Диагностика измерительных трансформаторов тока и напряжения

Контроль за режимом работы электрических машин и аппаратов, измерение электрических величин, защита и автоматика в распределительных устройствах осуществляется с помощью раз­личных электроизмерительных приборов и аппаратуры.

При больших номинальных токах электроустановок переменного тока измерительные прибо­ры, реле и аппаратура автоматики присоединяется к соответствующему участку электрической це­пи с помощью измерительных трансформаторов тока.

Применение измерительных трансформаторов тока позволяет:

Расширить пределы измерения токов, получив ток ограниченной, пропорциональной величины, что позволяет изготовить приборы измерения и обмотки реле со стандартной обмоткой (напри­мер на 5 А, или 1А)

Трансформаторы тока питают токовые обмотки измерительных приборов и реле (ампермет­ров, счётчиков, ваттметров, реле тока, мощности и др.).

Первичные обмотки трансформаторов тока, изолированные соответственно номинальному напряжению установки, включаются последовательно в ту цепь, где необходимо измерять ток.

Вторичные обмотки трансформаторов тока изготавливают на ток 1; 2; 2, 5 и 5А. из­мерительные приборы и реле подключаются во вторичную цепь последовательно, а их шкала градуируется в соответствии с номи­нальным током первичной обмотки.

Особенностью трансформаторов тока является то, что они работают в режиме, близком к режиму короткого замыкания, так как сопротивление их вторичных обмоток и присое­динённых к ним приборов весьма мало.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора тока зависит только от нагрузки, созда­ваемой потребителями в этой цепи. Изменение тока в первичной обмотке вызывает соответствую­щее изменение тока в цепи вторичной обмотки, при этом величина тока во вторичной цепи пропорциональна первичному току.

Трансформаторы напряжения используются для включения контрольно-измерительных при­боров и реле при больших номинальных напряжениях электроустановок.

Трансформаторы напряжения позволяют:

-Расширить пределы измерения обычных измерительных приборов, получив напряжение про­порциональной величины, что позволяет стандартизировать их обмотки

-Отделить измерительные приборы и реле от напряжений выше 380В и тем самым обеспечить безопасность их обслуживания.

Трансформаторы напряжения питают обмотки напряжения измери­тельных приборов и реле (вольтмет­ров, частотомеров, счётчиков, ватт­метров, реле напряжения, мощности, частоты и др.) в установках напряже­нием выше 380В.

Первичные обмотки трансфор­маторов напряжения строятся на все номинальные напряжения от 380 до 500000 В и включаются в цепь парал­лельно питающей сети; номинальные напряжения вторичной обмотки со­ставляют 100В. Измерительные при­боры и реле включаются во вторич­ную цепь трансформаторов напряже­ния параллельно, а их шкала градуи­руется в соответствии с номинальным напряжением первичной обмотки.

Трансформаторы напряжения по своему устройству представляют собой обычные трансфор­маторы небольшой мощности.

Трансформаторы напряжения изготавливают однофазными и трёхфазными с сухой, литой или масляной изоляцией.

Точность измерения при посредстве измерительных трансформаторов зависит от погрешно­сти (ошибки), которую допускают измерительные трансформаторы и присоединяемые к ним при­боры.

Погрешности измерительных трансформаторов бывают двух видов: погрешность по коэффи­циенту трансформации, т.е. по напряжению или току (для трансформаторов напряжения или тока), и погрешность угловая.

Первая из них зависит от ряда факторов, которые влияют на величину вторичного напряжения или тока при данных значениях первичных величин. Эта погрешность влияет на измерения всеми видами приборов, присоединённых ко вторичной обмотке измерительных трансформаторов.

Вторая (угловая) представляет собой угол сдвига фаз между повёрнутыми один относительно другого на 180⁰ напряжениями (или токами) на зажимах первичной и вторичной обмоток.

Угловая погрешность влияет только на измерения приборами ваттметрового типа (ваттметр, фазометр, счётчики, реле мощности).

Объект испытания.

Объектом испытания в измерительных трансформаторах тока и напряжения являются, прежде всего, изоляция трансформаторов, обмотки трансформаторов как первичная, так и вторичная, а также трансформаторное железо сердечника.

