<Выбор универсального прибора для контроля трансформаторов, электрических машин и коммутационного электрооборудования
В условиях современного рынка, когда каждое предприятие старается выйти на новый уровень рентабельности и минимизировать издержки, вопрос о повышении эффективности работы стоит достаточно остро. Данная проблема особенно актуальна для небольших подрядных ремонтных и монтажных организаций, имеющих зачастую небольшой штат высококвалифицированного персонала. Немаловажным фактором для этих организаций является правильный выбор комплекта приборов для контроля параметров электрооборудования и диагностирования неисправных его узлов.
Одним из самых распространенных и простых методов оценки состояния узлов перечисленного выше электрооборудования является измерение в них электрического сопротивления постоянному току. Для начала давайте ознакомимся с существующим электрооборудованием и тонкостями при измерении электрического сопротивления постоянному току.
ТРАНСФОРМАТОРЫ
При контроле трансформаторов проверяют разброс сопротивлений на всех одноименных отводах разных фаз. Если разброс не превышает 2%, то согласно [1] это является нормой. При измерении фазных сопротивлений обмоток с нулевым выводом отклонение сопротивления одной из фаз более чем на 2% указывает на неисправности по этой фазе.
Линейные сопротивления измеряются, когда у обмотки нет нулевого вывода. Рекомендуется выполнить их пересчет в фазные сопротивления по известным формулам. Покажем полезность этого на простом примере. Допустим, получены следующие значения сопротивлений трехфазной обмотки со схемой «звезда» без нулевого вывода: RAB=2,04 Ом; RBC= 2,04 Ом; RCA=2,0 Ом. То есть, максимальный разброс по сопротивлениям обмоток не превышает 2%, следовательно, обмотки считаются исправными. Пересчет в фазные сопротивления дает: RAО=1,0 Ом; RBО= 1,04 Ом; RCО=1,0 Ом. Пересчитанные данные, во-первых, локализуют неблагополучную фазу, а, во-вторых, обнаруживают увеличенное на 4% ее сопротивление, что уже указывает на наличие в ней неисправности.
Кроме определения разброса сопротивлений обмоток по разным фазам необходимо еще сопоставлять измеренные значения сопротивлений с паспортными значениями, либо со значениями, полученными при пуско-наладочных испытаниях трансформатора.
Не рекомендуется сопоставлять измеренные сопротивления только с результатами предыдущих измерений. В этом случае не видно постепенного из года в год увеличения сопротивления обмотки, свидетельствующее о неуклонной деградации каких-то соединений либо элементов в электрической цепи трансформатора.
Для проведения такого сопоставления необходимо значение температуры измеряемой обмотки, за которую принимается температура верхних слоев масла трансформатора. Штатных термометров в трансформаторах зачастую нет, поэтому необходим термометр, а также возможность внесения значений измеренной и паспортной температуры в измерительный прибор. Приведение к паспортной температуре выполнится автоматически, если в приборе имеется такая функция. Также автоматически выполнится расчет относительных отклонений сопротивлений (разброса) между одноименными отводами и пересчет линейных сопротивлений в фазные. Если же указанные функции отсутствуют, то ручной пересчет, учитывая 10-20 отводов обмотки по каждой фазе, займет много времени и не исключает ошибок.
Повышенное сопротивление обмотки может быть вызвано различными причинами [2]:
- окисленными контактами у контактора и (или) у избирателя устройства РПН трансформатора;
- недоброкачественными контактами в местах присоединения отводов обмотки к переключателю ПБВ, устройству РПН, к шпилькам вводов, образовавшиеся вследствие постепенного ослабления механического крепления с последующим повышенным нагревом, обгоранием и оплавлением;
- неправильной установкой привода ПБВ;
- нарушением паяных соединений.
Для локализации места дефекта используется:
- измерение сопротивления на отводах обмотки при двух положениях реверсора устройства РПН;
- разница между сопротивлениями, измеренными на четных и нечетных его ступенях;
- характер изменения сопротивления при увеличении уменьшении числа витков обмотки относительно основного положения.
