Режим холостого хода трансформатора

Режим холостого хода трансформатора - режим работы при питании одной обмотки от источника с переменным напряжением и других обмотках, не замкнутых на внешние цепи (ГОСТ 16110-82).

В данном режиме напряжение источника питания должно быть номинальной частоты, синусоидальной формы и симметричным. При проведении опыта напряжение подают к вторичной обмотке, при разомкнутой первичной. Остальные от обмотки на которую подают напряжение должны быть разомкнуты. 

Векторная диаграмма холостого хода трансформатора

Ток холостого хода трансформатора

Из диаграммы видно, что ток холостого хода Io состоит из активной и реактивной составляющих и равен их геометрической сумме. Или же:

I_o²=корень(I_oа²+I_oр²)

Активная составляющая определяется потерями холостого хода и напряжением, которое подводится.

I_oа=P_o/U

I_oа=P_o/3U_ф

Реактивная составляющая совпадает по направлению с магнитным потоком и называется током намагничивания. Эта составляющая возбуждает магнитный поток в магнитопроводе  силового трансформатора.

Активной составляющей можно пренебречь, так как ток намагничивания на порядок больше. Угол ф0 близок к 90 градусам и, смотря на векторную диаграмму, можно вывести значение составляющих тока холостого хода:

I_oа=I_o*cosf~0

I_oр=I_o*sinf~I_o

Таким образом, можно считать, что ток холостого хода равен току намагничивания трансформатора.

Рассмотрим за что отвечает ток холостого хода трансформатора, касаемо “железа”. Вот формула для однофазного трансформатора:

I_o=2(H_с*l_с + H_я*l_я) + H_ст*l_ст / w

Величина тока зависит от индукции в конструктивных частях, по которым движется магнитное поле (стержни, ярма и шихтованные стыки) и числа витков обмотки, к которой подводят напряжение. Во время опыта напряжение подводят к вторичной обмотке.

Исходя из формулы выше, если Io по результатам проведения испытаний окажется повышенным, то по току холостого хода трансформатора можно диагностировать:

• конструктивные дефекты
• увеличенные размеры стыков магнитопровода
• увеличение индукции вследствие недобора электротехнической стали
• несоответствие характеристик марки стали расчетным значениям, если, например, применена марка стали с худшими характеристиками.
• также превышение тока холостого хода может говорить о неверном числе витков обмотки, но это можно проверить, измерив коэффициент трансформации.

Потери холостого хода трансформатора

Активная мощность, потребляемая при опыте холостого хода состоит из двух составляющих: потери в стали магнитопровода и потери в обмотке, к которой подано напряжение.

P_o=P_ст +Io2р

P_o=P_ст +3Io2рф

Тепловыми потерями в обмотке так же можно пренебречь, из-за того, что потери в стали на порядок больше. И, следовательно, потери холостого хода определяются как потери в стали магнитопровода трансформатора.

Касательно вопросов диагностики по результатам испытаний, возможны следующие варианты. Рассмотрим формулу:

Po=pс*Gс + pя *Gя

Потери холостого хода состоят из двух составляющих: 

pс , pя  - удельные потери в Вт на кг веса при определенной индукции и заданной частоте 

Gс , Gя  - вес активной стали в стержнях и ярмах магнитопровода

Потери холостого хода трансформатора помогут определить:

• замыкания листов электротехнической стали из-за неудовлетворительной изоляции и заусенцев от штамповки
• замыкания параллельных проводов обмоток (без существенного изменения тока ХХ)
• параллельное соединение отдельных секций обмотки с разным числом витков.

Опыт холостого хода трансформатора

Опыт ХХ трансформатора проводится для определения потерь и тока холостого хода, по значениям которых можно диагностировать дефекты трансформатора.

Схемы опыта хх трансформатора - обычно к вторичной обмотке, при разомкнутой первичной обмотке, подают номинальное напряжение синусоидальной формы. Напряжение должно быть симметричным по фазам. 

Небольшое отступление перед тем, как вы прочитаете выжимки из ГОСТа и из норм испытаний электрооборудования. Современные наладчики используют комплексные приборы, например серии СА. Тот же СА540. 

В любом случае, на объекте надо подключать концы измерительных приборов к выводам трансформатора. И если иногда до вводов можно достать руками, то в отдельных случаях надо заказывать кран у представителя заказчика. В общем, в отличие от испытаний генератора - трансформаторщики работают на высоте с поясами и красивыми видами из люльки.