Объём испытаний трансформаторов тока:

1. измерение сопротивления изоляции первичной и вторичной (вторичных) обмоток (К, М)

2. измерение tg δ изоляции (К, М)

3. испытание повышенным напряжением изоляции обмоток (М)

4. снятие характеристик намагничивания трансформаторов (К)

5. измерение коэффициента трансформации (К)

6. измерение сопротивления обмоток постоянному току (К)

7. испытание трансформаторного масла (М)

8. проверка полярности обмоток (К)

Объём испытаний трансформаторов напряжения:

1. измерение сопротивления изоляции обмоток первичной и вторичной (вторичных) (К, М)

2. испытание повышенным напряжением трансформаторов напряжения с литой изоляцией (К, М)

3. измерение коэффициента трансформации (К)

4. измерение сопротивления обмоток постоянному току (К)

5. испытание трансформаторного масла (К, М)

6. определение группы соединения трёхфазных трансформаторов напряжения (К)

7. измерение тока и потерь холостого хода (К)

Определяемые характеристики.

Сопротивление изоляции.

В процессе эксплуатации измерения проводятся:

♦ на трансформаторах тока 3-35кВ - при ремонтных работах в ячейках (присоединениях), где они установлены.

♦ на трансформаторах тока 110кВ с бумажно-масляной изоляцией (без уравнительных обкла­док) - при неудовлетворительных результатах испытаний масла

♦ на трансформаторах тока 220кВ и выше с бумажно-масляной изоляцией (без уравнитель­ных обкладок) - при отсутствии контроля изоляции под рабочим напряжением и неудовлетво­рительных испытаниях масла

Измеренные значения сопротивления изоляции должны быть не менее значений, приведённых в таблице 1.

♦ для трансформаторов напряжения 3-35кВ - при проведении ремонтных работ в ячейках, где они установлены, если работы не проводятся - не реже 1 раза в 4 года.

♦ для трансформаторов напряжения 110-500кВ - 1 раз в 4 года

Измеренные значения сопротивления изоляции при вводе в эксплуатацию и в эксплуатации должны быть не менее значений, приведённых в таблице 2.

Таблица 1. Значения сопротивления изоляции трансформаторов тока

*Сопротивление изоляции вторичных обмоток приведены: без скобок – при отключённых вторичных цепях, в скобках – с подключёнными вторичными цепями.

В числителе указаны значения сопротивления изоляции трансформаторов тока при вводе в эксплуатацию, в знаменателе – в процессе эксплуатации.

Таблица 2.

* Сопротивление изоляции вторичных обмоток приведены: без скобок – при отключённых вторичных цепях, в скобках – с подключёнными вторичными цепями

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) изоляции обмоток.

Измерение tg δ у трансформаторов тока с основной бумажно-масляной изоляцией произво­дится при напряжении 10кВ.

В процессе эксплуатации измерения проводятся:

♦ на трансформаторах тока 35кВ - при ремонтных работах в ячейках (присоединениях), где они установлены

♦ на трансформаторах тока 110кВ с бумажно-масляной изоляцией (без уравнительных обкла­док) - при неудовлетворительных результатах испытаний масла

♦ на трансформаторах тока 220кВ и выше с бумажно-масляной изоляцией (без уравнитель­ных обкладок) - при отсутствии контроля изоляции под рабочим напряжением и неудовлетворительных испытаниях масла Измеренные значения, приведённые к температуре 20°С, должны быть не более указанных значений в таблице 3.

Таблица 3. Значения tg δ для изоляции различных видов

У каскадных трансформаторов тока tg δ основной изоляции измеряется для трансформатора в целом. При неудовлетворительных результатах таких измерений tg δ основной изоляции дополнительно измеряется по ступеням.

Испытание повышенным напряжением.

Значения испытательного напряжения основной изоляции трансформаторов тока и напряжения приведены в таблице 4. Длительность испытания трансформаторов тока и напряжения с фарфоровой изоляцией – 1 минута, с органической изоляцией – 5 минут.

Допускается проведение испытаний трансформаторов тока совместно с ошиновкой. При совместном испытании измерительных трансформаторов с элементами ошиновки или другими аппаратами, продолжительность испытания принимается равной времени испытания для тех элементов сети, к которым подключены трансформаторы. Например, при испытании трансформаторов тока установленных в ячейке КРУ продолжительность испытания устанавливается равной 1 минуте (изоляторы ошиновки ячейки – фарфоровые). Трансформаторы тока напряжением выше 35кВ не подвергаются испытаниям повышенным напряжением.