При большом сопротивлении обмотки, его увеличение из-за плохих контактов внутри трансформатора, может оказаться незамеченным при значительной погрешности прибора. Чтобы выполнить требование по [1], погрешность прибора в рабочем диапазоне температур должна
быть в 3-5 раз меньше допуска в 2% согласно [3] и не превышать значения б ≤ 0,5 ∙ (0,2÷0,3) ∙ 2% ≤ ± (0,2÷0,3)%, где коэффициент 0,5 учитывает, что погрешность прибора присутствует при обоих измерениях: паспортного и текущего значений сопротивления обмотки.
При капитальном ремонте, либо при обнаружении дефекта внутреннего контакта, когда вскрывается бак трансформатора или контактора, можно непосредственно (без сопротивления обмотки) измерить переходные сопротивления разъемных и неразъемных соединений на больших измерительных токах и получить точное представление об их состоянии. При вскрытом баке контактора доступны для проверки целостности токоограничивающие резисторы устройства РПН и переходные сопротивления контактора и избирателя.
В трансформаторах тока, встраиваемых в силовые трансформаторы, шинных, опорных, проходных и др. трансформаторах тока, устанавливаемых в распределительных устройствах, измеряется сопротивление вторичных обмоток и сопротивление их нагрузочных резисторов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
В электрических машинах переменного тока (синхронных генераторах и двигателях, асинхронных двигателях), как и в трансформаторах, измеряется сопротивление 3-х фазной обмотки статора: фазное – при всех выведенных наружу концах обмотки; линейное – при внутреннем соединении обмоток в схему «звезда» или «треугольник». И по тем же формулам пересчитываются линейные сопротивления в фазные, рассчитывается разброс сопротивлений между фазами и измеренное сопротивление приводится к паспортной температуре.
В роторах синхронных электромашин измеряется сопротивление обмотки возбуждения. А если это ротор с явными полюсами, то еще измеряется сопротивление каждого полюса в отдельности или попарно и переходного контакта между ними. В асинхронных двигателях с фазным ротором измеряются линейные сопротивления обмотки.
В электрических машинах постоянного тока измеряются сопротивление обмотки возбуждения на статоре, обмотки ротора между коллекторными пластинами, сопротивление реостатов и пускорегулирующих резисторов.
Для подсоединения измерительных кабелей к выводом обмоток роторов, выполненных в виде колец, универсальные зажимы (струбцины, «крокодилы») не годятся и нужны специальные зажимы в виде хомутов с винтовой затяжкой. А к коллекторным пластинам наиболее удобно присоединяться зажимами со сдвоенными (потенциальный и токовый) подпружиненными контактами игольчатого вида.
КОММУТАЦИОННОЕ ЭЛЕКТРООБОРДОВАНИЕ
В коммутационном электрооборудовании измерению подлежат следующие сопротивления:
- переходные сопротивления контактов выключателей, разъединителей, отделителей и короткозамыкателей;
- переходные сопротивления разъемных соединений оборудования комплексных распределительных устройств;
- переходные сопротивления болтовых соединений проводов высоковольтных линий, шин и токопроводов на ОРУ;
- сопротивления обмоток электромагнитов приводов и встроенных трансформаторов тока;
- сопротивление шунтирующих резисторов дугогасительных устройств масляных баковых выключателей типа МКП и У, сопротивление делителей напряжения и шунтирующих резисторов воздушных выключателей.
При измерении переходных сопротивлений контактов и соединений возникают вопросы о силе измерительного тока, так как при окисленных контактах результат измерения будет завышенным и определяться силой тока. Для исключения ошибочных измерений в международных стандартах МЭК 56 и ANSI C37.09 регламентирована сила измерительного тока от минимально допустимой (50-100А) до номинального тока выключателя. Для российских выключателей единого стандарта до сих пор нет, хотя отдельные производители выключателей нормируют силу тока при измерении. Очевидно, по этой причине, а также из-за скудности средств на измерительные приборы, во многих энергосистемах используют малогабаритные и дешевые микроомметры на токи 2-10 А, рискуя получить завышенные значения сопротивления, для устранения которых придется выполнять совершенно не нужные ремонты выключателей. Особенно это относится к баковым выключателям типа МКП и У, контактная цепь которых содержит до восьми последовательно соединенных дугогасительных контактов и два главных, значит и более уязвима для окисления, а трудоемкость ремонта выше из-за большого количества масла в баке.
