Пробой главной изоляции трансформатора легко обнаруживается по резкому звуку и искажению формы импульса на осциллограмме. Однако обнаружение пробоев продольной изоляции, в особенности на малых участках (например, между соседними катушками), является главной проблемой импульсных испытаний трансформаторов. Основным средством для этого служит осциллографирование в ходе испытания колебаний потенциала или тока в обмотке. При пробое, даже на небольшом участке, форма колебаний, как правило, искажается, что и является признаком повреждения изоляции. Осциллограммы этих колебаний, снимаемые при испытании, называются дефектограммами. Образцом для сравнения служат дефектограммы, полученные при пониженной амплитуде импульса (не свыше 60% испытательного напряжения), при которой можно пренебречь вероятностью повреждения изоляции; их называют нормограммами. Если дефектограммы при испытательном напряжении совпадают по форме с нормограммами и нет иных признаков пробоя, трансформатор можно считать выдержавшим испытание.
Помимо дефектограмм для выявления повреждений изоляции при импульсных испытаниях трансформаторов служат следующие вспомогательные признаки: а) искажение формы воздействующего импульса; б) звук удара в баке; в) возникновение акустических (звуковых или ультразвуковых) колебаний в масле, регистрируемых специальным индикатором.
Эти признаки могут, однако, отсутствовать при пробое продольной изоляции, и съемка дефектограмм является наиболее надежным методом индикации повреждений при испытании трансформаторов грозовыми импульсами. Впервые в мировой практике ряд вариантов указанного метода (в том числе схема 11, рис. 10-15) был предложен инженером МЭЗ А. Г. Перлиным еще в 1939 г. [Л. 10-8] и тогда же стал применяться на этом заводе, что резко повысило надежность импульсных испытаний трансформаторов.
Искажения дефектограмм при пробоях бывают, как правило, двух видов: 1) высокочастотные колебания (частота порядка десятых или единиц мегагерц) сравнительно малой амплитуды, возникающие при пробое и накладывающиеся на основную кривую дефектограммы; 2) изменение периода и формы основных колебаний (частота порядка килогерц) вследствие появления в обмотке участка, замкнутого накоротко искрой.
Частичные разряды в главной изоляции дают на дефектограммах искажения только первого типа.
На рис. 10-13 приведены в качестве примера дефектограммы, полученные при пробое продольной изоляции в ходе испытания полным грозовым импульсом обмотки ВН трансформатора 220 кВ. Здесь видны оба типа искажений.
Рис. 10-13. Дефектограммы, снятые при испытании полным грозовым импульсом обмотки ВН трансформатора 220 кВ, 40 000 кВ-A (по схеме I, рис. 10-14).
а — нормограмма (550 кВ); б — 1070 кВ; в—1170 кВ. второй импульс (пробой); г—1170 кВ. третий импульс (пробой). Деление градуировки 25 мкс.
Рис. 10-14. Схемы дефектографирования с испытываемой обмотки трансформатора.
ПЯ — пластины явления осциллографа.
Рис. 10-15. Схемы дефектографирования с неиспытываемых обмоток трансформатора.
ПЯ — пластины явления осциллографа.
Чувствительность дефектограмм к пробою при испытании трансформатора срезанным грозовым импульсом обычно ниже, чем при испытании полным. Однако и в этом случае удается подобрать схемы дефектографирования, при которых пробои в продольной изоляции фиксируются четко. Форма колебаний воздействующего импульса после среза также обычно искажается при пробое.
Рекомендуемые схемы съемки дефектограмм (дефектографирования) приведены на рис. 10-14 и 10-15 [Л. 10-3 и 10-9]. При этом на пластины явления осциллографа подают напряжение с измерительного шунта z, включаемого в цепь заземления нейтрали, с неиспытываемых выводов испытываемой обмотки, с замкнутой накоротко неиспытываемой обмотки или между выводами неиспытываемой обмотки. Применяют также балансные схемы, при которых на пластины явления подают разность напряжений двух шунтов. Будучи наиболее чувствительными к повреждениям, балансные схемы применимы лишь в некоторых случаях; примеры таких схем даны на рис. 10-14 и 10-15 (схемы 5, 6, 11). Схему 11 применяют для расщепленной обмотки НН.
Как правило, помимо воздействующего импульса снимают по меньшей мере две дефектограммы: основная по одной из схем рис. 10-14 и дополнительная по одной из схем рис. 10-15. При испытании трехобмоточного трансформатора обычно снимают три дефектограммы. Ориентировочный выбор схем дефектографирования в зависимости от вида воздействия (полный или срезанный импульс) и схемы обмоток производят по табл. 10-6.
Рекомендуемые длительности разверток дефектограмм: порядка сотен микросекунд на экран при полном грозовом импульсе и десятков микросекунд при срезанном.
При наличии в двухобмоточном трансформаторе защитного экрана между обмотками ВН и НН схемы 6—10 на рис. 10-15 становятся неэффективными. В этом случае при испытании наружной обмотки ВН целесообразно снимать дополнительную дефектограмму с электростатического зонда — металлической полосы, вертикально укрепленной в масле на стенке бака по всей высоте обмотки и изолированной от бака (схема 12 на рис. 10-15 применима и для трехфазных трансформаторов).