Значения испытательного напряжения для изоляции вторичных обмоток, вместе с присоединёнными к ним цепями, принимается равным 1кВ.

Продолжительность приложения испытательного напряжения – 1 минута.

Снятие характеристик намагничивания трансформаторов тока.

Характеристика снимается методом повышением напряжения на вторичных обмотках до начала насыщения (но не выше 1800В), с одновременным измерением тока в испытуемой обмотке с помощью амперметра.

Снятая характеристика сопоставляется с типовой характеристикой намагничивания или с ха­рактеристиками намагничивания исправных трансформаторов тока, однотипных с проверяемыми.

Отличия от значений, измеренных на заводе-изготовителе или от измеренных на исправном трансформаторе тока, однотипном с проверяемыми, не должны превышать 10%.

Измерение коэффициента трансформации.

Отклонение измеренного коэффициента трансформации от указанного в паспорте или от из­меренного на исправном трансформаторе тока или напряжения, однотипном с проверяемыми, не должно превышать 2%.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току.

Отклонение измеренного сопротивления обмотки постоянному току от паспортных значений, или от измеренных на других фазах не должно превышать 2%. При сравнении измеренных значе­ний с паспортными данными измеренные значения сопротивления должны приводиться к заво­дской температуре. При сравнении с другими фазами измерения должны производиться при одина­ковой температуре.

Измерения сопротивления обмоток постоянному току производятся у трансформаторов тока на напряжение 110кВ и выше и у связующих обмоток каскадных трансформаторов напряжения.

В качестве дополнительных измерений при комплексных испытаниях данный вид измерения может использоваться и для трансформаторов тока и напряжения всех типономиналов.

Испытание трансформаторного масла.

Испытания трансформаторного масла производятся перед вводом оборудования в эксплуата­цию (перед заливкой в трансформаторы тока или напряжения).

В процессе эксплуатации трансформаторное масло из трансформаторов тока и напряжения до 35кВ включительно допускается не испытывать.

Масло из трансформаторов тока напряжением 110-220 и 330-500кВ, не оснащённых системой контроля изоляции под рабочим напряжением испытывается 1 раз в два года.

У трансформаторов напряжения 110кВ и выше устанавливается следующая периодичность испытаний трансформаторного масла:

♦ для трансформаторов напряжения 110-220кВ - 1 раз в 4 года

♦ для трансформаторов напряжения 330-500кВ - 1 раз в 2 года

Испытания трансформаторного масла проводятся в соответствии с «Методикой проведения испытаний трансформаторного масла».

Измерение тока и потерь холостого хода трансформаторов напряжения.

Данные измерения производятся перед вводов в эксплуатацию или после капитального ремонта для определения качества внутренних соединений, сборки и характеристик трансформаторного железа. Измеренные данные не должны отличаться от заводских (паспортных) более чем на 2%, при условии проведения измерений при одинаковых температурах.

Условия испытаний и измерений

Испытание измерительных трансформаторов тока и напряжения производят при температуре окружающей среды не ниже +10⁰С, с контролем температуры обмоток. При проведении испытаний следует помнить, что температура обмоток трансформаторов может быть выше температуры окружающей среды, поэтому контроль температуры обмоток осуществляют непосредственно внутри корпуса трансформатора или по температуре масла. Данное требование не распространяется на трансформаторы тока и напряжения с органической изоляцией, так как малые объёмы изоляции обуславливают её быстрое остывание до температуры окружающей среды.

Влажность окружающего воздуха имеет значение при проведении высоковольтных испытаний обмоток, т.к. конденсат на изоляторах может привести к пробою изоляции и, соответственно, к выходу из строя оборудования (как испытательного, так и испытуемого).