Баковые выключатели требуют большой длительности измерения для затухания переходного процесса в цепи измерения, обусловленного встроенными трансформаторами тока (ТТ). Длительность затухания переходного процесса зависит от коэффициента трансформации, величины нагрузочных резисторов, намагниченности сердечника ТТ. Специальные исследования показали, что при наихудшем сочетании указанных факторов длительность измерения на токе 100А достигает 26-30 сек. Это может вызвать большой перегрев измерительного прибора и сильный разряд его аккумулятора (при аккумуляторном питании).
Большую сложность вызывает измерение шунтирующих резисторов, расположенных внутри баковых выключателях. Из-за высокого наведенного напряжения на вводах выключателя при сопротивлении резисторов 100 кОм, стандартные омметры и килооомметры невозможно подключить к вводам.
Поэтому требуется слив масла, вскрытие бака, заземление вводов для измерения этих резисторов изнутри бака. Диапазон измеряемых сопротивлений для перечисленного электрооборудования очень широкий и лежит в пределах от 10-5 до 105Ом, а диапазон силы измерительных токов – от 10-3 до 600А и более. Поэтому на рынке приборов представлены в основном приборы узкоспециализированные с меньшими диапазонами: микроомметры – для измерения переходного сопротивления контактов и соединений, и миллиомметры – для измерения сопротивлений обмоток трансформаторов, электродвигателей и т. п.
Кроме того, для измерения температуры обмоток имеются различные типы термометров, а для контроля шунтирующих резисторов дугогасительных контактов – килоомметры. Но как следует из обзора электрооборудования, даже для контроля только трансформатора, или только выключателя требуется и микроомметр, и миллиомметр, и термометр, а зачастую, и килоомметр. То есть, придется пользоваться поочередно тремя–четырьмя приборами, что не всегда удобно. Увеличение числа приборов увеличивает не только общую стоимость комплекта, но и его массу, что усложняет транспортировку оборудования на далеко расположенные объекты.
Таблица характеристик измерительных приборов:
Таблица характеристик составлена на основании общедоступных данных в сети Интернет. Цены указаны на 17.04.2015 г.
К тому же, при анализе предлагаемых специализированных приборов оказывается, что:
- часть из них не подходят по допустимой погрешности измерения в рабочих условиях;
- большинство приборов не имеют функций пересчета измеренных сопротивлений, а единичные имеют только функцию приведения к паспортной температуре;
- микроомметры на большие токи имеют большую массу и габариты.
Экономически выгодной альтернативой является использование универсальных приборов, позволяющих измерять все вышеперечисленные параметры. Их стоимость и масса будут меньше, чем у комплекта специализированных приборов с тем же набором функций. Приведенная ниже таблица технических характеристик (информация взята с сайтов производителей этих приборов) двух универсальных и трех специализированных приборов наглядно демонстрирует преимущества универсального прибора №1. Аккумуляторное питание с возможностью подзарядки от автомобильного аккумулятора позволяет контролировать монтируемое оборудование на строящихся подстанциях еще при отсутствии сети. А благодаря нечувствительности к наведенному напряжению его можно подключить к вводам выключателя. После чего посредством домкрата установить траверсу выключателя в положение, когда дугогасительные контакты разомкнуты, а главные – еще замкнуты, и считать с дисплея сопротивление одного или двух последовательно соединенных шунтирующих резисторов. Очевидно, что этот способ гораздо менее трудоемкий, чем при использовании обычных килоомметров.
ЛИТЕРАТУРА:
- РД 34.45-51.300.97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. – 6-е изд. – М.: НЦ ЭНАС, 2000.
- Михеев Г.М. Цифровая диагностика высоковольтного электрооборудования. – М.: Додэка – ХХI, 2008.
- РМГ 63–2003. ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004.
