Обычно испытанию трансформатора грозовыми импульсами предшествует его импульсный обмер. Под этим термином понимают определение значения и формы напряжений между различными точками обмотки при воздействии на нее импульса небольшой амплитуды, безопасной для изоляции, воспроизводящего по форме нормированные испытательные воздействия. Предполагается, что относительное значение напряжения на любом участке обмотки при обмере будет тем же, что при испытании, поскольку все параметры обмоток (емкости, индуктивности, активные сопротивления) можно считать не зависящими от амплитуды импульса. Нелинейность характеристики стали не сказывается, поскольку при нормальных схемах испытаний грозовыми импульсами (§ 10-4) неиспытываемые обмотки трансформатора замкнуты накоротко, что препятствует проникновению магнитного потока в магнитопровод.
Импульсный обмер трансформатора преследует следующие основные цели: 1) ориентировочная оценка запаса прочности при испытании грозовыми импульсами; 2) выявление наиболее опасных участков изоляции; 3) сравнение запасов прочности различных вариантов конструкций трансформаторов; 4) проверка эффективности различиях мероприятий по снижению импульсных перенапряжений в обмотке.
Определение запасов прочности элементов изоляции трансформатора по результатам обмера является лишь приближенным. Поэтому обмер не может полностью заменить собой испытания трансформатора грозовыми импульсами, но служит вспомогательным средством исследования, дополняющим эти испытания.
На отечественных заводах каждый крупный трансформатор, имеющий конструктивные особенности, подвергают обмеру. Это позволяет (если нельзя провести испытание данного трансформатора грозовыми импульсами) проверить соответствие его конструкции требованиям импульсной прочности, сопоставляя данные его обмера с обмерами испытанных трансформаторов.
Импульсные обмеры производят с помощью периодически срабатывающего низковольтного генератора импульсных напряжений (сокращенно ГИН), дающего импульс амплитудой порядка сотен вольт, частотой 50—1000 импульсов в 1 с, и синхронизированного с этим генератором электронного осциллографа. Желательно применение для обмеров ГИН с малым выходным сопротивлением (порядка 10 Ом), так как в этом случае индуктивность и емкость исследуемой обмотки практически не влияют на форму импульса.
Напряжение между любыми точками обмотки подается на пластины явления осциллографа с симметричным входом. Ждущая развертка осциллографа запускается от синхронизирующего устройства низковольтного ГИН, и поэтому на экране появляется неподвижная кривая изучаемого напряжения в функции времени. Пользуясь шкалой вертикального отклонения на экране осциллографа, можно найти относительную амплитуду этого напряжения, а масштаб развертки времени позволяет определить его длительность. За 100% принимаем амплитуду импульса, воздействующего на обмотку.
Если изучаемое импульсное напряжение подается на пластины явления осциллографа через усилитель, то полоса пропускания усилителя (для точной его передачи) должна иметь высокий верхний предел (не менее чем 20 МГц). Можно рекомендовать применение осциллографа С1-15 или С1-17 (двухлучевого), в обоих случаях со сменным предусилителем С1 -15/2, имеющим симметричный вход. Для измерения амплитуд перенапряжений вместо осциллографа можно использовать дифференциальный импульсный вольтметр с широкой полосой пропускания.
Обмеры производят на активной части трансформатора в воздухе, как правило, до насадки обмоток, наружных по отношению к обмеряемой. Для того чтобы воспроизвести емкость между обмеряемой обмоткой и ближайшей к ней наружной, последняя имитируется экраном из фольги. Измерения на многокатушечной обмотке производят между временными отпайками от межкатушечных переходов. Измерительные концы поочередно присоединяют к этим отпайкам с помощью пружинных зажимов.