Трансформаторы подвергаются испытаниям в собранном виде, с установленными на них всеми деталями и узлами, которые могут повлиять на результат испытаний. При высоковольтном испытании трансформаторов тока совместно с ошиновкой ячейки, в которой они установлены, испытание проводится при полностью собранной ошиновке, отсутствии всех посторонних предметов. При проведении таковых испытаний (когда подвергаются испытанию измерительные трансформаторы с ошиновкой ячейки) допускается проводить испытание, ориентируясь на меньшее значение испытательного напряжения – например при испытании литых трансформаторов тока типа ТПЛ-10 с номинальным напряжением 10кВ в ячейке распределительного устройства 6кВ с изоляторами, рассчитанными на рабочее напряжение 6кВ, испытание следует проводить напряжением 32кВ, но в течение 5 минут.

Перед проведением высоковольтных испытаний изоляторы трансформаторов (или литой корпус, который сам по себе изолятор) следует протереть от пыли, грязи и влаги. Если испытание проводится совместно с ошиновкой, то необходимо очистить от пыли и влаги изоляторы в ячейке.

Перед испытанием производится внешний осмотр, проверка целостности изоляторов, отсутствие течи масла, целостности изоляции.

Атмосферное давление особого влияние на качество проводимых испытаний не оказывает, но фиксируется для занесения данных в протокол.

Средства измерений.

Измерение сопротивления изоляции производят мегаомметрами на соответствующее напряжение: для обмотки НН (вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения) используют мегаомметры на 1000В, а мегаомметры на напряжение 2500В – для обмоток ВН.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току производится мостами постоянного тока (например Р 333), которые позволяют произвести замеры с точностью до 0, 001 Ом. При отсутствии данных приборов возможно использовать метод амперметра – вольтметра с источником постоянного тока, который может обеспечить достаточный ток для проведения данных испытаний. При проведении замеров методом амперметра-вольтметра рабочие ток не должен превышать номинальный ток обмотки испытуемого объекта.

Испытание повышенным напряжением промышленной частоты производят с помощью раз-личных установок, которые состоят из следующих элементов: испытательного трансформатора, регулирующего устройства, контрольно-измерительной и защитной аппаратуры. К таким аппаратам можно отнести установку АИИ – 70, АИД – 70, а также различные высоковольтные испытательные трансформаторы, которые обладают достаточным уровнем защиты и надлежащим уровнем подготовлены для проведения испытаний.

При проведении испытаний трансформаторов напряжения на потери холостого хода удобно применять измерительные мосты и комплекты (типа К-50). При отсутствии данных приборов можно использовать вольтметр, амперметр и ваттметр.

Порядок проведения испытаний и измерений.

Измерение сопротивления изоляции.

Измерение сопротивления изоляции обмоток трансформаторов тока и напряжения производят в соответствии со схемой на рисунка 3 и 4.

При проведении измерений сопротивления изоляции вторичных цепей трансформаторов необходимо предварительно снять заземление с этих цепей. У трансформаторов напряжения может заземляться и первичная обмотка, поэтому перед измерением сопротивления изоляции схему трансформатора необходимо разобрать.

Измерение производится на закороченной обмотке относительно корпуса, при этом другая обмотка трансформатора (вторичная или первичная – смотри рисунки выше) должна быть закорочена и заземлена. Для трансформаторов тока первичную обмотку можно не закорачивать – слишком мало сопротивление. Отсчёт показаний мегаомметра производится через 60 секунд после начала измерения.

У трёхфазных трансформаторов напряжения все три фазы первичной обмотки перед измерением закорачиваются, аналогично поступают с вторичными обмотками. Измерение производится у первичной обмотки относительно корпуса и закороченных и заземлённых вторичных обмоток, затем у вторичных обмоток относительно закороченной и заземлённой первичной обмотки.

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) изоляции обмоток.

Измерение производится у трансформаторов тока при напряжении 10кВ. Схема соединения испытательной установки с применением моста переменного тока показана на рисунке 5.

Рисунок 5 Схема измерения tg угла диэлектрических потерь трансформатора тока по ¹¹ перевернут ой схеме

Применение «перевёрнутой» схемы оправдано, т.к. основание трансформаторов тока в большинстве случаев соединено с землёй.

Необходимо сделать два замера – для исключения влияния полярности питающего напряжения (для смены полярности необходимо поменять нуль и фазу на вилке питания).

Испытание повышенным напряжением

Испытание повышенным напряжением трансформаторов тока и напряжения проводится в собранном виде с установкой всех деталей, которые могут оказать влияние на результат испытаний.

