Сопротивление изоляции обмоток трансформатора

При выборе типоразмера трансформатора важно знать допустимый предел его работоспособности (нагрузки), который определяется не только номинальными значениями напряжения и силы тока, но и внутренним сопротивлением обмоток. В противном случае агрегат либо будет работать с постоянным перегрузом, либо не сможет обеспечивать условия, требуемые технологией процесса, как, например, при использовании трансформаторов для сварки.

Характеристики силового трансформатора

Трансформатор — это пассивное устройство, способное накапливать и отдавать ограниченное количество энергии. Для формирования магнитных полей, которые действуют как среда для передачи энергии, все типы трансформаторов используют магнитные материалы. Они определяют размер и возможности оборудования, от их характеристик зависят ограничения по насыщению и потери производительности.

Трансформатор состоит из двух или более обмоток, связанных между собой взаимным магнитным полем. Эти обмотки представляют собой витки проводов или катушки индуктивности. Напряжение на катушке индуктивности пропорционально скорости изменения тока через неё во времени.

Резкое изменение тока индуктора (что критично именно при проверке изоляции силового трансформатора) требует соответствующего изменения энергии, запасенной в индукторе, для чего теоретически необходимо развить бесконечную мощность. Поэтому нельзя допускать, чтобы ток дросселя мгновенно перескакивал с одного значения на другое. Если будет предпринята попытка разомкнуть индуктор, через который протекает конечный ток, на переключателе возникнет дуга короткого замыкания.

Энергия, запасенная в индукторе с циркулирующим током, может быть представлена ​​формулой:

Указанное условие должно выполняться ещё до замера, когда желаемый испытательный ток сможет протекать через обмотку. Таким образом, потребуется некоторое время, прежде чем можно будет провести измерение стабилизированного тока,

Общее время, необходимое для снятия показаний, ограничено задержкой во времени между подачей постоянного тока и моментом, когда намагниченность сердечника становится стабильной. В зависимости от размера и конструкции трансформатора время испытаний может быть очень коротким (для небольших трансформаторов) или очень длительным — для более мощных устройств с высокой индуктивностью.

Почему важно знать сопротивление обмотки

Знание сопротивления изоляции трансформатора необходимо при решении трёх типов задач:

• Расчёта падения напряжения в токопроводящем контуре.
• Расчёта температуры обмотки в конце цикла температурных испытаний.
• В качестве базы для оценки возможного ущерба при работе трансформатора в полевых условиях.

Проблемы или неисправности в данных агрегатах возникают из-за плохой конструкции, сборки, неудовлетворительных условий эксплуатации, перегрузки или ненадлежащего обслуживания. Измерение сопротивления изоляции обмоток трансформатора позволяет убедиться в правильности соединений, отсутствии каких-либо серьезных дефектов или обрывов.

Многие трансформаторы имеют встроенные отводы. Любое изменение их функционирования связано с механическим перемещением контакта из одного положения в другое. Эти переключения ответвлений также проверяются во время испытания сопротивления изоляции.

Независимо от конфигурации подключения обмоток (звезда или треугольник) сопротивление изоляции должно измеряться фаза к фазе. Цель проверки является определение обрывов в соединениях. Испытания не проводятся для дублирования показаний нового устройства, которое было протестировано на заводе и, возможно, при других температурах.

Испытательное оборудование

Современные методы изоляционных измерений основываются на использовании контрольно-измерительных приборов на базе микропроцессоров. Прямые показания снимаются с цифровых счетчиков автоматической индикации. На некоторых тестерах доступны два измерительных канала, что позволяет проводить замер сопротивления двух обмоток одновременно. Общий принцип применения заключается в том, чтобы подать постоянный ток через измеряемую обмотку, а затем установить падение напряжения.

Приборы для электрических испытаний пропускают постоянный ток через обмотку и внутренний стандартный токовый шунт. После измерения обоих падений постоянного напряжения выполняется расчет сопротивления, его значение отображается на передней панели прибора. Этот метод позволяет не учитывать сопротивление выводов. Кроме того, не потребуется никаких коэффициентов умножения при изменении текущих диапазонов.

Источник постоянного тока должен быть стабильным, а подаваемое напряжение определятся по зависимости:

Переключатели ответвлений могут работать под нагрузкой и без неё. Наиболее распространенным примером устройства первого типа является регулятор напряжения.

При тестировании под нагрузкой такой прибор необходимо оставлять включённым, переходя от одного ответвления к другому. Это позволяет измерять сопротивление изоляции обмоток очень быстро, не разряжая и не перезаряжая трансформатор на каждом ответвлении. Тестер сопротивления обмотки должен балансироваться после каждого переключения ответвлений.

Если отвод или хотя бы часть цепи во времени разомкнуты, тестер автоматически переводится в цикл разрядки. Это дает оператору чёткое указание на возможную неисправность.

Измерительные приборы второго типа называют обесточенными, поскольку они требуют обязательной разрядки, которая выполняется между переключениями ответвлений. Для замены отводов трансформатор должен быть выведен из эксплуатации, измерение должно быть остановлено, а тестер необходимо перезапускать после каждого переключения.

Хотя некоторые виды диагностики трансформатора могут быть выполнены без его обесточивания, измерение сопротивления обмотки в их число не входит. Для обеспечения максимальной безопасности от трансформатора должны быть отсоединены как высоковольтные, так и низковольтные провода. Желательно, чтобы между клеммами и линиями высокого и низкого напряжения был видимый разрыв.

Прибор для измерения сопротивления обмотки должен быть во время испытания заземлён. Также рекомендуется заземлить одну сторону испытуемой обмотки.