У дисковой или непрерывной обмотки отпайки οι межкатушечных переходов делают с помощью стальных игл, которые вводят под изоляцию перехода касательно к его поверхности до получения надежного контакта с проводом. При этом изоляция не повреждается. С помощью более длинных игл, снабженных специальными фиксаторами, осуществляют контакт с внутренними межкатушечными переходами. По окончании обмера отверстия от игл в изоляции переходов замазывают электроизоляционным лаком. Обмер значительно ускоряется, если есть автоматический переключатель, к которому подводят отпайки от всех переходов (при условии, что емкости проводов не искажают результатов измерений).
Возможен обмер на внутренней обмотке, для чего отпайки от ее переходов выводят наружу.
В программу обмеров входит снятие кривой так называемого начального распределения напряжения.
Рис. 10-5. Схема замещения многосекционной обмотки трансформатора.
Рис. 10-6. Схема измерения входной емкости.
Г— импульсный генератор; Т — объект исследования.
Последнее представляет собой распределение потенциала по емкостной цепи обмотки (рис. 10-5) в момент подачи на нее импульса напряжения с отвесным фронтом, когда ток в витках обмотки еще равен нулю. В обычной многосекционной обмотке начальное распределение отличается значительной неравномерностью: кривая потенциала резко спадает уже на первых катушках. Теоретические соображения и опыт [Л. 10-5] показывают, что чем круче кривая начального распределения, тем выше импульсные градиенты по всей обмотке. В конструкциях обмоток высоковольтных трансформаторов принимаются различные меры для того, чтобы сделать начальное распределение более пологим и снизить тем самым импульсные градиенты. Это может быть достигнуто увеличением межкатушечных емкостей. В отечественных трансформаторах, особенно классов 330 кВ и выше, часто применяют для этой цели так называемые переплетенные обмотки [Л. 10-6]. В обмотках ВН 110—220 кВ иногда применяют специальные экраны, повышающие емкость катушек на линейный конец обмотки.
Для измерения начального распределения на обмотку подают колебательный импульс высокой частоты, для которого время от начала до первого максимума составляет, в зависимости от конструкции и параметров обмотки 0,1—0,5 мкс. Можно считать, что в момент первого максимума распределение напряжения по обмотке определяется еще емкостной цепочкой, т. е. совпадает с начальным. Следовательно, задача сводится к измерению потенциалов переходов в этот момент.
Кроме начального распределения при обмере измеряют значения и длительности межкатушечных градиентов При полном и срезанном импульсах и потенциалов при полном импульсе. Измеряют также градиенты на регулировочных ответвлениях, наведенные напряжения на соседних обмотках, напряжения между обмотками и вообще на любых участках, где можно предполагать опасность для изоляции.
К обмеру относится также измерение входной емкости, проводимое на трансформаторе, залитом маслом. Под входной емкостью понимается та эквивалентная емкость, которой может быть заменен трансформатор в начальной стадии импульсного воздействия (на фронте импульса), когда можно пренебречь током в индуктивности обмотки и рассматривать последнюю как емкостную цепочку (рис. 10-5). К эквивалентной емкости этой цепочки добавляется емкость ввода.
Входную емкость измеряют по схеме на рис. 10-6. На трансформатор, последовательно с которым включена известная емкость Сэ, подают от повторно-импульсного генератора Г низкого напряжения колебательный импульс той же формы, что и при измерении начального распределения. Измеряют напряжение на трансформаторе иво и на емкости Са(иАВ). Поскольку напряжение распределяется обратно пропорционально емкостям, искомая входная емкость трансформатора равна:
(10-1)
Входные емкости обмоток ВН мощных трансформаторов имеют порядок нескольких тысяч пикофарад; для обмоток СН и НН они еще выше.
Полная емкость каждого измерительного конца на землю (включая входную емкость прибора) должна быть не более 15—20 пФ; в противном случае эти емкости могут значительно исказить начальные распределения по обмотке и, следовательно, измеряемые перенапряжения. Если входная емкость осциллографа или импульсного вольтметра превышает указанное значение, на входе этих приборов нужно установить емкостные делители напряжения малой емкости. Длина измерительных концов должна быть менее 1 м, в особенности при измерениях на участках, близких к линейному концу обмотки, где искажения сказываются наиболее сильно.