Испытание первичных обмоток трансформаторов проводится напряжением промышленной частоты по схеме, представленной на рисунке 6.

При проведении испытаний изоляции вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения собирают схему, аналогичную схеме на рисунке 6, только заземляют и соединяют накоротко первичную обмотку трансформатора. Вторичные цепи, в случае испытания трансформатора на месте установки, не отсоединяют.

Снятие характеристик намагничивания трансформаторов тока.

Характеристики намагничивания снимаются для проверки исправности трансформаторов тока. При этом убеждаются в том, что нет накоротко замкнутых витков и повреждения сердечника, оцениваются возможности использования трансформатора в схеме релейной защиты в конкретных условиях.

Характеристика намагничивания представляет собой зависимость подводимого ко вторичной обмотке напряжения от тока в этой обмотке. Схема для снятия характеристики намагничивания представлена на рисунке 7.

Характеристику намагничивания снимают до номинального тока трансформатора (тока вторичной обмотки), в тех случаях, если это требуется (для особо ответственных трансформаторов) характеристику снимают до начала насыщения трансформатора тока (для 5-амперных трансформаторов – до достижения тока 10А).

Если при снятии характеристики необходимо напряжение выше 250В используют повышающие трансформаторы с более высоким напряжением.

Измерение коэффициента трансформации.

Для проверки коэффициента трансформации трансформаторов тока собирают схему, представленную на рисунке 8. У встроенных трансформаторов тока коэффициент трансформации проверяется только на рабочих ответвлениях - остальные части обмоток не проверяются.

Ток в первичной цепи трансформатора пропорционален току во вторичной цепи. Коэффициент пропорциональности токов и будет искомым коэффициентом трансформации.

Разделительный трансформатор создаёт на своей вторичной обмотке напряжение порядка 5В и ток прядка 1000А (в зависимости от испытуемого трансформатора тока).

Коэффициент трансформации трансформаторов напряжения определяется аналогично, но без использования разделительного (нагрузочного) трансформатора. При испытании напряжение от ЛАТРа подаётся на первичную обмотку трансформатора напряжения, а со вторичной обмотки снимается напряжение (вольтметр с малым диапазоном). Напряжение на первичной обмотке пропорционально напряжению на вторичной обмотке.

При проверке коэффициента трансформации трёхфазных трансформаторов на первичную обмотку подаётся трёхфазное напряжение 380 – 400В, с вторичной обмотки снимается измеряемое напряжение для проведения расчётов.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току.

Измерение проводится для выявления некачественных соединений, паек и контактов в обмотке трансформаторов. Для проведения измерений собирают схему, представленную на рисунке 9.

На рисунке представлена схема для трёхфазного трансформатора напряжения. Сопротивление измеряется как на высоковольтной обмотке, так и на низковольтной.

Для проведения испытаний однофазных трансформаторов напряжения и трансформаторов тока схема аналогична. Измерения сопротивления обмоток постоянному току целесообразно у трансформаторов тока с несколькими ответвлениями – для выявления качества контакта на рабочем положении коэффициента трансформации.

Измерение с помощью вольтметра и амперметра на практике не очень удобны, в связи с тем, что необходимо большое количество приборов, а кроме приборов ещё и источник постоянного тока достаточной мощности. Поэтому проще проводить измерение с применением мостов постоянного тока, таких как Р333, Р4833, а для оценочных измерений можно применять и ММВ.

Данные полученные при измерении сопротивления изоляции обмоток и сопротивлении обмоток постоянному току следует сравнивать с заводскими данными на данный трансформатор, с учётом температуры. Кроме того, данные по сопротивлению фаз не должны отличаться друг от друга не более чем на 2% (у трёхфазных трансформаторов напряжения).

Кривые намагничивания трансформаторов тока не должны отличаться от типовых (или паспортных) более чем на 10%. При большем отличии следует рассмотреть возможность работы трансформаторов тока в данной схеме (защита, учёт, измерение).

Определение полярности выводов трансформаторов тока следует учитывать при установке трансформатора на место и соответствующее подключение ко вторичным цепям.

Коэффициент трансформации и потери холостого хода должны соответствовать паспортным данным трансформатора.