Выбор схем дефектографирования
Соединительный провод от зонда к измерительному шунту выводится через специальный ввод на крышке бака. Зонд может быть использован в эксплуатации для контроля изоляции. В простейшем случае шунт z представляет собой резистор [Л. 10-8, 10-9]. Недостатком этого типа шунта является появление на нем чрезмерно высоких пиков напряжения во время фронта импульса, в особенности при его срезе. Для уменьшения этих перенапряжений резистор часто приходится шунтировать конденсатором (рис. 10-16,б). Нужно учитывать, что его емкость обычно снижает чувствительность схемы дефектографирования, в особенности в отношении высокочастотных искажений; поэтому ее значение не должно превышать минимально необходимое для уменьшения о перенапряжений на шунте до приемлемых значений.
При испытании грозовыми импульсами трансформаторов с переплетенными обмотками схемы дефектографирования с шунтом RC часто оказываются недостаточно чувствительными к пробоям продольной изоляции Значительное увеличение чувствительности может быть в этом случае достигнуто применением резонансного измерительного шунта в виде параллельного LC- или LCR-контура (рис. 10-16,в, г) в схемах 1—4 на рис. 10-14 и в схемах 7, 9, 12 на рис. 10-15.
Рис. 10-16. Схемы измерительного шунта для съемки дефектограмм. а - чисто омический; б — емкостно-омический; в — резонансный; г — резонансно-омический.
Рис. 10-17. Схема устройства для имитации пробоев в обмотке трансформатора при импульсном испытании.
Т — тиратрон; В — купроксный выпрямитель.
Рис. 10-18. Осциллограмма акустических колебаний при испытании полным грозовым импульсом переплетенной обмотки 330 кВ. а — нормотрамма; б —пробой пары катушек.
Этот контур настраивают на некоторую экспериментально определяемую частоту порядка десятков или сотен килогерц, при котором амплитуда и форма осциллографируемых колебаний особенно резко изменяются при имитации пробоя. Изменяя сопротивление шунта R в схеме рис. 10-16,г, можно регулировать ширину полосы пропускания. Повышение чувствительности дефектограммы к пробоям за счет выделения наивыгоднейшей полосы частот может быть также достигнуто включением полосового фильтра между измерительным шунтом и осциллографом [Л. 10-18].
Данные табл. 10-6 являются ориентировочными. Поэтому рекомендуется (особенно для принципиально новых конструкций трансформаторов), экспериментально проверить перед импульсным испытанием чувствительность схемы дефектографирования к пробоям на различных участках и выбрать наилучший вариант. Для этого при обмере трансформатора (§ 10-3) просматривают либо снимают дефектограммы при имитации пробоев на различных участках (это может быть достигнуто с помощью тиратрона или тиристора, шунтирующего исследуемый участок и отпирающегося в нужный момент после подачи на обмотку импульса от повторно-импульсного генератора). Может быть использовано устройство (рис. 10-17), предложенное Г. Я. Шнейдером (МЭЗ). Момент отпирания тиратрона здесь регулируется амплитудой импульса, подаваемого на сетку, и может быть совмещен с моментом максимума градиента на исследуемом участке. Для воспроизведения пробоев можно использовать также облучаемый шаровой промежуток, но в этом случае амплитуда повторных импульсов, подаваемых на обмотку, должна составлять не менее 15 кВ. Наконец, в случае полного грозового импульса допускается в первом приближении имитация пробоя участка с помощью замыкания накоротко. При этом не воспроизводятся высокочастотные колебания, которые могут появляться на дефектограмме при реальных пробоях.
Допускается кроме схем, указанных на рис. 10-14 и 15, применять любые другие, если проверка описанным методом покажет их эффективность.
Ценным вспомогательным методом индикации повреждений. часто применяемым при импульсных испытаниях трансформаторов, является индикация акустических колебаний в масле, звуковых и ультразвуковых, возникающих при пробоях даже небольших участков изоляции [Л. 10-6 и 10-9].
Основную часть аппаратуры для записи акустических колебаний составляет пьезоэлектрический датчик, преобразующий эти колебания в электрические. Датчик погружают в масло испытываемого трансформатора или укрепляют на стенке бака снаружи в полости, заполненной маслом. Электрические колебания с выхода датчика, имеющие частоту 1—20 кГц, подают через усилитель с коэффициентом усиления 104—105 на электромагнитный или электронный осциллограф. Часто применяют акустический индикатор фирмы «Микафиль» типа BV-H24E. Полученная с помощью такого индикатора осциллограмма колебаний при пробое изоляции пары катушек в переплетенной обмотке приведена на рис. 10-18. Располагая несколькими датчиками на стенке бака и зная скорость распространения звука в масле (1,4 м/мс), можно по запаздыванию момента начала колебаний ориентировочно определить место пробоя.
