушке при опыте КЗ. Измерительные катушки поля обычно имеют 300—1000 витков и наматываются из тонкой изолированной проволоки марки ПЭЛ. Многослойные катушки поля на электроизоляционном каркасе, применяемые на МЭЗ, обычно имеют следующие данные:
Размеры, мм:
диаметр.............................................................................. 10—15
толщина (высота) ..... 3—6
Число витков........................................................ 300—1000
Постоянная С, Т/В.......................................................... (2000—300)
Рис. 7-6. Плоские спиральные катушки для измерения потоков рассеяния.
1—9 и 1'—9— измерительные катушки из пяти витков каждая, намотанные из провода ПЭЛШО 0 0,35—0.5 мм и приклеенные к подложке клеем ΚΦ·2; П — подложка из электрокартона марки А1,5 размерами 865—1600 мм.
Плоские спиральные катушки (рис. 7-6), применяемые на ЗТЗ, имеют небольшое число витков и наматываются (на клею) на картонную подложку. Эти катушки применялись на ЗТЗ для измерения потоков рассеяния, выходящих из ярма при специальном испытании методом КЗ трансформатора типа ТЦ-1000000/330 после второй сборки. Постоянная катушек заранее определяется на специальной установке.
Для измерения э. д. с. катушек поля на МЭЗ и ЗТЗ применяют вольтметр среднего значения электронной системы типа Ф517. Пределы измерения прибора: 10— 30—300 мВ и 1—3—10—300—100—300 В. Основная погрешность при частотах 45—10 000 Гц не более ±1,5%.
Для данных измерений можно применять и прибор типа Ф564. Характеристики приборов Ф517 и Ф564 даны в табл. 7-15, а их внешний вид показан на рис. 7-7. В тех случаях, когда требуется определить э. д. с. в катушке по размеру и фазе, измерения производят вектор- метром типа Ц50 [Л. 5-2].
Таблица 7-15
Характеристика приборов Ф517 и Ф564
Рис. 7-7. Вольтметры среднего значения электронной системы разных типов. а - Ф517; б - Ф564.
Рис. 7-8. План расположения измерительных катушек и витков на активной части однофазного автотрансформатора.
Для измерения потока рассеяния, проходящего в любом месте по ярму магнитопровода или по ярмовой
балке, наматывают изолированным проводом измерительные витки, охватывающие именно это место. Расчет индукции потока рассеяния по измеренному среднему значению э. д. с. производят по формуле:
(7-19)
где Uср — среднее значение измеренного напряжения, В; Вм —максимальное значение индукции магнитного поля в месте заложения витков, Т; f — частота, Гц; п — число измерительных витков; S — площадь сечения ярма или ярмовой балки, см2.
На рис. 7-8 показан автотрансформатор (план) ОДТГА-138000/220 при типовом испытании.
Результаты измерения индукции полей рассеяния при опыте на МЭЗ приводят к номинальному току трансформатора
Впр = BизI/I из, (7-20)
где Впр — индукция поля рассеяния, приведенная к номинальному току; Виз — то же, но измеренная при токе.
На основе полученной при измерениях картины распределения магнитных полей рассеяния можно судить о местах возможного сосредоточения добавочных потерь в отдельных деталях конструкции трансформатора (стенки бака, ярмовые балки, прессующие кольца и пр.). При испытании трансформатора на нагрев в эти места закладывают термопары для измерения превышения температуры над маслом (гл. 12).