Идеальный трансформатор не имеет сопротивления, но в реальном устройстве всегда присутствует сопротивление первичной и вторичной обмотки. Для облегчения расчета сопротивление трансформатора переносится с одной стороны на другую таким образом, что процент падения напряжения остаётся одинаковым при отображении на любой стороне. Эти внешние сопротивления обмоток показаны на рисунке ниже.

Пусть первичное сопротивление R₁ переносится на вторичную сторону, а новое значение этого сопротивления R’₁ называется эквивалентным сопротивлением первичной обмотки относительно вторичной стороны. Соответственно I₁ и I₂ представляют собой первичный и вторичный ток при полной нагрузке:

Суммарное эквивалентное сопротивление относительно вторичной обмотки:

Сопротивление R₂ , при переходе на первичное значение нового сопротивления равно R’₂ . Его называют эквивалентным сопротивлением вторичной обмотки.

Суммарное эквивалентное сопротивление относительно первичной обмотки:

Если обмотки трансформатора соединены звездой, то их сопротивление будет измеряться между нейтралью и линией.

Испытание сопротивления изоляции трансформатора

Эти испытания считаются неразрушающими, хотя иногда они могут привести к выходу обмотки из строя. Следует отметить, что отказ обмотки является результатом зарождающейся неисправности, которую и должна обнаружить проверка.

Испытание проводится при номинальном напряжении или выше, чтобы определить, есть ли пути с низким сопротивлением к земле или между обмотками, которые возникают в результате ухудшения изоляции обмоток.

На значения тестовых измерений влияют такие переменные, как температура (должно быть примерно +20 градусов), влажность, тестовое напряжение, размер и функциональное назначение трансформатора.

Особенности испытаний:

• Отключить все высоковольтные, низковольтные и нейтральные соединения, грозозащитные разрядники, системы вентиляторов, счетчики или любые низковольтные системы управления, которые подключены к обмотке трансформатора. Заземление не отсоединяется.
• Перед началом испытания следует соединить перемычками все высоковольтные вводы, а также все низковольтные и нейтральные переходные элементы.
• Рекомендуется использовать мегомметры с минимальной шкалой 20 000 МОм.

Измерения сопротивления проводятся между каждым набором обмоток и землёй. У обмоток, подлежащих измерению, заземление должно быть удалено.

Показания мегомметра следует записывать вместе с температурой испытания. Если скорректированные значения испытаний составляют половину или более от заводских показаний изоляции или 1000 Мом (в зависимости от того, что меньше), сопротивление изоляции силового трансформатора считается безопасным для эксплуатации с высоким напряжением.

Для сравнения экспериментальных и теоретических значений внутреннего сопротивления обмоток можно использовать следующую формулу:

Приведенная формула предназначена для однофазных трансформаторов. Если испытуемый агрегат относится к трёхфазному типу и его три отдельные обмотки испытываются как одна, то E — это будет номинальное напряжение одной из однофазных обмоток (фаза-фаза для устройств, соединенных треугольником, и фаза-нейтраль для агрегатов, соединённых звездой), кВА — номинальная мощность испытуемой трехфазной обмотки в сборе.

Измерение сопротивления обмоток сварочного трансформатора

Измеряя обмотку трансформатора и сопротивление проходного изолятора постоянному току, можно проверить:

• Качество сварки соединения внутренних проводов обмотки.
• Качество сварки вывода и соединения обмотки, а также соответствующие положения отводов.
• Наличие контакта между выводом и вводом и параллельной ветвью.
• Качество соединений: нет ли короткого замыкания в токоведущей части и в обмотке.

При испытании на короткое замыкание, которое сопровождается резким повышением температуры, необходимо знать точное значение сопротивления обмотки.

Стандарт проверки передачи предусматривает, что подобные тесты выполняются после эксплуатации трансформатора на протяжении 1–3 лет.

Основным тестирующим прибором является мегаомметр. Лучше использовать шнур питания 110 В переменного тока с предохранителем. Следует убедиться, что шнур оснащен предохранителем на 5 ампер.

Как всегда, следует проявлять должную осторожность при работе с электричеством. Перед началом проверки необходимо убедиться в том, что питание отключено, причём по схеме, указанной заводом-изготовителем. Провода, идущие от трансформатора или переключателей ответвлений к системе управления, надо отсоединить.

Если к трансформатору подключен переключатель отводов, следует убедиться в том, что он находится на отводе, а не в положении «выключено».

Далее к проводам, отсоединённым от блока управления, подсоединяется мегомметр. На дисплее должно отобразиться 0 Ом или «непрерывность».  После этого тестер подключается между любым выводом линии и вторичной обмоткой. На дисплее должен появиться значок «∞» или «нет непрерывности». Теперь следует подключить прибор между любым проводом линии и землей (или рамой) трансформатора.

Устанавливая все переключатели выводов в максимальное положение, убеждаются в том, что сварочные электроды или вторичная обмотка трансформатора представляют собой разомкнутую, а не замкнутую цепь. Этого можно добиться, поместив, например, между наконечниками кусок жёсткого утеплителя или старую кредитную карту.

Далее надо подсоединить шнур с предохранителем 110 В переменного тока к двум проводам линии. С помощью вольтметра проверить вторичное выходное напряжение сварочного трансформатора.

Это измерение следует производить прямо на трансформаторе, а не на сварочных наконечниках, поскольку плохие соединения во вторичном контуре могут вызвать большее падение напряжения на них. Вторичный контур всё ещё должен быть разомкнут, иначе агрегат будет находиться под нагрузкой.

Если сварочный аппарат имеет питание 220 В переменного тока, на экране отобразится примерно половина от номинального максимального вторичного напряжения. Для трёхфазных трансформаторов (питание 440–480 В переменного тока) дисплей покажет около 25% от максимального номинального вторичного напряжения. Если отмеченные показания напряжения близки по значению, трансформатор исправен.

Видео по теме