Ну а у кого нет СА, измеряют по старинке стрелочными приборами. В литературе же описывают способы с использованием ваттметров, амперметров, вольтметров. Комплексные современные решения позволяют сэкономить время как на доставке, так и разворачивании измерительной схемы. Ну, а для большего понимания, рекомендую все же ознакомиться со списком литературы в конце статьи. 

Выжимки из  ГОСТ 3484.1-88

• Перед проведением испытаний следует произвести измерение прочности изоляции.
• Зажим нейтрали обмотки трансформатора заземляют, если его изоляция ниже изоляции линейного зажима
• Допустимое отклонение подводимого напряжения ±0,5%; частота ±1%
• Подводимое напряжение определяют как среднее арифметическое трех линейных напряжений, измеренных вольтметрами действующих значений
• Ток холостого хода определяют как среднее арифметическое значений тока трех фаз
• Схема соединения обмоток в «треугольник» во время опыта должна быть собрана (размыкать «треугольник» не разрешается), а компенсационная обмотка (КО) однофазного трансформатора должна быть соединена с обмоткой НН
• Кривую напряжения допускается считать практически синусоидальной, если отношение действующего значения напряжения к среднему отличается от 1,11 не более чем на ±2% . Если отношение действующего значения напряжения к среднему отличается в опыте от 1,11 более чем на ± 2 %, то вносят поправку на несинусоидальность формы кривой
• Измерение потерь и тока холостого хода при приемочных испытаниях трансформаторов следует проводить не менее чем в пяти точках в диапазоне напряжений от 80 до 110% номинального, в том числе при номинальном напряжении питаемой обмотки трансформатора.
• При опыте холостого хода трехобмоточных трансформаторов с обмотками различных мощностей ток холостого хода определяют в процентах тока возбуждаемой обмотки, приведенного к номинальной мощности трансформатора, а в автотрансформаторах — к проходной мощности.
• Подводимое напряжение регулируют так, чтобы его среднее значение, измеренное вольтметром средних значений, было равно действующему значению номинального напряжения, деленному на 1,11, и одновременно измеряют ток, потери холостого хода и действующее значение подведенного напряжения. Затем подводимое напряжение изменяют так, чтобы действующее значение было равно номинальному напряжению, и снова измеряют ток холостого хода.

Нормы измерения потерь холостого хода (СТП 33243.20.366-16)

• Измерения  проводятся  у  трансформаторов  мощностью 1000 кВ·А  и более  при  напряжении,  подводимом  к  обмотке  низшего  напряжения, равном  указанному  в  протоколе  заводских  испытаний (паспорте).  У трехфазных  трансформаторов  потери  холостого  хода  измеряются  при однофазном возбуждении по схемам, применяемым изготовителем. 
• У  трехфазных  трансформаторов  при  вводе  в  эксплуатацию  и  при капитальном  ремонте  соотношение  потерь  на  разных  фазах  не  должно отличаться  от  соотношений,  приведенных  в  протоколе  заводских испытаний (паспорте), более чем на 5 %. 
• У  однофазных  трансформаторов  при  вводе  в  эксплуатацию  отличие измеренных значений потерь от исходных не должно превышать 10 %. Отличие  измеренных  значений  от  исходных  данных  в  процессе эксплуатации не должно превышать 30 %, а соотношения потерь − 10 %. 
• Если  перед  этими  измерениями  проводились  работы,  связанные  с протеканием  по  обмоткам  постоянного  тока  или  через  трансформатор, протекал  ток  несимметричного  КЗ,  то  перед  проведением  измерений  при малом  напряжении  необходимо  снять  остаточное  намагничивание магнитной  системы  трансформатора.  Допускается  не  проводить размагничивание,  когда  соотношения  потерь  не  отличаются  более  чем  на 5 % по сравнению с предыдущими. 

Список литературы:

• ГОСТ 3484.1—88
• Е.А. Каганович - Испытание трансформаторов малой и средней мощности, 1959
• Г.В. Алексенко - Испытания высоковольтных и мощных трансформаторов и автотрансформаторов, 1962
• СТП 33243.20.366-16
• Г.В. Алексенко - Испытание мощных трансформаторов и реакторов, 1978
• К.К. Чернев - Мощные трансформаторы, 1972